Diffusions Nebelkammer aus umgebauter Eismascine

Allgemeines:

Da der Bau einer Kompressorkälteanlage nicht einfach ist sollte man versuchen fertige Geräte zu verwenden. Eismaschinen für den Hausgebrauch sind nicht allzu teuer (50..100 € bei Ebay) und enthalten eine komplette Kühlanlage. Hier wurde eine Unold Eismaschine 48879 umgebaut.

Bild der Maschine aus einem Prospekt	und nach der Entfernung überflüssiger Teile

Aufbau:
Zum Eismachen wird das rechte Eimerförmige Gefäß gekühlt, laut Herstellerangaben auf eine Temperatur von -39°, Messungen mit einem Pt1000 Sensor am Boden des Gefässes bestätigten diese Angaben.
	Um die Kälte an der Boden-platte einer Nebelkammer verfügbar zu machen wurde ein Stempel aus einer Aluminium platte und einem Alurohr gefertigt. Das Alurohr des Stempel wurde mit Kupferlitze umwickelt und in das Kühlgefäß eingepresst. So wird ein guter Wärme- übergang zwischen Stempel und Kühleimer erreicht. Die Platte erreicht nach 20 Minuten -20°C was für den Betrieb mit Isopropanol ausrreichen sollte.
Die Endtemperatur von -31°C wird nach etwa 45 Minuten erreicht. Beim Betrieb mit Alkohol erreicht die Bodenplatte etwa -29°C. Vor dem endgültigem Einpressens des Stempels in den Kühleimer wurde die Platte mit Alkohol beständigem Lack schwarz lackiert. Der Stempel und der umgebende Bodenring wurden mit schwarzem Aquariumsilicon gedichtet. Der sich in der Rinne zwischen Bodenplatte und Bodenring sammelnde Akohol kann über ein dünnes Messingröhrchen abgesaugt werden.
Anschliessend wurden alle Komponenten der Eismaschine auf eine Plexiglaspatte geschraubt die den Boden der künftigen Nebelkammer bildet. Auf der Bodenplatte wurde noch ein Schaltnetzteil (+5;+-15V) und ein Hochspannungsnetzteil untegebracht. Das HV-Netzteil ist wie üblich aus einem CCL-Konverter aufgebaut und liefert eine Spannung von circa 900 V. Der alles steuernde Arduino Nano sitzt mit den benötigten Bedienelementen und einem LCD-Display hinter der Frontplatte.

	Zur Beleuchtung der Kammer sind zwei LED-Zeilen vorgesehen. Jede Zeile besteht aus 9 weißen Leuchtdioden. Da die Dioden einen schmalen Abstrahlwinkel von 15° haben kann auf eine Zylinderlinse zur Bündelung des Lichts verzichtet werden.
	Jeweils drei LED's sind in Reihe geschaltet und können über einen 200 Ohm Widerstand direkt mit 15V versorgt werden. Der Betriebsstrom pro Dreiergruppe liegt bei 25 mA.

Der Arduino steuert die Funktionen der Kammer. Er regelt die Heizertemperatur mittels PWM DAC und steuert die Pumpe des Alkoholkreislaufs. Die Solltemperatur (nominal 40°C) des Heizers und der Pumprythmus kann über einen Drehgeber eingestellt werden. Im Betrieb werden die Temperaturen des Heizers und der Bodenplatte angezeigt.

Für die Kammer wurde ein Glaszylinder eingesetzt da ein Plexiglasrohr nach kurzer Zeit unter Alkoholeinfluß Risse bekommt, wie ganz rechts zu sehen ist.
Der Zylinder mit einem Durchmesser von 15 cm und einer Höhe von 12 cm wurde von einer Blumenvase mit der üblichen Methode (heißer Draht) abgesprengt. Da die Glasstärke wesentlich kleiner war als erwartet wurde auf den empfindlichen Rand eine aufgeschnittener Siliconschlauch mit Siliconkautschuk auf geklebt.
Im unteren Bereich des Zylinders wurde mit der Dremel und Diamantfräser ein Loch gebohrt und dieses mit einer 1µm dicken Glimmerscheibewieder verschlossen. Durch dieses Fenster kann die Strahlung außen angebrachter Proben in die Kammer eintreten. Im Prinzip wäre das Fenster auch für Alphastrahlen durchlässig. Allerdings überzieht sich das Fenster im Betrieb mit einer dünnen Alkoholschicht die für Alphastrahlung vollkommen undurchlässig ist. Eine Heizung des Fensters könnte diese Schicht möglicherweise verhindern.
Auch im ursprünglich verwendeten Plexiglasdeckel entstanden zahlreiche Risse. Deshalb wurde ein neuer Deckel aus einer passenden Glasscheibe geschnitten. Mit dem Diamantglasschneider ging das mehr schlecht als recht. Ein Glaser erledigt solche Arbeiten aber für wenig Geld.

Selber machen muss man dann nur die zahlreichen Löcher in der Scheibe, mit der Dremel mit Diamantbohrer geht das aber recht flott.
Alle notwendigen Zuleitung in die Kammer sind in die Deckscheibe verlegt. An die Dichigkeit der Kammer werden keine großen Anforderungen gestellt. Es sollten lediglich keine größeren Löcher vorhanden sein da sonst warme Luft und Staub eintreten und Alkoholdampf austreten könnte. Insgesamt werden 7 elektrische (Heizer, Pt1000, Feldspannung, Deckelheizer) und zwei Schlauchdurchführungen (Alkoholzufuhr, Probengas) benötigt.
Der auf der Innenseite des Deckels an M2-Schräubchen aufgespannte Heizdraht ( ca. 10 Ohm, 0,5 Watt) soll ein Beschlagen verhindern.
Der Verdampfer ist als ringförmiger Aluring ausgeführt und wird mit einem koaxialem Heizer ( 3 Ohm) erwärmt. In der Rinne befindet sich auch der Pt1000 Widerstand zur Temperaturmessung und Regelung. Die Feldspannung liegt an einem Netz aus dünnem Draht.
Zur Zuleitung des Alkohols in den Verdampfer dient ein Kupferröhrchen und das Probengas wird durch ein Messingröhrchen in die Kammer geleitet. Die elektrischen Durchführungen sind mit Schrauben realisiert die in passende Löcher in der Glasscheibe geschraubt werden, zum Schutz des Glases wurden Unterlegscheiben aus Kunststoff verwendet. Die Deckplatte wird mit Siliconkleber in einen PVC-Ring eingeklebt der auf den Kammerzylinder gesteckt wird.
Zur Föderung des Alkohols wird eine Schlauchpumpe verwendet. Da mittlerweile Schlauchpumpen für den Aquaristikbereich bei Ebay sehr günstig zu erhalten sind lohnt der Selbstbau nicht. Die verwendete OEM-Schlauchpumpe AP-40 hat bei 5V Betriebsspannung einen Durchsatz von einem Liter/Stunde. Das ist natürlich viel zuviel, deshalb wird die Pumpe gepulst betrieben um auf die erforderlichen 10 bis 30 Milliliter / Stunde zu kommen. Die Pumpe wird alle 2 Minuten für 3 Sekunden eingeschaltet. Eine 100 ml fassende PE-Flasche mit eingeschraubten Nippeln dient als Vorratsbehälter. Ebenso wie der Heizer wird die Pumpe erst aktiviert wenn die Temperatur der Bodenplatte -15°C unterschritten hat.

Betrieb:

Die Inbetriebnahme der Kammer ist einfach. Als Betriebsflüssigkeit wurde Isopropanol verwendet. Nach dem Einschalten beginnt die Kühlung zu arbeiten und die Pumpe fördert Alkohol in die Verdampferrinne. Erreicht die Bodenplatte eine Temperatur von -15°C schaltet der Arduino die Verdampferheizung ein. Der Sollwert der Heizung beträgt 40°C. Nach wenigen Minuten ist diese Temperatur erreicht und die Temperatur der Bodenplatte auf - 20°C gesunken. Nun sollten die ersten Spuren sichtbar werden. Durch die natürliche Radioaktivität sollte man alle paar Sekunden eine Spur sehen. Sieht man keine Spuren kann man mit einem seitlichen Blick in die Kammer den Zustand kontrollieren. Es dürfen nur wenige kleine Tröpfchen sichtbar sein die langsam zu Boden sinken. Sieht man dichteren Nieselregen oder gar Nebelschwaden arbeitet die Kammer nicht richtig. Der Grund kann zuviel Schmutz in der Kammer, zu wenig Alkohol in der Rinne oder auch eine zu niedrige oder zu hohe Verdampfertemperatur sein.
Manchmal bilden sich relativ stabile Wirbel aus die ein Arbeiten der Kammer zumindest über der gesamten Fläche verhindern und kaum zu beeinflussen sind. Dann ist es am Besten die Kammer auszuschalten und es ein, zwei Stunden später nochmal zu versuchen. Wie diese Wirbel entstehen konnte noch nicht geklärt werden, das ist offenbar ebenso wenig vorher zusagen wie das Wettergeschehen.
Wird der Kompressor ausgeschaltet sollte man bis zum nächsten Einschalten mindestens 5 Minuten warten. Diese Zeit ist notwendig um im Kühlsystem Druckausgleich zu erreichen. Ansonsten kann sich der Kompressor bei zu hohem Anlaufdruck überhitzen.


Röntgenstrahl (35kV, 500 nA) . Die Röntgen-strahlung erzeugt zahlreiche niederenergetische Comptonelektronen.	Betastrahlung einer Sr⁹⁰ Quelle. Die schnellen Elektronen erzeugen nur wenige, sehr kleine Tröpfchen die auf der Aufnahme schwer zu sehen sind.	Thoron (Radon 220) Zerfall, dabei entstehen zahlreiche stark ionisierende Alpha-Teilchen.