Peltier Nebelkammer

[NuclearPhoenix]

Ich bin ein wenig verwundert, dass es hier noch keinen ähnlichen Beitrag gibt (vielleicht habe ich auch nur nicht gründlich genug gesucht), daher stelle ich mal meine kürzlich fertiggestellte Nebelkammer vor.

Dafür habe ich ein einzelnes TEC2-25408 Peltierelement hergenommen, welches auf einem Thermalright Peerless Assassin 120 CPU-Luftkühler sitzt. Auf der kalten Seite des Peltiers sitzt eine 100 x 100 x 2mm Kupferplatte, in die ich 4 Löcher hineingebohrt habe. Über die Löcher ist die Platte dann mit Kunststoffschrauben an der Kühlermontierung befestigt. Damit ist das ganze auch schön stabil. Unter der Kupferplatte habe ich dann noch eine Acrylplatte miteingeschraubt, worauf ich das Glas und die LEDs stelle. Außerdem habe ich natürlich alles rund um das Peltierelement, Acryl- und Kupferplatte mit selbstklebendem, zugeschnittenem PE-Tape gedämmt.

Die LEDs sind eigentlich ansteuerbare RGB LEDs, die habe ich zu einem Ring geformt, um das Glas herumgelegt und auf weiß eingestellt. Mehr mache ich damit im Moment auch nicht. Farben, Helligkeit usw. könnte ich alles verändern, aber wozu

Angeschlossen ist alles an einem normalen ATX PC Netzteil: Das Peltierelement hängt an einem 8-Pin CPU-Anschluss und alles andere an dem 24-Pin Motherboardanschluss. Das Netzteil hatte ich noch über und ist teilmodular, d.h. ich habe nur die 2 Kabel dran hängen und damit keinen allzugroßen Kabelsalat.

Nach ein paar Minuten warten kühlt sich die Kupferplatte auf ca. -33°C runter. Ich hatte eigentlich mit ein bisschen mehr gerechnet, vor allem weil der ganze Aufbau insgesamt nur um die 85 Watt zieht (relativ wenig, vielleicht mehr Kühlpotential?). Aber gut, ich bin vorerst trotzdem echt zufrieden damit.

Eigentlich ein ganz klassischer Aufbau wie man ihn öfters findet. Was ich bisher aber noch nicht so oft gesehen habe ist, dass direkt die Lüftermontierung benutzt wird und dass nur ein Peltier verwendet wird. Meistens hat man da ja zwei oder drei "kleine" übereinander und was ich auch zu oft gesehen habe ist, dass alles einfach irgendwie mit Heißkleber zusammengehalten wird.

Hier ein kleines Demo-Video (verzeiht mir bitte meine fürchterliche Handykamera, ich verspreche euch in echt sieht es nochmal deutlich besser aus):

Eine Stelle im Video finde ich besonders interessant, hier ein wenig verlangsamt und mit Pfeil
Hat wer eine Idee was das sein könnte? Eine (mehr oder weniger) gerade Linie die plötzlich aufhört und in zwei andere Linien übergeht, die 180° versetzt zueinander sind... Zufall?

[Kermit]

Hat wer eine Idee was das sein könnte? Eine (mehr oder weniger) gerade Linie die plötzlich aufhört und in zwei andere Linien übergeht, die 180° versetzt zueinander sind... Zufall?

Die übliche Erklärung wäre eigentlich: Beta-Teilchen, also Elektronenbahnen.

Stossprozesse mit Elektronen können auch als Rückstreuung- also auch bis 360° - vorkommen. Es sind also alle Winkel möglich. Um das Bild besser erklären zu können, müsste man ein paar Monte-Carlo-Simulationen zum Bsp.: mit GEANT4 machen...

(bei mir würde das aber ziemlich lange dauern, bin da schon wieder sehr weit raus 

Paarbildung wäre auch noch eine denkbare Variante 

[etalon]

Sehr schönes Projekt! Bei mir liegen die Einzelteile für eine Nebelkammer schon seit Jahren herum, aber ich komme einfach nicht dazu, sie zu bauen. Aber das kommt schon noch...   

[Kermit]

nur mal so als Lit auf die Schnelle (nicht ganz passend zu Deiner Nebelkammer, aber interessant  , es geht auch um Plastikszintillatoren)

https://www.physi.uni-heidelberg.de/Publications/Masterarbeit_Roick.pdf

auf Seite 13 in der Arbeit ist ein Bild mit berechneten Rückstreubahnen

[nukulus]

schaut toll aus 

das motiviert mich auch mal eine zu bauen...

zwei fragen in die runde:
- was ist die ideale temperatur für die kammer?
- kann der wasserdampf im glas vernachlässigt werden?

[etalon]

schaut toll aus 

das motiviert mich auch mal eine zu bauen...

zwei fragen in die runde:
- was ist die ideale temperatur für die kammer?
- kann der wasserdampf im glas vernachlässigt werden?

Welcher Wasserdampf??? 

Die Platte muss möglichst kalt sein, um so kälter, desto besser. Man muss ja einen steilen Temperaturgradienten hin bekommen, um eine möglichst große übersättigte Alkoholatmosphäre hin zu bekommen.

Aber deine Fragen zeigen mir, dass du dich mit dem Funktionsprinzip einer Nebelkammer noch überhaupt nicht auseinandergesetzt hast. Daher rate ich dir dringend, vorher etwas die Literatur zu bemühen, sonst ist dein Projekt zum Scheitern verurteilt. Es gibt auch ein paar brauchbare Youtube-Videos dazu...

[Raddet]

Man muss ja einen steilen Temperaturgradienten hin bekommen

Der Temperaturgradient kann übrigens nicht nur durch die Kühlung der Unterseite, sondern auch durch die Erwärmung der Oberseite erreicht werden.

[etalon]

Man muss ja einen steilen Temperaturgradienten hin bekommen

Der Temperaturgradient kann übrigens nicht nur durch die Kühlung der Unterseite, sondern auch durch die Erwärmung der Oberseite erreicht werden.

Ja, aber dann bringt er dir nur nichts. Es reicht nicht, einfach nur oben zu heizen. Man muss schon einen ausreichenden Bereich haben, welcher deutlich unter der Siedetemperatur des Alkohols liegt. Daher macht man normalerweise beides, oben heizen und unten kühlen... 

[nukulus]

schaut toll aus 

das motiviert mich auch mal eine zu bauen...

zwei fragen in die runde:
- was ist die ideale temperatur für die kammer?
- kann der wasserdampf im glas vernachlässigt werden?

Welcher Wasserdampf??? 

Die Platte muss möglichst kalt sein, um so kälter, desto besser. Man muss ja einen steilen Temperaturgradienten hin bekommen, um eine möglichst große übersättigte Alkoholatmosphäre hin zu bekommen.

Aber deine Fragen zeigen mir, dass du dich mit dem Funktionsprinzip einer Nebelkammer noch überhaupt nicht auseinandergesetzt hast. Daher rate ich dir dringend, vorher etwas die Literatur zu bemühen, sonst ist dein Projekt zum Scheitern verurteilt. Es gibt auch ein paar brauchbare Youtube-Videos dazu...

ehhh, sorry... ich habe ein bisschen geforscht keine ideale temperatur gefunden. deine aussage "um so kälter" ist nicht wirklich hilfreich - und falsch. mit peltiers lassen sich über zwei stufen gut -50°C und tiefer erreichen... ab -90°C wird es dann problematisch, nicht wegen der kühlung sondern wegen dem isopropanol.

das mit dem wasserdampf hast du wohl falsch verstanden - ich meine die umgebungsfeuchte. dass die auf der kühlen fläche kristalle bildet und dies störend sein könnten mit dem seitlichen lichteinfall...

[Raddet]

Man muss schon einen ausreichenden Bereich haben, welcher deutlich unter der Siedetemperatur des Alkohols liegt.

Das ist richtig. Wichtig ist auch der ,,Taupunkt" und der Grad der Übersättigung des Dampfes bei gegebenem spezifischem P und T.

Ich habe übrigens verstanden, warum in der Wissenschaft oft ,,Kolben"-Kammern verwendet werden und nicht Kammern mit Temperaturgradienten. Durch eine starke Druckabsenkung schaffen wir geeignete Bedingungen für die Registrierung von Partikeln im gesamten Kammervolumen und nicht nur in einer engen Raumschicht, wie beispielsweise in dieser Kammer.

Das heißt, mit einem Kolben haben wir ein vollständiges 3D-Bild. Und in dieser Kamera - tatsächlich nur 2D...

[etalon]

...
das mit dem wasserdampf hast du wohl falsch verstanden - ich meine die umgebungsfeuchte. dass die auf der kühlen fläche kristalle bildet und dies störend sein könnten mit dem seitlichen lichteinfall...

Stell präzise Fragen, dann bekommst du auch präzise Antworten!

Was denkst du denn, wie viel Wasser in einem so kleinen Volumen in der Raumluft enthalten ist? Das wird sich beim Runterkühlen zunehmend an der kühlsten Stelle niederschlagen und gut ist es. Da stört, wenn man es richtig baut, normalerweise nix.

deine aussage "um so kälter" ist nicht wirklich hilfreich - und falsch. mit peltiers lassen sich über zwei stufen gut -50°C und tiefer erreichen... ab -90°C wird es dann problematisch, nicht wegen der kühlung sondern wegen dem lichteinfall...

Doch, wenn man das Prinzip dahinter verstanden hat, dann ist sie schon hilfreich. Die von dir genannten -90 Grad wirst du auf solch einer großen Fläche mit Peltiers nie erreichen. Dazu bräuchtest du zur Isolation ein sehr gutes Vakuum um den ganzen Aufbau herum (völlig utopisch!) und einen gut berechneten Peltierstack, denn deren Effizienz sinkt bei solch niedrigen Temperaturen dramatisch. Daher wirst du mit Peltiers nie in einen Bereich kommen, in dem du mit dem Alkohol Probleme bekommst, und daher ist meine Aussage auch nicht falsch. Aber du scheinst ja bestens zu wissen, was du tust. Also leg mal los...   

[etalon]

Man muss schon einen ausreichenden Bereich haben, welcher deutlich unter der Siedetemperatur des Alkohols liegt.

Das ist richtig. Wichtig ist auch der ,,Taupunkt" und der Grad der Übersättigung des Dampfes bei gegebenem spezifischem P und T.

Ich habe übrigens verstanden, warum in der Wissenschaft oft ,,Kolben"-Kammern verwendet werden und nicht Kammern mit Temperaturgradienten. Durch eine starke Druckabsenkung schaffen wir geeignete Bedingungen für die Registrierung von Partikeln im gesamten Kammervolumen und nicht nur in einer engen Raumschicht, wie beispielsweise in dieser Kammer.

Das heißt, mit einem Kolben haben wir ein vollständiges 3D-Bild. Und in dieser Kamera - tatsächlich nur 2D...

Naja, Kolbenkammern haben dafür andere Nachteile, denn sie funktionieren nur gepulst für kurze Zeiträume der Detektion und nur in recht kleinen Volumen. Aber gehen tun beide Prinzipien. Eine Kolbenkammer ist halt deutlich einfacher zu realisieren.

In einer gekühlten Nebelkammer hat man auch ein 3D Bild (siehe das Video oben). Allerdings halt nur über die übersättigte Schichtdicke. Daher ist man ja bestrebt, diese technisch so dick wie möglich zu gestalten, und dazu benötigt man halt uA möglichst steile Temperaturgradienten...

[Raddet]

Wenn ich so drüber nachdenke... Wenn Sie eine andere Verbindung als Alkohol verwenden, mit einem entsprechend verschobenen "Taupunkt", brauchen Sie vielleicht auch keine Peltiers. Nur unterschiedliche Grade der Erwärmung über Null.....

Das ist ein Thema für weitere Forschungen.

[etalon]

Wenn ich so drüber nachdenke... Wenn Sie eine andere Verbindung als Alkohol verwenden, mit einem entsprechend verschobenen "Taupunkt", brauchen Sie vielleicht auch keine Peltiers. Nur unterschiedliche Grade der Erwärmung über Null.....

Das ist ein Thema für weitere Forschungen.

Ja, aber Alkohol ist halt billig in großen Mengen verfügbar und vergleichsweise ungiftig und einfach zu besorgen (auch für den Normalbürger)... 

[NuclearPhoenix]

das mit dem wasserdampf hast du wohl falsch verstanden - ich meine die umgebungsfeuchte. dass die auf der kühlen fläche kristalle bildet und dies störend sein könnten mit dem seitlichen lichteinfall...

Wenn du die Kammer ohne Alkohol längere Zeit unter 0°C laufen lässt, bildet sich natürlich Eis auf der Platte. Aber sobald auf der Platte mal der Alkohol kondensiert und eine Flüssigkeitsschicht bildet hast du gar kein Eis mehr drauf, insofern ist das überhaupt kein Problem.

Die Platte muss möglichst kalt sein, um so kälter, desto besser. Man muss ja einen steilen Temperaturgradienten hin bekommen, um eine möglichst große übersättigte Alkoholatmosphäre hin zu bekommen.

Ja genau, den Filz mit Alkohol könnte ich noch zB. mit ein paar Widerständen erwärmen, dann wäre die Schicht sicher noch ein bisschen dicker und besser sichtbar. Das ist auf jeden Fall eine gute Verbesserungsmöglichkeit für die Zukunft!