3B SCIENTIFIC® PHYSICS
Chambre de brouillard 1000921
Instructions d’utilisation
08/16 SP/ALF
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trique. Un manche latéral sert à la fixation au
matériel de support.
Le liquide de la chambre est un mélange moitié
d'eau et moitié d'alcool isopropylique.
La chambre de brouillard ne requiert aucune
homologation, mais elle est agréée comme récipient de protection aux rayonnements pour le
bâtonnet radioactif (1006797). La chambre est
considérée comme un équipement destiné à la
protection contre le rayonnement (IIe Ordonnance sur la protection contre les rayonnements,
§ 9, 4). En tant que tel, elle est contrôlée (PTB n°
VI B/S 3516) et agréée (certificat BW 8/65/II).
1. Consignes de sécurité
Plaque de recouvrement
Manche
Plaque d'assise
Balle en caoutchouc
Tubulure de remplissage
(filetage pour bâtonnet radioactif)
Film d'absorption sur étrier
orientable
Lorsque vous réalisez des expériences avec
des échantillons radioactifs, observez les
prescriptions en vigueur (par ex. l'ordonnance
sur la protection contre les rayonnements).
2. Description
La chambre de brouillard permet de rendre visible la trajectoire des rayons ionisants (notamment du rayonnement ).
La chambre de brouillard est constituée d'une
épaisse plaque en plexiglas montée hermétiquement sur une plaque d'assise. Au fond de la
chambre se trouve une tubulure centrale avec un
ballon en caoutchouc. Insérée dans la plaque de
fond, une plaque en mousse permet la détente
adiabatique du gaz de remplissage. La chambre
comprend un film d'absorption (en papier) fixé
sur un étrier orientable. Comme source de
rayonnement pour la chambre de brouillard, nous
recommandons le bâtonnet radioactif de radium
(1006797), qui est vissé dans le filetage excen-
3. Caractéristiques techniques
Chambre :
Manche :
Masse :
Liquide de chambre:
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15 mm x Ø 90 mm
45 mm x Ø 10 mm
env. 600 g
isopropanol/eau 30 ml
5.2 Réalisation
Avec une pipette, versez le liquide (10 à 20
gouttes) dans la chambre à travers la tubulure et répartissez-le uniformément en secouant la chambre.
Vissez le bâtonnet radioactif dans la tubulure
de remplissage. Ce faisant, tournez le bâtonnet avec un tournevis ou un objet plat de manière à ce que son extrémité aplatie soit
orientée vers le milieu de la chambre.
Fixez la chambre de brouillard en position
horizontale sur une barre de support.
Disposez le dispositif d'éclairage de manière
à ce que le faisceau lumineux traverse la
chambre par le côté dans un axe environ
perpendiculaire au sens du rayon de l'échantillon.
Frottez la plaque de recouvrement avec un
chiffon de laine, sans forcer.
Comprimez fortement le ballon en caoutchouc pendant une ou deux secondes, puis
relâchez-le.
Lorsque vous relâchez le ballon en caoutchouc,
la trajectoire des particules sortant de la source
de rayonnement est visible sous la forme d'une
trace de brouillard. Après une ou deux secondes,
elle se dissipe lentement. Vous pouvez répéter
l'opération après quelques secondes.
En inclinant la chambre de brouillard, placez
le film d'absorption dans la marche des
rayons et observez l'absorption des rayons
sur le papier.
4. Principe du fonctionnement
Les études de Helmholtz (1887) ont permis de
démontrer que les ions se trouvant dans une
atmosphère sursaturée de vapeur d'eau forment
des noyaux de condensation sur lesquels se
déposent des gouttelettes de brouillard. Les particules chargées qui sont éjectées des éléments
radioactifs génèrent le long de leur trajectoire un
grand nombre de paires d'ions dans l'atmosphère
environnante. Si l'air environnant est sursaturé
de vapeur d'eau, les ions agissent comme des
noyaux de condensation et, si l'éclairage est
suffisant, la trajectoire des particules devient
visible sous la forme de traces de brouillard
(« traînées de condensation »).
Dans la chambre de brouillard, la sursaturation
de l'air environnant en vapeur d'eau est provoquée par une détente soudaine et ainsi par le
refroidissement du gaz de remplissage.
5. Manipulation
5.1 Remarques générales
1. Serrez fermement les vis moletées pour que la
chambre de brouillard soit étanche. Lorsqu'on
plonge la chambre sous l'eau et qu'on comprime
le ballon en caoutchouc, on peut rendre visibles
les endroits qui ne sont pas étanches.
2. La chambre de brouillard doit impérativement
être exempte de poussière. Lorsque le bâtonnet
radioactif est retiré, refermez la tubulure de remplissage en mettant un bouchon en caoutchouc.
Le risque d'encrassement est particulièrement
important lorsque la chambre est démontée.
Aussi, n'ouvrez que rarement la chambre et,
avant de la réassembler, nettoyez-la soigneusement avec un cuir de fenêtres humide.
3. La chambre de brouillard reste longtemps
opérationnelle lorsque le bâtonnet radioactif demeure dans la tubulure de remplissage ou que la
tubulure est fermée hermétiquement.
4. Le bâtonnet radioactif est étanche aux émanations. Même s'il demeure longtemps dans la
chambre de brouillard, une émanation radioactive
n'est pas à craindre.
5. L'épaisse plaque de recouvrement planeparallèle permet des prises de vue nettes et sans
distorsions. Pour cela, configurez l'éclairage au
moyen d'écrans, de manière à ce que les rayons
lumineux ne touchent pas la plaque de fond
noire.
6. Si de l'humidité, provenant du stockage ou
d'un réchauffement irrégulier dû à l'éclairage,
devait se précipiter sur la plaque en plexiglas,
placez un chiffon de laine légèrement chauffé sur
la plaque pour éliminer l'humidité.
5.3 Remarques
1. Lorsque vous frottez la plaque de recouvrement, il se crée entre celle-ci et le fond de la
chambre un champ électrique qui nettoie la
chambre d'ions résiduels gênants qui entraîneraient la formation d'un voile. Si les images ne
sont pas nettes après que le ballon de caoutchouc a été comprimé encore une fois, frottez de
nouveau la plaque de recouvrement.
2. Sur l'image de la chambre de brouillard, on
reconnaît clairement que les trajectoires présentent différentes longueurs, une grande partie
étant moitié moins longue que la plus grande. On
peut en déduire que la vitesse de sortie varie.
L'énergie et ainsi la portée dans l'air sont caractéristiques pour chaque substance émettant un
rayon (nuclide). Les particules de radium 226
ont une portée de 3,6 cm (à pression atmosphérique). Les particules présentant un long parcours proviennent d’un produit de désintégration
(Ra A, portée 6,3 cm). Un film très mince est
placé devant l'échantillon. Aussi la portée observée est-elle quelque peu inférieure à celle indiquée dans le tableau.
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Lorsqu'une particule heurte un noyau atomique
au cours de sa trajectoire, il change de direction
et le noyau touché et ainsi mis en mouvement
génère une propre traînée. De tels impacts sont
très rares. Aussi faut-il avoir beaucoup de chance
pour observer ce phénomène.
3. Si l'on remplace le papier par un film très
mince d'hostaphane (5 à 10 m ou 0,7 à
1,5 mg/cm2) devant l'échantillon, on observe que
pratiquement tous les rayons traversent le film
sans déviation ni réduction de portée notables.
Les couches fines de matière sont donc traversées par les particules . Il s'agit d'une analyse
qualitative de la dispersion de Rutherford et la
preuve que la matière présente une « structure à
trous ». À la place de l'hostaphane, on peut aussi
utiliser des films minces d'un autre matériau, par
ex. de l'or d'applique. Le plus simple est de fixer
le film avec un ruban adhésif.
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