Bau einer kontinuierlich betriebenen Diffusionsnebelkammer
Bau einer kontinuierlich betriebenen Diffusionsnebelkammer Bau einer kontinuierlich betriebenen Diffusionsnebelkammer
Halbleiter unterschiedlichen Typs angeordnet werden. Werden sie vom Strom durchflossen, so wird aufgrund des Peltier-Effekts Wärme von einer Platte zur anderen transportiert, wodurch die erste Platte gekühlt wird. Führt man Wärme an der zweiten Platte außerhalb des Systems ab, so kann ein stabiler Kühlbetrieb hergestellt werden. Durch Überlagerung der Peltier-Elemente kann man die benötigten tiefen Temperaturen erreichen. Doch bei großflächigen Kammern treten folgende Probleme auf. Einerseits kann man die Bodenplatte in der Kammer nicht gleichmäßig kühlen, da die Elemente aufgrund deren Größe nur ” punktuell“ angebracht werden können. Andererseits muss man zur Kühlung der Elemente einen Kühlkreis mit Wasser aufbauen, der nur mit Peltier-Elementen, aber nicht mit der Bodenplatte (wegen Vereisungsgefahr), in Kontakt steht und an jedem Element die gleiche Wärmemenge abführt. Damit ist man insbesondere auf eine Quelle mit möglichst kaltem Wasser angewiesen, was die Wahl des Einsatzortes der Kammer einschränkt. Nachdem aus genannten Gründen die beschriebenen Kühlmethoden abgelehnt werden mussten, entschied man sich für ein Kühlaggregat, das mit der Kammerbodenplatte aus Messing (K) ein geschlossenes System bildet und außer einem elektrischen Anschluss keine weitere Einschränkungen an die Flexibilität des Einsatzortes der Kammer darstellt. Die Wahl fiel auf einen Tauchkühler TK 441-s der Firma FRYKA Kältetechnik (Esslingen) mit einer Kälteleistung von 950 W (bei 20 ◦ C), der von einem fachmännischen Betrieb so umgebaut wurde, dass das Kältemittel R 507-x vom Kühlaggregat in die Metallplatte geführt wird, wo es durch ein Röhrensystem 14 zurück zum Kühlaggregat geleitet wird. Laut den Herstellerangaben, können dadurch Temperaturen bis unter −40 ◦ C an der Plattenoberfläche erreicht werden. Bedingt durch die Spezialanforderungen an das für den Einsatz in der Nebelkammer modifizierte Kühlaggregat geschieht die Temperaturregelung nun über einen an der Unterseite der Platte (K) mittig angebrachten Thermofühler. Durch einen zusätzlichen Schalter am Gerät ist die Verwendung eines weiteren, serienmäßig mitgelieferten PT100-Fühlers möglich. Dabei sollte man allerdings beachten, dass der gemessene Temperaturwert als Steuersignal an die Regelung weitergegeben wird. Da eine Eloxalschicht gegen Alkoholeinflüsse resistent ist, eignet sich eine schwarz eloxierte Aluminiumplatte sehr gut als dunkler Hintergrund zur Betrachtung von Nebelspuren. Sie wird auf die Messingplatte montiert, wobei zur Verbesserung des thermischen Kontaktes zwischen Messing- und Aluminiumplatte dazwischen Wärmeleitpaste aufgetragen wird. Kontrollmessungen 14 Da der Auftrag von einer externen Firma ausgeführt wurde, habe ich über den genauen Verlauf der Kühlwege in der Platte keine weiteren Angaben. Aus der Ausbreitung der Nebelschicht über der Platte während des Kühlvorgangs kann man darauf schließen, dass die Kühlschlangen parallel angeordnet sind. 27
(a) (b) Abbildung 2.4: Aufnahme eines Temperaturprofils während des Kammerbetriebs zeigten, dass die Bodentemperatur T0 unter diesen Vorkehrungen mit einer Verzögerung gegenüber dem Kühlaggregat auch die tiefst möglichen Temperaturen, d.h. die am Aggregat eingestellten, erreicht und somit keine Verluste an Kühlleistung auftreten. 2.3 Aufnahme des Temperaturprofils Eine für Messungen relativ leicht zugängliche thermodynamische Größe ist die Temperatur. Da ein ausreichend hoher Temperaturgradient außerdem eine Voraussetzung für einen erfolgreichen Betrieb ist, erscheint es sinnvoll, diesen Parameter zur Beschreibung der Kammeratmosphäre zu betrachten. Die Temperatur wird über flexible Thermopaare des Typs NiCr-Ni (auch mit K-Typ bezeichnet) etwa 4 cm von der hinteren Kammerwand entfernt im Inneren gemessen und außerhalb der Kammer vom Digitalthermometer Greisinger electronic GTH 1200 mit Genauigkeit von ±(0, 2%+0, 5 ◦ C) angezeigt. Die Thermofühler sind bis auf die sensitiven Messspitzen teflonisoliert und sind damit gut gegen Alkoholeinflüsse geschützt. Ihr Messbereich liegt zwischen −50 ◦ C und +260 ◦ C, in dem sie eine Genauigkeit von ±1, 5 ◦ C haben. Die externen Teile werden in Abbildung 2.4(b) dargestellt. 28
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(a) (b)<br />
Abbildung 2.4: Aufnahme eines Temperaturprofils<br />
während des Kammerbetriebs zeigten, dass die Bodentemperatur T0 unter<br />
diesen Vorkehrungen mit <strong>einer</strong> Verzögerung gegenüber dem Kühlaggregat<br />
auch die tiefst möglichen Temperaturen, d.h. die am Aggregat eingestellten,<br />
erreicht und somit keine Verluste an Kühlleistung auftreten.<br />
2.3 Aufnahme des Temperaturprofils<br />
Eine für Messungen relativ leicht zugängliche thermodynamische Größe ist<br />
die Temperatur. Da ein ausreichend hoher Temperaturgradient außerdem<br />
eine Voraussetzung für einen erfolgreichen Betrieb ist, erscheint es sinnvoll,<br />
diesen Parameter zur Beschreibung der Kammeratmosphäre zu betrachten.<br />
Die Temperatur wird über flexible Thermopaare des Typs NiCr-Ni (auch<br />
mit K-Typ bezeichnet) etwa 4 cm von der hinteren Kammerwand entfernt im<br />
Inneren gemessen und außerhalb der Kammer vom Digitalthermometer Greisinger<br />
electronic GTH 1200 mit Genauigkeit von ±(0, 2%+0, 5 ◦ C) angezeigt.<br />
Die Thermofühler sind bis auf die sensitiven Messspitzen teflonisoliert und<br />
sind damit gut gegen Alkoholeinflüsse geschützt. Ihr Messbereich liegt zwischen<br />
−50 ◦ C und +260 ◦ C, in dem sie eine Genauigkeit von ±1, 5 ◦ C haben.<br />
Die externen Teile werden in Abbildung 2.4(b) dargestellt.<br />
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