9zip.ru Радиотехника, электроника и схемы своими руками Самодельный регистратор-визуализатор космических частиц из люминесцентных ламп

В этой статье рассказывается, как в домашних условиях можно построить небольшое устройство для визуализации мюонов, которые являются единственным типом космических заряженных частиц, которые достигают земной поверхности.

Мюон - высокоэнергетическая частица, имеющая такие же заряд и спин, как электрон, но имеющая примерно в 200 раз большую массу. В области космических частиц мюон является частью вторичных космических лучей, как распад мезонов, которые, в свою очередь, создаются протонами, сталкивающимися с молекулами атмосферы.

Для создания самодельного детектора мюонов можно использовать сцинтилляторы с фотоумножителями, счётчики Гейгера или... лампы дневного света. Первый метод - более надёжный, зато второй можно реализовать даже в домашних условиях. Работа трубки ЛДС здесь аналогична счётчику Гейгера в дозиметре: при пролёте заряженной частицы происходит ионизация, приводящая к электрическому разряду с визуальным эффектом в виде вспышки.

Как минимум две лампы дневного света должны быть расположены одна над другой. Каждую лампу необходимо обернуть полосками металлической фольги на расстоянии 10 см с приложенным напряжением 600 - 1000 вольт. Таким образом получаются миниатюрные ускорители частиц.

Когда мюон пролетает через трубки ламп, взаимодействие с молекулами газа заставляет его терять энергию, которая ионизирует газ внутри лампы и создаёт электрический разряд. Ионизация в газе вообще может быть вызвана высокой температурой, радиацией, высокочастотными фотонами, электронами с высокой энергией и космическими лучами.

Поскольку мюон представляет собой тяжёлую энергетическую частицу, гарантия, что ионизация газа была вызвана именно им, получается, когда разряд возникает одновременно более, чем в одной трубке.


Конструкция детектора космических частиц очень проста. Из антенного кабеля извлекается оплётка и используется в качестве удобного гибкого провода, там же можно взять фольгу. В качестве держателей ламп дневного света подходит любой материал, даже картон, но лучше использовать привычную ДСП. Полоски из металлической фольги можно закрепить на лампах с помощью двухстороннего скотча. Потенциал, подведённый к полоскам фольги, должен чередоваться: плюс, минус, плюс, минус и т.д. Высокое напряжение можно получить при помощи умножителя. Оптимальное напряжение составляет 900 - 1200 В.

Вспышки видны только в полной темноте. Чувствительность видеокамеры намного меньше, чем у человеческого глаза, поэтому на видео это выглядит не так наглядно.

В первых испытаниях можно вообще не получить стабильной работы. Некоторые участки ламп могут постоянно подсвечиваться, другие - постоянно мигать, и только часть будет работать должным образом. Но есть порог напряжения, при котором вся система начинает работать так, как нужно. Только одновременная вспышка в двух разных лампах сигнализирует пролёт мюона.

Испытания детектора с радиоактивными элементами показывают, что их радиоактивности не достаточно для ионизации ламп. Это совершенно разные энергетические уровни. Энергия распада бета-частицы составляет 0.3-1.4 МэВ, энергия же мюона на высоте 20 км над уровнем моря составляет не менее 3,2 ГэВ, что в 1000 раз больше.

Данный регистратор-визуализатор мюонов нельзя назвать стабильным. Его чувствительность изменяется от температуры: с её уменьшением падает и чувствительность. В таком применении сокращается и ресурс ламп, уже через несколько месяцев они требуют замены. Есть подозрение, что молекулы ртути ведут себя, как магнитные диполи и остаются поляризованными постоянным электрическим полем, не возвращаясь после в нейтральное состояние. Влияет также и тип самих ламп. В частности, лучше всех в роли регистраторов космических частиц показали себя ЛДС Osram.

Оригинальное описание (на итальянском):

Понравилась статья? Леопольд говорит: поделись с друзьями!