Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego

ghost666 20 Wrz 2015 18:00 9378 21
  • Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego
    Poniższy projekt pokazuje w jaki sposób skonstruować można detektor mionów, generowanych w górnych partiach atmosfery przez promieniowanie kosmiczne zderzające się z atmosferą ziemską.

    Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego


    Miony są cząstkami elementarnymi należącymi do grupy leptonów z pośrednią masą około 207 masy elektronu. Mają one średni czas połowicznego rozpadu wynoszący 2,2 µs. Aby pokonać dystans od krańców atmosfery do powierzchni Ziemi pokonać muszą one 20 km, co zajmuje im około 67 µs, nawet pomimo tego, że podróżują one z prędkością bliską prędkości światła. Zgodnie z tym, zasadniczo nie powinna być możliwa detekcja mionów na powierzchni ziemi, jednakże z uwagi na dylatację czasu dla szybko lecących mionów czas płynie wolniej, co powoduje, że mogą one dolecieć do powierzchni ziemi. Widać to na wykresie rozpadu, pokazanym powyżej. Miony rozpadają się na elektrony (pozytony) i neutrina mionowe.

    Krok 1: potrzebne elementy

    Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego






    Aby zbudować prosty detektor mionów potrzebne będą

    * Światłoszczelny pojemnik, autor wykorzystał w tym celu puszkę po farbie
    * Fotopowielacz - można go kupić na przykład na portalach aukcyjnych
    * Woda
    * Zasilacz wysokiego napięcia do fotopowielacza
    * Detektor - wzmacniacz z komparatorem, podłączone do fotopowielacza
    * Licznik
    * Ocyloskop
    * Kable BNC itp

    Krok 2: Czemu woda?

    Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego


    Gdy cząsteczka - na przykład mion - przelatuje przez materiał z prędkością większą, niż prędkość światła w tym materiale, emitowane jest tak zwane Promieniowanie Czerenkowa. W wodzie (o współczynniku załamania równym n = 4/3) prędkość światłą wynosi c/n ≈225 000 km/s. Zatem jeśli mion przelatuje przez pojemnik z wodą z prędkością większą niż wyznaczona generowane będzie 'światło', które wykryć może nasz fotopowielacz. Wystarczy tylko zliczać impulsy z fotopowielacza, a umożliwi nam to zliczenie mionów, przelatujących przez objętość naszego zbiornika z wodą.

    Krok 3: Wyniki

    Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego


    Aby upewnić się, że tym co generuje zliczenia są rozbłyski powodowane w wodzie przez miony autor dokonał pomiaru trzykrotnie. Najpierw mierzył przez 10 minut zliczenia z fotopowielaczem w pustej puszce - otrzymał 53 zliczenia. Następnie wypełnił zbiornik destylowaną wodą i powtórzył 10 minutowy pomiar i otrzymał 81 zliczeń. Finalnie, dokonał ostatniego pomiaru po usunięciu wody i zliczył 46 impulsów. Oznacza to, że obecność wody zwiększa liczbę impulsów w znaczny sposób! co uprawdopodabnia to, że zliczone impulsy są powodowane rozbłyskami generowanymi przez miony.



    Źródło: http://www.instructables.com/id/Detecting-cosmis-muons-in-a-simple-can/?ALLSTEPS


    Fajne! Ranking DIY
  • #2 20 Wrz 2015 22:02
    japko1024
    Poziom 17  

    W profesjonalnych laboratoriach stosuje się do tego tzw. ciężką wodę, w której wszystkie atomy wodoru mają w jądrze 1 proton i 1 neutron (jest to tzw. deuter). Woda występująca w środowisku naturalnym zawiera głównie prot - izotop wodoru, którego jądro stanowi sam proton. Deuter to tylko ułamek procenta łącznej liczby atomów tego pierwiastka.

  • #3 20 Wrz 2015 22:04
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    japko1024 napisał:
    W profesjonalnych laboratoriach stosuje się do tego tzw. ciężką wodę, w której wszystkie atomy wodoru mają w jądrze 1 proton i 1 neutron (jest to tzw. deuter). Woda występująca w środowisku naturalnym zawiera głównie prot - izotop wodoru, którego jądro stanowi sam proton. Deuter to tylko ułamek procenta łącznej liczby atomów tego pierwiastka.


    Tak, istotnie tak jest. Robi się tak, z uwagi na chęć maksymalizacji przekroju czynnego na absorpcję mionu - deuter wykazuje znacznie większy niż najpopularniejszy izotop wodoru. Problem polega jednakże na tym, że ciężka woda jest trudna do zdobycia, szczególnie dla amatora.

  • #4 20 Wrz 2015 22:09
    Greyangel
    Poziom 14  

    Ja akurat dysponuję ciężką wodą ale 0,7l to pewnie za mało. Ciekawe czy podniesienie stężenia ciężkiej wody w zwykłej wodzie zwiększyło by emisję promieniowania Czerenkowa ?

  • #5 20 Wrz 2015 22:28
    999602
    Użytkownik usunął konto  
  • #6 20 Wrz 2015 22:31
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Bardzo prosto udowodnić, wydaje mi się - wystarczy zmierzyć strumień mionów w funkcji wysokości i dopasować do tego krzywą zaniku.

  • #8 22 Wrz 2015 11:22
    999602
    Użytkownik usunął konto  
  • #9 22 Wrz 2015 11:24
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    kikiz napisał:
    dp-mion7 napisał:
    To mogą być inne cząstki elementarne, trzeba by mierzyć stosunek masy do ładunku w polu elektrycznym.
    Miony znacznie łatwiej zagłebiają sie w ziemie niz inne naładowane czastki, czy nie lepiej byłoby zakopać detektor pod ziemią by zmniejszyć jeszcze szumy.


    Czekaj już biorę szpadel i biegnę do ogrodu ;-)
    Właśnie o to chodzi, że chałupnicze metody doprowadziły nas do dzisiejszego stanu wiedzy ale nie zawsze gwarantują, że to co nimi mierzymy to obiekt który zakładamy. W domu połapiemy sobie miony ale czy to będą faktycznie miony ? Myślę, że ta aluminiowa puszka nie wyhamuje promieniowania gamma i tak na prawdę nie wiadomo co tam do niej wpada.


    Myślę, że uczciwie powiedzieć można, że są to miony i inne cząstki elementarne. Do ich rozróżnienia potrzeba by o wiele bardziej wyrafinowanego sprzętu, co nie zmienia faktu, że sam w sobie przedstawiony eksperyment jest bardzo ciekawy przy swojej prostocie...

  • #11 17 Paź 2015 15:45
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Do rozpoznawania, co to naprawdę jest, należy zrobić kilka takich urządzeń (choć ze 3), ustawić je pionowo jedno nad drugim i wyłapywać korelacje sygnałów. U nas mamy zestaw z 4 prętów scyntylacyjnych, na obu końcach każdego są fotopowielacze - pomiar różnicy czasu impulsów z obu stron pozwala wyznaczyć miejsce, gdzie nastąpił rozbłysk. Do tego podłączony komputer z programem, który pokazuje miejsca rozbłysków na wszystkich prętach - o ile są one jednoczesne z dokładnością do nanosekund. Nie wiem, czy to sprawdza różnicę czasów między prętami, żeby się upewnić, że miony przylatują z góry... Potrzebna jest nanosekundowa (albo lepsza) dokładność pomiaru różnic czasów - przez nanosekundę taki mion przelatuje ¼m. Bez sprawdzania korelacji nie wiadomo, czy rozbłysk pochodzi od mionu, czy z rozpadu jądra atomu promieniotwórczego, który zaplątał się do aparatury.

  • #12 12 Mar 2018 17:35
    mpknap
    Poziom 8  

    A znacie projekt CREDO?
    Teraz miony można zobaczyć przy pomocy Smartfona lub PC i kamerki internetowej (zaklejonej czarną taśmą)
    Więcej info :
    credo.science/credodetektor/index.php

  • #14 13 Mar 2018 06:49
    mpknap
    Poziom 8  

    Analizy grupy dr Homoli, wykazują że nie są to artefakty. Częstotliwość, siła sygnału też na to wskazuje. Na 1cm/2 średnio otrzymujemy 1 uderzenie na minutę. Webcamera odbiera różnie, raz na godzinę, na pół godziny, (ze względu na małą matrycę) sygnał który jest kilkadziesiąt razy silniejszy od szumu kamery. Wyniki graficzne w postaci pliku BMP ukazują nawet "tor lotu".
    Pozostaje tylko wierzyć i czekać na 100% potwierdzenie. No i testować działanie programu który będzie rozwijany w celu stworzenia ogólnoświatowej sieci....dla wszystkich chętnych :)

  • #15 13 Mar 2018 09:11
    _jta_
    Specjalista elektronik

    A może lepsze wyniki dałoby się uzyskać ze scyntylatorem - choćby w postaci butelki z wodą? Może tak: mion wytwarza promieniowanie Czerenkowa (bo leci z prędkością około 0.9997c, a światło w wodzie 0.75c), pewnie głównie w zakresie UV, więc w wodzie wypada rozpuścić jakąś fluoresceinę, żeby przetworzyć UV na widzialne, i to rejestrować kamerą. Mion przelatując przez 10cm wody powinien zostawić około tysiąca razy większą energię, niż przelatując przez matrycę, i pewnie średnio co sekundę jakiś się trafi.

    Sygnał rejestrowany przez kamerę może pochodzić z jej szumów - czasem zdarza się silniejszy, może nikt z tych, którzy to analizowali, nie jest w tym wystarczająco zorientowany?

    Co do programu - czy gdzieś jest opis, co on dokładnie robi? Nie udało mi się nic takiego wypatrzeć. Czy w takim razie ktokolwiek wiarygodny może potwierdzić uzyskane wyniki?

  • #16 13 Mar 2018 13:26
    mpknap
    Poziom 8  

    Cóż, program napisałem ja i działa on na zasadzie takiej jak grupa dr Piotra Homoli wypuściła na smartfonty.
    Zasada prosta, ciągłe filmowanie z zakrytym obiektywem i analizowanie każdej klatki czy nie ma jakiegoś wyrażnego skoku ponad szum.

    A najlepiej jeśli chcesz się czegokolwiek dowiedzieć to odsyłam na grupę CREDO, na FB. Tam odpowiada sam Homola. I zachęcam do poczytania i pooglądania na YT o samym projekcie. Jeśli znasz się na temacie to napewno staniesz się przydatny :)

    Zaciekawiło mnie Twoja propozycja eksperymentu. Taki fluorescent można dostać? Jaki proponujesz. Może wogóle zamieścisz jakiś szkic całego experymentu? :)

  • #17 13 Mar 2018 20:47
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Wpisz na Allegro "fluoresceina" - mi znalazło np. 5g w cenie 5zł (+7.20 za wysyłkę), 25g i 100g (jako fluoresceina barwnik do wykrywania nieszczelności) w cenie 9zł (+11) i 32zł (+15). Jak nie zamierzasz robić na wielką skalę, to 5g spokojnie wystarczy. A odrobinę może ci dadzą gratis na jakiejś uczelni (wydział chemii, albo fizyki).

    Aha: fluoresceina toksyczna nie jest, ale lepiej palców w nią nie wsadzać, a jeśli już, to nie oglądać przy świetle UV, bo wyglądają okropnie. Sprawdzone.

    Można by spróbować jeszcze zdobyć nieco innych chemikaliów i butelkę posrebrzyć - chodzi o to, żeby jak najlepiej odbijała światło, jak się uda to dobrze zrobić, to wyjdzie lustro. Jakkolwiek, jeśli to będzie butelka z bezbarwnego i przezroczystego (nie matowego) szkła, to spora część światła może się odbijać dzięki całkowitemu wewnętrznemu odbiciu bez srebrzenia butelki. A jeśli jeszcze butelka miałaby płaskie dno bez nierówności, to może ustawić kamerę pod nią?

    Promieniowanie Czerenkowa rozchodzi się po stożku, którego powierzchnia tworzy z torem mionu kąt 41.4 stopnia. Ale fluoresceina świeci we wszystkie strony - tyle, że ta, która będzie blisko powierzchni wody, nie zostanie oświetlona tym promieniowaniem, bo nie będzie wewnątrz stożka. To, co jest wewnątrz, będzie oświetlone - powierzchnia stożka tym światłem, które powstanie, gdy mion przejdzie przez powierzchnię wody, wnętrze światłem powstającym dalej na jego drodze. I im bliżej toru mionu, tym silniejsze oświetlenie - może ten tor będzie widoczny jako rozmyta świecąca linia.

    Oczywiście butelka i kamera muszą być umieszczone w światłoszczelnym pudełku.

    Co do rozpoznawania wyraźnego skoku - dobrze byłoby zebrać dużą ilość (dziesiątki, może setki tysięcy) takich skoków i popatrzeć, jak częstotliwość występowania zależy od wielkości skoku. Dopiero wtedy będzie można oceniać, co może być ich źródłem - bo może to jest tylko szum migotania matrycy.

    Jeszcze przyszedł mi do głowy pomysł - potrzebna jest butelka po mleku, taka z dużą zakrętką, i kawałek przezroczystego tworzywa (teraz różne drobiazgi sprzedaje się zapakowane w takie tworzywo, z pół mm grubości i całkiem przezroczyste, tylko jeszcze potrzebny jest kawałek płaski. W zakrętce wyciąć dziurę i włożyć do niej kółko wycięte z tworzywa (maksymalne, jakie się zmieści wewnątrz gwintu); być może trzeba będzie dodać gumową uszczelkę, chodzi o to, żeby tym szczelnie zakręcić butelkę, a mieć "okienko" do obserwacji kamerą. Sprawdzić szczelność zamknięcia, potem wlać wodę z dodatkiem fluoresceiny, zamocować butelkę zakrętką do dołu, pod nią umieścić kamerę, żeby "widziała" wnętrze butelki. Całość umieścić w światłoszczelnej obudowie.

    Przydałoby się zrobić ze 3 takie układy i umieścić je w jednej linii. Jeśli 3 kamery naraz zobaczą błysk, to można mieć pewność: to był mion "kosmiczny". Tak naprawdę, te miony nie są z Kosmosu - przylatują głównie protony, ale one za silnie oddziałują z atomami powietrza, do poziomu morza dociera może 0.01%, czy nawet mniej; duża część tych protonów poprzez zderzenia z atomami powietrza wytwarza miony, i to głównie te miony docierają do powierzchni Ziemi. Jak się od czasu do czasu (może raz na parę godzin) trafi dużo silniejszy błysk, to pewnie to będzie proton, któremu się udało przebić przez atmosferę.

  • #18 15 Mar 2018 21:05
    mpknap
    Poziom 8  

    A czy istnieje metoda by określi z tej "pixelozy" jaka to cząstka? Czy w ogóle nią jest?

    Prosty, domowy detektor mionów promieniowania kosmicznego

  • #19 16 Mar 2018 15:41
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Raczej nie - przynajmniej te co większe plamki. Oddziaływanie cząstki z matrycą powinno być punktowe. Podejrzewam, że wewnątrz kamery znalazły się pyłki (a może bakterie) unoszone w powietrzu, i zetknęły się z matrycą wywołując taki efekt.

    A ja właśnie spróbowałem z butelką od mleka, i nie da się tak, jak myślałem - zakrętka ma wewnętrzny kołnierz, który wchodzi do środka, i jest na tyle wysoki, że jak się na nim coś położy, to nie daje się zakręcić. Trzeba by przykleić okienko do dziury wyciętej w zakrętce, ale kwestia w tym, że jest ona wykonana z HDPE - w normalnych warunkach nic tego nie klei.

    Należałoby popatrzeć, z czego są wykonane inne zakrętki, ale obawiam się, że wszystkie są zrobione z materiału nie dającego się sklejać. Być może są zakrętki, które dadzą się zakręcić po włożeniu okienka, ale raczej mniejsze, a poza tym może być problem ze szczelnością. Wygląda na to, że trzeba będzie sprawdzić wiele rodzajów zakrętek, zanim znajdzie się dobrą.

    Przede wszystkim trzeba zwrócić uwagę na kołnierz wewnątrz zakrętki. Zakrętka od wody mineralnej Aretuza nie ma go wcale, i ma duże szanse się nadawać. Inna zakrętka od wody mineralnej (niestety brak oznakowania zakrętki, butelka jest od Inowłodzanki, nie mam pewności, czy zakrętka jest oryginalna) ma kołnierz na zewnątrz butelki - pewnie się nadaje. A zakrętka od Cisowianki ma kołnierz wewnętrzny i raczej się nie nada - nawet, jak się zakręci, to będą problemy ze szczelnością, bo okienko może się zdeformować.

  • #20 16 Mar 2018 22:01
    mpknap
    Poziom 8  

    _jta_ napisał:
    Raczej nie - przynajmniej te co większe plamki. Oddziaływanie cząstki z matrycą powinno być punktowe. Podejrzewam, że wewnątrz kamery znalazły się pyłki (a może bakterie) unoszone w powietrzu, i zetknęły się z matrycą wywołując taki efekt.


    To zdjęcie to "kolaż", czyli najciekawsze "detekcje". 99% to punktowe uderzenia. Wydaje mi się, że gdyby był problem z kamerą to pixele były by powtarzalne, a w tym przypadku tak nie jest. Częstotliwość jest różna ale średnio co godzinę się coś rejestruje, nigdy nie jest podobne do pozostałych.

    Pozostaje mi tylko nadzieja że się mylisz ;)

    Co do experymentu z płynem zagłebię się wkrótce w temat.

    Dodano po 4 [godziny] 46 [minuty]:

    mpknap napisał:
    w normalnych warunkach nic tego nie klei.

    Może pistolet do kleju na gorąco, lub klej do rur PCV (w marketach budowlanych za 20zł) ?

  • #21 18 Mar 2018 19:49
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Wygląda na to, że zakrętki do Coli (zarówno Coca-Coli, jak i innych) są z innego materiału, więc może łatwiejsze do klejenia, a poza tym prawie nie mają tych kołnierzy.