Scholierenproject “Kosmische Straling”

Het Scholierenproject
“Kosmische Straling”:
Een speurtocht naar bijzondere
signalen uit het heelal
Johan Messchendorp, KVI 2003
Waar komt materie vandaan?
Wat zijn de bouwstenen
van materie?
De eerste ideeën
warm
lucht
vuur
Bouwstenen
Eigenschappen
aarde
water
Ons huidig beeld
Bouwstenen bestaan uit andere bouwstenen…
Klein,kleiner,kleinste…
Kosmische Straling?
Kort door de bocht:
Invallende kerndeeltjes uit het heelal
90% protons (=waterstofkern)
9% heliumkern
“Ontdekking” van kosmische straling
Experiment met elektroscoop
Geladen staaf
Metalen staaf
Isolatiemateriaal
Glazen fles
Reepjes metaalfolie
+
+
Een opgeladen elektroscoop
ontlaadt spontaan
Ontdekking van Theodor Wulf: 1909
(Nederlandse priester!)
Verklaring…..
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
Ionisatie door invallende
straling
Ontlading van elektroscoop
straling
Waar komen deze deeltjes vandaan?
Priester: uit de hemel?
Oorsprong van straling?
Priester: meting op de Eiffeltoren
Ontlading van elektroscoop
nog sneller!
Straling dus neemt toe des
te hoger in de atmosfeer!
“Ontdekking” van kosmische straling
Viktor Hess : Oostenrijkse wetenschapper
1911-1913, ballonvluchten tot 5km hoog
Straling neemt inderdaad toe des
te hoger in de atmosfeer!
Ontdekking van kosmische straling
1936 Nobelprijs winnaar
Dus kosmische straling bestaat, maar…
Waar komt het vandaan?
En hoe kunnen we het meten?
De zon, een bron van energie
De zon produceert energie door kernfusie
Massa wordt omgezet in
andere vormen van energie:
licht, warmte,…
Per seconde wordt 700,000,000 ton waterstof
omgezet in 695,000,000 ton helium
De zon, een bron van straling
De zonnewind wordt afgebogen
door het magneetveld van de
aarde
Botsing van geladen deeltjes
met atomen in de atmosfeer....
Noorderlicht!
Zeer hoog-energetische straling
Aantal deeltjes per seconde
per vierkante meter als functie
van de energie
Energie kan oplopen tot
300.000.000.000.000.000.000 eV
(vergelijk KVI:
200.000.000 eV)
=energie van een tennisbal met
snelheid van 300 km/h
En dat voor 1 kerndeeltje!!!!
Mogelijke bron van hoogenergetische straling
Een supernova is een
zware ster die onder zijn
eigen gewicht instort.
De buitenste lagen
worden weggeblazen.
Daarbij worden deeltjes
versneld tot zeer hoge
energie.
Supernova 1987A
De meest recente
met het oog
zichtbare
supernova vond
plaats in 1987.
Energie van 1065 eV
= 1032 * atoombom
10 miljoen oude ster met een massa van
20xZon en 170.000 Lichtjaren van de aarde.
Hoe meten we nu hoogenergetische kosmische
straling op aarde?
Aantal deeltjes in atmosfeer per km2:
• Energie > 1016 eV 12 events/jaar
• Energie > 1017 eV 9 events/jaar
• Energie > 1018 eV 1 event /jaar
• Energie > 1019 eV 6 events/eeuw
Oeps, hoe kunnen we dan toch nog meten?
Antwoord: Atmosfeer als vergrootglas!!!
Een regen van deeltjes
Kosmische deeltjes botsen in
top van atmosfeer met
zuurstof- en stikstofkernen.
Een lawine van nieuwe deeltjes
wordt geproduceerd.
Meetstations op aarde kunnen lawine
meten en zodoende de energie en positie
van invallend deeltje reconstrueren.
Hoe ziet zo’n detector eruit?
Hoe werkt zo’n detector nu?
Meetstation op school
Detector in skiboxen op
het dak van school in
Nijmegen
Een paar voorbeelden voor een
profielwerkstuk……
Hoe werkt een meetstation?
Wat zijn de onderdelen in
een meetstation?
Hoe wordt de afgegeven
energie van geladen deeltjes
omgezet in een elektronisch
signaal?
Hoe wordt een detector
gebouwd?
Bouw je eigen detector op
het KVI!
Relativiteit…
Relativiteit?… Einstein!!
“Alles is relatief” ????
Tijd en ruimte voor deeltjes met een
snelheid dicht bij de lichtsnelheid worden
relatieve begrippen…voorbeeld:
Proton met E=1020 eV
v=lichtsnelheid
Afkomstig van Virgo = 60.000.000 lichtjaren
Dus heeft het volgens aardse meting
60.000.000 jaren gereisd
Relativiteit: deeltje heeft zelf slechts
5 dagen gereisd!!
Het Scholierenproject
“Kosmische Straling”
Interesse om mee te doen?
1) Vraag je leraar…of…
2) Neem met mij contact op…of…
3) http://www.kvi.nl/~scholieren