{"id":330,"date":"2013-09-26T19:05:16","date_gmt":"2013-09-26T18:05:16","guid":{"rendered":"http:\/\/www.cloudylabs.fr\/wp\/?page_id=330"},"modified":"2019-06-16T10:10:47","modified_gmt":"2019-06-16T09:10:47","slug":"presentationold","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.cloudylabs.fr\/wp\/presentationold\/","title":{"rendered":"Chambre \u00e0 brouillard thermo\u00e9lectrique refroidie \u00e0 eau"},"content":{"rendered":"

Les modules thermo\u00e9lectriques (cellules Peltier) permettent de fabriquer des chambres \u00e0 brouillard compactes avec un \u00e9quilibre qui se met en place rapidement : c’est le mod\u00e8le pr\u00e9sent\u00e9 ici.<\/span>
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La surface d’interaction blanche est due \u00e0 la cristallisation de l’humidit\u00e9 ambiante apr\u00e8s quelques minutes de fonctionnement (test r\u00e9alis\u00e9 pour les besoins de la photo). Si l’on met de l’alcool (\u00e9thanol ou isopropanol), on pourra observer des particules. L’\u00e9cran LCD indique la temp\u00e9rature du liquide de refroidissement. Les interrupteurs servent \u00e0 contr\u00f4ler l’\u00e9clairage et le champ \u00e9lectrique<\/p><\/div>\n

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Une prise 220V et un interrupteur permettent de d\u00e9marrer la machine.<\/p><\/div>\n

Principe de fonctionnement :<\/em><\/span> 8 cellules Peltier sont plac\u00e9es sur un \u00e9changeur de chaleur dans lequel circule de l’eau charg\u00e9e d’\u00e9vacuer la puissance thermique produite par les Peltiers. La temp\u00e9rature de l’eau est maintenue \u00e0 environ 30\u00b0C (dans les conditions ext\u00e9rieurs standard) gr\u00e2ce \u00e0 un circuit de refroidissement (l’eau passe ensuite dans des radiateurs munis de ventilateurs afin d’\u00e9vacuer son \u00e9nergie).  <\/span><\/p>\n

Le circuit \u00e9lectrique de la machine repose sur une alimentation 12V pouvant d\u00e9livrer un fort amp\u00e9rage (environ 60A) \u00e0 partir d’une prise secteur 220V. Les tensions de sortie permettent d’alimenter les diff\u00e9rents composants de la machine : le syst\u00e8me d’\u00e9clairage \u00e0 leds, les ventilateurs, les modules thermo\u00e9lectriques, la pompe, la sonde de temp\u00e9rature et le module haute tension.<\/span><\/p>\n

La haute tension est un \u00e9l\u00e9ment important de l’exp\u00e9rience. Le champ \u00e9lectrique permet de drainer dans la couche sursatur\u00e9e les ions cr\u00e9\u00e9s par le passage des particules ce qui augmente la sensibilit\u00e9 de la chambre (plus de traces sont d\u00e9tectables). Le champ joue aussi sur la qualit\u00e9 des trac\u00e9s en emp\u00eachant que les ions ne \u00ab\u00a0s’\u00e9parpillent\u00a0\u00bb trop et forment des traces \u00e9paisses. Enfin il neutralise en partie sup\u00e9rieur de l’enceinte les ions cr\u00e9\u00e9s par le rayonnement naturel en \u00e9vitant la formation de brouillard parasite perturbant l’observation. L’image ci-dessous montre l’aspect des particule alpha \u00e9mis par l’Uraninite avec ou sans champ \u00e9lectrique :<\/p>\n

\"champ\"<\/a>

Gauche : pas de champ \u00e9lectrique. Droite : pr\u00e9sence du champ \u00e9lectrique, les traces sont plus fines<\/p><\/div>\n

La haute tension est produite \u00e0 partir de la tension continue de l’alimentation via un circuit d\u00e9di\u00e9 et un g\u00e9n\u00e9rateur type Cockroft Walton (l’anc\u00eatre des acc\u00e9l\u00e9rateurs de particules). Cette tension est \u00ab\u00a0inoffensive\u00a0\u00bb dans le sens o\u00f9 par les qualit\u00e9s intrins\u00e8ques du circuit multiplicateur de tension l’amp\u00e9rage est au maximum d’une centaine de micro Amp\u00e8res (une r\u00e9sistance de 2Mohms limite encore le courant de sortie. Pour plus de d\u00e9tails <\/span>cliquez ici<\/a>).<\/span><\/p>\n

\"Lt\"<\/a>

Intensit\u00e9 (bleu) et potentiel (vert) de la haute tension<\/p><\/div>\n

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Fonctionnalit\u00e9s de la chambre \u00e0 brouillard<\/span><\/h3>\n<\/dt>\n<\/dl>\n

Champ <\/strong>magn\u00e9tique
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Le design de la machine a \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9 afin de pouvoir introduire un aimant permanent (type N\u00e9odyme Fer Bore poss\u00e8dant les champs r\u00e9manents les plus intenses) en-dessous et au plus pr\u00e8s de la surface d’interaction sans perturber l’\u00e9quilibre de l’enceinte. Le champ magn\u00e9tique par l’interm\u00e9diaire de la force de Lorentz permet de d\u00e9vier les particules l\u00e9g\u00e8res (\u00e9lectrons et positons) provenant du rayonnement cosmique ou des sources radioactives introduites dans la chambre. En mesurant le rayon de courbure de la particule et en observant son sens de d\u00e9viation on peut d\u00e9terminer sa charge et estimer son \u00e9nergie<\/a>.<\/p>\n

Le champ magn\u00e9tique permet d’observer les cr\u00e9ations de paires (e–<\/sup>,e+<\/sup>) lorsqu’un rayonnement gamma s’annihile<\/a> et de discriminer les muons des \u00e9lectrons (l’\u00e9lectron ayant une masse 207 fois plus faible que le muon il sera d\u00e9vi\u00e9 facilement par le champ magn\u00e9tique tandis que le muon n’y sera que peu sensible).<\/span><\/p>\n

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A gauche, d\u00e9viation d’un \u00e9lectron par le champ magn\u00e9tique (une particule alpha provenant de la d\u00e9sint\u00e9gration du radon est aussi pr\u00e9sente mais elle n’est pas sensible \u00e0 l’influence du champ du fait de sa tr\u00e8s grande masse). A droite, cr\u00e9ation de paire positon\/\u00e9lectron par annihilation d’un rayonnement gamma. Les deux particules sont d\u00e9vi\u00e9es dans deux sens diff\u00e9rents.<\/p><\/div>\n

L’intensit\u00e9 du champ magn\u00e9tique diminuant tr\u00e8s rapidement avec la distance il faut que l’aimant soit le plus pr\u00e8s possible du passage des particules. Il <\/span>est ainsi possible de positionner un aimant de dimension maximale 7×16 cm et de 4,5 cm d’\u00e9paisseur \u00e0 25 mm de la surface d’interaction<\/span>. L’emplacement de l’aimant est accessible en remontant le panneau lat\u00e9ral de la machine.<\/span><\/p>\n

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Emplacement de l\u2019aimant dans la chambre. Exemple d\u2019aimant (ici 10x5x2.5cm) que l\u2019on peut introduire. Le champ magn\u00e9tique produit avec un tel aimant est d’environ 140 mT<\/span><\/a><\/span><\/p><\/div>\n

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Chambre en verre<\/b><\/span><\/h3>\n

Le nettoyage r\u00e9gulier de l’enceinte (les poussi\u00e8res \u00e9tant attir\u00e9es par le champ \u00e9lectrique) a montr\u00e9 que la chambre se rayait facilement lorsque celle-ci \u00e9tait faite de plastique. Le verre est plus difficile \u00e0 d\u00e9couper que le plexiglass mais il est inrayable et optiquement plus int\u00e9ressant lorsque l’on doit photographier l’int\u00e9rieur de l’enceinte ou retransmettre sur \u00e9cran les \u00e9v\u00e8nements.<\/p>\n

Le verre \u00e9tant deux fois plus dense que le plastique, il y a plus de particules observables par la multiplication des rayonnements gamma dans le verre. Il arrive aussi, assez rarement, qu’un proton (ou neutron) interagisse dans la paroi pour \u00e9jecter d’autre protons que l’on peut ensuite d\u00e9tecter (image ci-dessous).<\/p>\n

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Diffusion \u00e9lastique proton-proton. Cliquer pour plus d’explications<\/p><\/div>\n

Eclairage – Syst\u00e8me de diffusion d’alcool<\/b><\/b><\/span><\/h3>\n

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Le syst\u00e8me d’\u00e9clairage consiste en un double r\u00e9seau de 80 LEDs qui \u00e9clairent de fa\u00e7on rasante la surface d’interaction tout en minimisant les r\u00e9flexions parasites. La technologie LED permet de ne pas perturber l’\u00e9quilibre thermodynamique car la proportion d’infrarouge \u00e9mis est r\u00e9duite par rapport aux syst\u00e8mes d’\u00e9clairage \u00e0 incandescence. Le boitier de contr\u00f4le (contenant l’indicateur LCD de temp\u00e9rature) dispose d’un interrupteur permettant d’\u00e9teindre l’\u00e9clairage, utile lors de l’introduction de sources radioactives fluorescentes (radium, tritium, autunite, oxyde d’uranium…).<\/p>\n

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La photo ci-dessus montre de gauche \u00e0 droite le couvercle, le r\u00e9seau de LEDs et la chambre en verre. Ces \u00e9l\u00e9ments se s\u00e9parent pour proc\u00e9der plus facilement au nettoyage  car les poussi\u00e8res, mais aussi les cycles d’\u00e9vaporation\/condensation de l’alcool laissent des tra\u00een\u00e9es sur les vitres qu’il faut enlever avec un tissu.<\/p>\n

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L’alcool liquide (\u00e9thanol \u00e0 90% ou isopropanol) se place sur les ailettes dispos\u00e9es sur le couvercle. Environ 2 cm3<\/sup> d’alcool d\u00e9pos\u00e9s sur les ailettes permettent d’observer les rayonnements pendant une trentaine de minutes comme le t\u00e9moigne cette vid\u00e9o :<\/p>\n