Funktionsweise
Das Funktionsprinzip der Nebelkammern beruht auf der Fähigkeit eines Gases nur eine
bestimmte Menge der Flüssigkeit aufnehmen zu können. Als Flüssigkeit wird in der Regel
Alkohol verwendet. Dafür eignen sich Methanol, Ethanol und Propanol.Wird die maximale
Menge der Flüssigkeit aufgenommen, so spricht man von einem gesättigten System. Bei
fallender Temperatur sinkt die maximale Menge der Flüssigkeit, die vom Dampf aufgenommen
werden kann, und die restliche Flüssigkeit kondensiert in Form kleiner Töpfchen, vorzugsweise
an Fremdkörpern, die sich im Gasgemisch befinden. Senkt man also die Temperatur, entsteht
ein sogenanntes übersättigtes System. Dieses Prinzip wird auch in der Nebelkammer
angewendet: Radioaktive Teilchen ionisieren das Gas beim Durchfliegen der übersättigten
Schicht. An den Ionen kondensiert der Dampft und die Spur aus den Kondensationstropfen
wird für den Betrachter sichtbar.
Charles Thomson Rees Wilson, der Erfinder der ersten Nebelkammer, erzeugte ein solches
übersättigtes System durch eine ruckartige Expansion des gesättigten Systems der Kammer.
Durch die schnelle Expansion fällt der Druck schlagartig und - entsprechend des Gesetzes von
Boyle-Mariotte - auch die Temperatur des Systems. Dieser Zustand kann jedoch nur 0.1
Sekunden existieren, da auch der erzeugte Dampf mit der Zeit kondensiert.
Ein solches übersättigtes System kann auch dauerhaft betrieben werden. Dabei muss jedoch
ein grosses Temperaturgefälle kontinuierlich erhalten werden. Deswegen müssen die
unterschiedlichen Teile des Systems erwärmt und zugleich gekühlt werden. Die Heizung stellt
bei der Konstruktion meist keine Schwierigkeiten dar. Die Diffusionsnebelkammern
unterscheiden sich hauptsächlich in der Kühlung. Dafür können Trockeneis, flüssiger
Stickstoff, Kompressoren und Peltier-Elemente verwendet werden.
Bei der Kühlung mit Trockeneis und flüssigem Stickstoff kann eine Minimaltemperatur
zwischen -70°C und -210°C erreicht werden. Dabei stösst man auf ein grosses Nachteile:
Trockeneis und Flüssigstickstoff sind flüchtige Stoffe und müssen ständig nachgefüllt werden.
Die Kompressoren, die beispielsweise in den Kühlschränken verwendet werden, eignen sich
besonders gut für die Nebelkammern. Wegen der Grösse, einer umständlichen Bauweise und
einer langen Sartzeit (mehrere Stunden) ist die Verwendung eines Kompressors die
schwierigste Art einer Kühlung für die Nebelkammer.
Schliesslich steht mit der Verwendung von Peltier-Elementen eine weitere Kühlungsmethode
zur Verfügung. In der Regel werden Peltier-Elemente mit Eis-Wasser gekühlt. Die
Nebelkammern von Diffusion Cloud verzichten jedoch auf Eiswasser. Stattdessen werden die
Elemente mit der Luft gekühlt. Die Startzeit einer solchen Nebelkammer beträgt 7-10 min.
Gewöhnlich könnte eine solche Konstruktion gar nicht betrieben werden. Durch eine
besondere Konstruktionvon Diffusion Cloud Khasanov ist dies jedoch möglich.