МЕТОДИ СПОСТЕРЕЖЕННЯ ТА РЕЄСТРАЦІЇ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТОК

Лічильник Гейгера

Служить для підрахунку кількості радіоактивних частинок ( в основному електронів).

Це скляна трубка, заповнена газом (аргоном), із двома електродами всередині (катод та анод).
При прольоті частки виникає ударна іонізація газуі з'являється імпульс електричного струму.

Переваги:
- компактність
- ефективність
- швидкодія
- Висока точність (10ООО частинок / с).

Де використовується:
- Реєстрація радіоактивних забруднень на місцевості, в приміщеннях, одягу, продуктів і т.д.
- на об'єктах зберігання радіоактивних матеріалів або з працюючими ядерними реакторами
- при пошуку покладів радіоактивної руди (U, Th)

Камера Вільсона

Служить для спостереження та фотографуванняслідів від прольоту частинок (треків).

Внутрішній об'єм камери заповнений парами спирту або води у перенасиченому стані:
при опусканні поршня зменшується тиск усередині камери та знижується температура, в результаті адіабатного процесу утворюється перенасичена пара.
Після прольоту частки конденсуються крапельки вологи і утворюється трек – видимий слід.
При поміщенні камери в магнітне поле за треком можна визначити енергію, швидкість, масу та заряд частинки.

По довжині і товщині треку, з його викривлення в магнітному полі визначають характеристики радіоактивної частки, що пролетіла.
Наприклад, альфа-частка дає суцільний товстий трек,
протон - тонкий трек,
електрон – пунктирний трек.

Пухирцева камера

Варіант камери Вільсона

При різкому зниженні поршня рідина, що знаходиться під високим тиском, переходить у перегрітий стан. При швидкому русі частинки слідом утворюються бульбашки пари, тобто. рідина закипає, видно трек.

Переваги перед камерою Вільсона:
- велика щільність середовища, отже короткі треки
- частинки застряють у камері і можна проводити подальше спостереження частинок
- Більша швидкодія.

Метод товстошарових фотоемульсій

Служить для реєстрації частинок
- дозволяє реєструвати рідкісні явища через великий час експозиції.

Фотоемульсія містить велику кількість мікрокристалів броміду срібла.
Частини, що влітають, іонізують поверхню фотоемульсій. Кристаліки AgВr розпадаються під впливом заряджених частинок і за прояві виявляється слід від прольоту частки - трек.
По довжині та товщині трекуможна визначити енергію та масу частинок.

Згадай тему "Атомна фізика" за 9 клас:

Радіоактивність.
Радіоактивні перетворення.
склад атомного ядра. ядерні сили.
Енергія зв'язку. Дефект мас.
Розподіл ядер урану.
Ядерна ланцюгова реакція.
Ядерний реактор.
Термоядерна реакція

Інші сторінки на тему "Атомна фізика" за 10-11 клас:

ЩО МИ ЗНАЄМО ПРО ФІЗИКИ?

Нільс Бор в 1961 році говорив: "На кожному етапі А. Ейнштейн кидав виклик науці, і якби не було цих викликів, розвиток квантової фізики затягнулося б надовго".
___

У 1943 році Нільс Бор, рятуючись від окупантів, змушений був залишити Копенгаген. Не ризикуючи взяти з собою одну дуже цінну для нього річ, він розчинив її в "царській горілці" і залишив колбу в лабораторії. Після звільнення Данії, повернувшись, він виділив із розчину те, що розчинив, і на його замовлення створили нову Нобелівську медаль.
__

1933 року в лабораторії, яку очолював Ернест Резерфорд, був споруджений потужний на той час прискорювач . Вчений дуже пишався цією установкою і одного разу, показуючи її одному з відвідувачів, зауважив: «Ця штука обійшлася нам дуже дорого. На ці гроші можна цілий рік утримувати одного аспіранта! Але хіба якийсь аспірант може зробити за рік стільки відкриттів!»

Вивчаючи дію люмінесцентних речовин на фотоплівку, французький фізик Антуан Беккерель виявив невідоме випромінювання. Він виявив фотопластинку, на якій у темряві якийсь час знаходився мідний хрест, вкритий сіллю урану. На фотопластинці вийшло зображення у вигляді чіткої тіні хреста. Це означало, що сіль урану мимоволі випромінює. За відкриття явища природної радіоактивності Беккерель у 1903 році був удостоєний Нобелівської премії. РАДІОАКТИВНІСТЬ - це здатність деяких атомних ядер мимоволі перетворюватися на інші ядра, випускаючи при цьому різні частинки: Будь-який мимовільний радіоактивний розпад екзотермічний, тобто відбувається з виділенням тепла.
АЛЬФА-ЧАСТИНА(a-частка) – ядро ​​атома гелію. Містить два протони і два нейтрони. Випусканням a-часток супроводжується одне з радіоактивних перетворень (альфа-розпад ядер) деяких хімічних елементів.
БЕТА-ЧАСТИНА –електрон, що випускається при бета-розпаді. Потік бета-часток є одним з видів радіоактивних випромінювань з проникаючою здатністю, більшою, ніж у альфа-часток, але меншою, ніж у гамма-випромінювання. ГАММА-ВИПРОМІНЮВАННЯ (гамма-кванти) – короткохвильове електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі менше 2×10–10 м. Через малу довжину хвилі хвильові властивості гамма-випромінювання виявляються слабо, і на перший план виступають корпускулярні властивості, у зв'язку з чим його представляють як потоку гамма-квантов (фотонів). Час, протягом якого розпадається половина з початкового числа радіоактивних атомів, називають періодом напіврозпаду. За цей час активність радіоактивної речовини зменшується вдвічі. Період напіврозпаду визначається тільки родом речовини і може приймати різні значення - від декількох хвилин до декількох мільярдів років. ІЗОТОПИ– це різновиди даного хімічного елемента, які різняться масовим числом своїх ядер. Ядра ізотопів одного елемента містять однакову кількість протонів, але різне число нейтронів. Маючи однакову будову електронних оболонок, ізотопи мають практично однакові хімічні властивості. Однак за фізичними властивостями ізотопи можуть відрізнятися дуже різко. Усі три складові радіоактивного випромінювання, проходячи через середовище, взаємодіють із атомами середовища. Результатом цієї взаємодії є збудження або навіть іонізація атомів середовища, що ініціює протікання різних хімічних реакцій. Тому радіоактивне випромінювання має хімічну дію. Якщо радіоактивному випромінюванню піддати клітини живого організму, то перебіг реакцій, ініційованих радіоактивним випромінюванням, може призвести до утворення речовин, згубних для даного організму і в кінцевому підсумку - до руйнування тканин. Тому вплив радіоактивного випромінювання на живі організми згубно. Великі дози випромінювання можуть призвести до серйозних захворювань або навіть смерті. 3. Ядерні реакції
ЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ - це перетворення атомних ядер в результаті взаємодії один з одним або елементарними частинками. Для здійснення ядерної реакції необхідно, щоб частинки, що зіштовхуються, зблизилися на відстань близько 10–15 м. Ядерні реакції підпорядковуються законам збереження енергії, імпульсу, електричного та барійного зарядів. Ядерні реакції можуть протікати як з виділенням, так і з поглинанням кінетичної енергії, причому ця енергія приблизно в 106 разів перевищує енергію, що поглинається або виділяється при хімічних реакціях.

Відкриття нейтрона Д.Чедвіком 1932 року

У 1932 році німецький фізик В. Гейзенберг та радянський фізик Д.Д. Іваненко запропонували протонно-нейтронну модель атомного ядраВідповідно до цієї моделі, атомні ядра складаються з елементарних частинок – протонів та нейтронів.

Ядерні сили дуже потужні, але дуже швидко зменшуються зі збільшенням відстані. Вони є проявом так званої сильної взаємодії. Особливістю ядерних сил є їх короткодіючий характер: вони виявляються на відстанях порядку розміру самого ядра. Фізики жартома називають ядерні сили "багатирем з короткими руками". Мінімальну енергію, необхідну повного розщеплення ядра деякі нуклони, називають енергією зв'язку ядра. Ця енергія дорівнює різниці сумарної енергії вільних нуклонів та повної енергії ядра. Таким чином, сумарна енергія вільних нуклонів більша за повну енергію ядра, що складається з цих нуклонів. Дуже точні вимірювання дозволили зафіксувати той факт, що маса спокою ядра завжди менше суми мас спокою складових його н ухилів на деяку величину, яка називається дефектом маси. Питома енергія зв'язку характеризує стійкість ядер. Питома енергія зв'язку дорівнює відношенню енергії зв'язку масового числу і характеризує стійкість ядра. Чим більша питома енергія зв'язку, тим стійкішим є ядро. Графік залежності питомої енергії зв'язку від кількості нуклонів в ядрі має слабко виражений максимум в інтервалі від 50 до 60. Це говорить про те, що ядра із середніми значеннями масових чисел, такі як залізо, є найстійкішими. Легкі ядра мають тенденцію до злиття, а важкі до поділу.

Приклад ядерних реакцій.

Ланцюгові ядерні реакції. Термоядерні реакції – це ядерні реакції між легкими атомними ядрами, що протікають за дуже високих температур (~108 К і вище). При цьому речовина перебуває у стані повністю іонізованої плазми. Необхідність високих температур пояснюється тим, що для злиття ядер у термоядерній реакції необхідно, щоб вони зблизилися на малу відстань і потрапили до сфери дії ядерних сил. Цьому зближенню перешкоджають кулонівські сили відштовхування, які діють між однойменно зарядженими ядрами. Щоб їх подолати, ядра повинні мати дуже велику кінетичну енергію. Після початку протікання термоядерної реакції вся енергія, витрачена на розігрів суміші, компенсується енергією, що виділяється в ході реакції.
4. Ядерна енергетика. Використання ядерної енергії – важливе науково-практичне завдання. Пристрій, що дозволяє здійснювати керовану ядерну реакцію, називають ядерним реактором. Коефіцієнт розмноження нейтронів в реакторі підтримується рівним одиниці за допомогою введення або виведення з реактора стрижнів, що регулюють. Ці стрижні виготовляють із речовини, що добре поглинає нейтрони, - з кадмію, бору чи графіту.
Основними елементами ядерного реактора є: - Ядерне пальне: уран-235, плутоній-239; - Уповільнювач нейтронів: важка вода або графіт; – теплоносій для відведення енергії, що виділяється; - Регулятор швидкості ядерної реакції: речовина, що поглинає нейтрони (бор, графіт, кадмій).

Методи спостереження елементарних частинок

Елементарні частинки вдається спостерігати завдяки тим слідам, які залишають при своєму проходженні через речовину. Характер слідів дозволяє судити про знак заряду частинки, її енергії, імпульс і т. п. Заряджені частинки викликають іонізацію молекул на своєму шляху. Нейтральні частинки слідів не залишають, але вони можуть виявити себе в момент розпаду на заряджені частинки або в момент зіткнення з ядром. Отже, нейтральні частинки також виявляються з іонізації, викликаної породженими ними зарядженими частинками.

Прилади, що застосовуються для реєстрації іонізуючих частинок, поділяються на дві групи. До першої групи належать пристрої, які реєструють факт прольоту частки і дозволяють судити про її енергію. Другу групу утворюють трекові прилади, тобто прилади, що дозволяють спостерігати сліди частинок речовини. До реєструючих приладів відносяться іонізаційні камери і газорозрядні лічильники. Широкого поширення набули черенківські лічильники та сцинтиляційні лічильники.

Заряджена частка, що пролітає через речовину, викликає як іонізацію, а й збудження атомів. Повертаючись у нормальний стан, атоми випромінюють видиме світло. Речовини, в яких заряджені частинки збуджують помітний світловий спалах (сцинтиляцію), називають фосфорами. Фосфори бувають органічні та неорганічні.

Сцинтиляційний лічильник складається з фосфору, від якого світло подається спеціальним світлопроводом до фотопомножувача. Імпульси, що виходять на виході фотоумножителя, піддаються рахунку. Визначається також амплітуда імпульсів (яка пропорційна інтенсивності світлових спалахів), що дає додаткову інформацію про частинки, що реєструються.

Лічильники часто об'єднуються в групи і включаються так, щоб реєструвалися лише такі події, які відзначаються одночасно декількома приладами, або лише одним із них. У першому випадку кажуть, що лічильники включені за схемою збігів, у другому – за схемою антизбігів.

До трекових приладів відноситься камери Вільсона, бульбашкові камери, іскрові камери і емульсійні камери.

Камера Вільсон. Так називають прилад, створений англійським фізиком Ч. Вільсоном в 1912 р. Доріжка з іонів, прокладена зарядженою частинкою, що летить, стає видимою в камері Вільсона, тому що на іонах відбувається конденсація пересичених пар будь-якої рідини. Прилад працює не безперервно, а циклами. Порівняно короткий час чутливості камери чергується з мертвим часом (в 100-1000 разів більшим), протягом якого камера готується до наступного робочого циклу. Пересичення досягається за рахунок раптового охолодження, що викликається різким (адіабатичним) розширенням робочої суміші, що складається з газу, що не конденсується (гелію, азоту, аргону) і парів води, етилового спирту і т. п. У цей же момент проводиться стереоскопічне (т. е. с. декількох точок) фотографування робочого об'єму камери. Стереофотографії дають змогу відтворити просторову картину зафіксованого явища. Так як відношення часу чутливості до мертвого часу дуже мало, доводиться іноді робити десятки тисяч знімків, перш ніж буде зафіксовано будь-яку подію, що має невелику ймовірність. Щоб збільшити ймовірність спостереження рідкісних явищ, використовуються керовані камери Вільсона, у яких роботою розширювального механізму керують лічильники частинок, включені до електронної схеми, що виділяє потрібну подію.

Пухирцева камера. У винайденій Д. А. Глезером в 1952 р. бульбашковій камері пересичені пари замінені прозорою перегрітою рідиною (тобто рідиною, що знаходиться під зовнішнім тиском, меншим тиску її насиченої пари). Іонізуюча частка, що пролетіла через камеру, викликає бурхливе закипання рідини, внаслідок чого слід частки виявляється позначеним ланцюжком бульбашок пари - утворюється трек. Пухирцева камера, як і камера Вільсона, працює циклами. Запускається камера різким зниженням (скиданням) тиску, внаслідок чого робоча рідина перетворюється на метастабільний перегрітий стан. В якості робочої рідини, яка одночасно служить мішенню для часток, що пролітають через неї, застосовуються рідкий водень (в цьому випадку потрібні низькі температури).

Іскрові камери. У 1957 р. Краншау та де-Біром був сконструйований прилад для реєстрації траєкторій заряджених частинок, названий іскровою камерою. Прилад складається із системи плоских паралельних електродів, виконаних у вигляді каркасів з натягнутою на них металевою фольгою або у вигляді металевих пластин. Електроди поєднуються через один. Одна група електродів заземляється, але в іншу періодично подається короткочасний (тривалістю 10 -7 сек) високовольтний імпульс (10- 15 кВ). Якщо в момент подачі імпульсу через камеру пролетить іонізуюча частка, її шлях буде відзначений ланцюжком іскор, що проскакують між електродами. Прилад запускається автоматично за допомогою включених за схемою збігів додаткових лічильників, що реєструють проходження через об'єм камери досліджуваних частинок. У камерах, наповнених інертними газами, міжелектродна відстань може досягати кількох сантиметрів. Якщо напрямок польоту частинки утворює з нормаллю до електродів кут, що не перевищує 40°, розряд у таких камерах розвивається у напрямку треку частинки.

Метод фотоемульсії. Радянські фізики Л. В. Мисовський та А. П. Жданов вперше застосували для реєстрації елементарних частинок фотопластинки. Заряджена частка, проходячи через фотоемульсію, викликає таку саму дію, як і фотони. Тому після прояву платівки в емульсії утворюється видимий слід (трек) частки, що пролетіла. Недоліком методу фотопластинок була мала товщина емульсійного шару, внаслідок чого виходили повністю лише треки частинок площини шару, що летять паралельно. В емульсійних камерах опромінення піддаються товсті пачки (вагою до кількох десятків кілограмів), складені з окремих шарів фотоемульсії (без підкладки). Після опромінення пачка розбирається на шари, кожен з яких проявляється та проглядається під мікроскопом. Для того, щоб можна було простежити шлях частинки при переході з одного шару в інший, перед розбиранням пачки на всі шари наноситься за допомогою рентгенівських променів однакова координатна сітка.

Атомістична концепція будови світу

Квантова модель атома передбачає, що ядро ​​атома складається з позитивно заряджених протонів та нейтронів, які не мають заряду. Також ядро ​​оточене електронами, які, у свою чергу, мають негативний заряд.

Найпростіший вид цього джерела APPJ складається з діелектричної труби з двома трубчастими металевими електродами і деякого благородного газу (He, Ar), що протікає через неї. Для демонстрації того...

Вакуумна плазмова технологія високих енергій

Існує не так багато методів проведення діагностики APP (плазми атмосферного тиску). Один дуже потужний інструмент – це ICCD-камера (посилене навантаження з'єднувальних пристроїв).

Дослідження процесів випаровування та конденсації рідких крапель

Окремі частинки характеризуються так званими морфологічними ознаками: розмір, щільність, форма, структура, хімічний склад.

Пошуки частинок темної матерії

Для детектування заряджених масивних частинок ТМ запропоновано використовувати методи радіаційної акустики.

Розробка лабораторної роботи "броунівський рух"

2.1 Аналіз робіт з броунівського руху У газеті «1 вересня» Фізика №16/08 опубліковано статтю «Броунівський рух «очима» цифрового мікроскопа». У ній автор /Царьков І.С./ розповідає про досвід МОУ ЗОШ № 29 міста Подольська.

Фази потенціалу дії. Радіоактивні випромінювання

Різні реєструючі пристрої дозволяють вивчати переважно заряджені частинки, які викликають іонізацію середовища, тобто. при зіткненні виривають електрон з атомів частинок середовища, повідомляючи йому енергію іонізації Ei. Проте незаряджені частинки...

Фізичні основи космології та астрофізики

Достаток типів елементарних частинок поставило перед фізиками важкі питання: що лежить основу будови речовини, чи є якась загальна схема, систематика...

Елементарні частки

Елементарні частки

Під елементарними частинками розуміють такі мікрочастинки, внутрішню структуру яких на сучасному рівні розвитку фізики не можна уявити як поєднання інших частинок.

Елементарні частки

Для того, щоб зрозуміти, що навело вчених на думку про те, що адрони складаються з кварків, потрібно спочатку зрозуміти, що пов'язує протони і нейтрони в ядро ​​атома. Пройти разом з ними їхній шлях у надра матерії.

Елементарні частки

Ядерні сили

У 1932 р. у складі космічного випромінювання було виявлено позитрон, існування якого було передбачено теорією Дірака ще 1929 р. Цей факт мав дуже велике значення як для підтвердження правильності теорії Дірака, а й тому...

Тема урока: Методи спостереження та реєстрації елементарних

частинок.

Мета уроку: Пояснити учням пристрій та принцип дії установок для реєстрації та вивчення елементарних частинок.

Тип уроку: Урок засвоєння нових знань

Епіграф:

… виховання творчих здібностей

у людині ґрунтується на розвитку

самостійного мислення”

П.П. Капиця

Структура уроку:

Організаційний етап.

Привітання учнів та гостей семінару. Перевірка підготовленості уч-ся до навчального заняття

2. Цілі та завдання уроку. (Підготовка учнів до роботи на основному етапі)

Оголошення цілі уроку (Сьогодні на уроці ви дізнаєтеся за допомогою яких приладів здійснюють спостереження та реєстрацію заряджених частинок, як вони влаштовані та їх принцип дії).

Викладення нового матеріалу

Спочатку проведемо фронтальне опитування:

Що таке іонізація?

(Процес розпаду нейтральних атомів на іони та електрони)

Як отримати пересичену пару?

(Відповідь. Різко збільшити об'єм судини. При цьому температура

знизиться і пара стане пересиченою.)

Що станеться з пересиченою парою, якщо в ній з'явиться частка ?

(Відповідь. Вона стане центром конденсації, на ній утворюється роса.)

Як впливає магнітне поле на рух зарядженої частки?

(Відповідь. У полі швидкість частинки змінюється у напрямку, але не по

модулю.)

Як називається сила, з якою магнітне поле діє на заряджену частинку? Куди вона спрямована?

(Відповідь. Це сила Лоренца; вона спрямована до центру кола.)

Вступне слово викладача

Вивчаючи квантову фізику, вже неодноразово згадувалися вирази – атомне ядро ​​та елементарні частинки. Однак елементарні частинки (наприклад, електрони та іони), а також атомні ядра неможливо побачити в жодному мікроскопі, навіть електронному. Тому спочатку ознайомимося з пристроями, завдяки яким виникла та почала розвиватися фізика атомного ядра та елементарних частинок. Саме вони дають людям необхідну інформацію про мікросвіт.

Будь-який пристрій, що реєструє елементарні частинки, подібно до зарядженої рушниці зі зведеним курком. Невелике зусилля при натисканні на гачок рушниці викликає ефект, не порівнянний із витраченим зусиллям, - постріл.

Реєструючий прилад – це більш менш складна макроскопічна система, яка може перебувати в нестійкому стані. При невеликому обуренні, викликаному частинкою, що пролетіла, починається процес переходу системи в новий, більш стійкий стан. Цей процес дозволяє реєструвати частинку. В даний час використовується багато різних методів реєстрації частинок.

Залежно від цілей експерименту та умов, у яких він проводиться, застосовуються ті чи інші реєструючі пристрої, що відрізняються один від одного за основними характеристиками.

Повідомлення № 1

Газорозрядний лічильник Гейгера

Лічильник Гейгера – один із найважливіших приладів. Для автоматичного лічби частинок. Хороші лічильники дозволяють реєструвати до 10000 і більше частинок за секунду. Лічильник складається із скляної трубки, покритої зсередини металевим шаром (катод), і тонкої металевої нитки, що йде вздовж осі трубки (анод).

Трубка заповнюється газом, зазвичай аргоном. Дія лічильника ґрунтується на ударній іонізації. Заряджена частка, пролітаючи в газі, відриває від атомів електрони та створює позитивні іони та вільні електрони. Електричне поле між анодом і катодом (до них підводиться висока напруга) прискорює електрони до енергій, за яких починається ударна іонізація. Виникає лавина іонів, і струм через лічильник різко зростає. При цьому на опорі навантаження утворюється імпульс напруги, який подається в пристрій, що реєструє.

Лічильник Гейгера застосовується в основному для реєстрації електронів та у-квантів (фотонів великої енергії). При реєстрації електронів ефективність лічильника близько 100%, а при реєстрації у квантів - лише близько 1%. Реєстрація важких частинок (наприклад, а-часток) утруднена, оскільки складно зробити в лічильнику досить тонке віконце, прозоре для цих частинок.

Доповнення...
Удосконалено був лічильник іншим німецьким фізиком В. Мюллером, тому іноді цей лічильник називають лічильником Гейгера-Мюллера.

Повідомлення № 2

Камера Вільсона

Лічильники дозволяють лише реєструвати факт проходження через них частинки і фіксувати деякі її характеристики. У камері ж Вільсона швидка заряджена частка залишає слід, який можна спостерігати безпосередньо або фотографувати. Цей прилад можна назвати вікном у мікросвіт.
Камера Вільсона складається із невисокого скляного циліндра зі скляною кришкою. Усередині циліндра може рухатися поршень. На дні камери знаходиться темна тканина. Завдяки тому, що тканина зволожена сумішшю води зі спиртом, повітря в камері насичене парами цих рідин.
Дія камери Вільсона, створеної в 1912 р., заснована на конденсації перенасиченої пари на іонах,утворюються в робочому об'ємі камери вздовж траєкторії зарядженої частки.
Частки, що вивчаються, впускаються в камеру через тонке віконце (іноді джерело частинок поміщають всередині камери). При різкому опусканні поршня, викликаному зменшенням тиску під поршнем, пара в камері розширюється. Внаслідок цього відбувається охолодження та пара стає пересиченою. Якщо частка проникає в камеру безпосередньо перед розширенням або після нього, ті іони, які вона утворює, діятимуть як центри конденсації. Крапельки води, що виникають на них, утворюють слід частки, що пролетіла - трек. Інформація, яку дають треки в камері Вільсона, значно багатша за ту, яку можуть дати лічильники. По довжині треки можна визначити енергію частки, а за кількістю крапельок на одиницю довжини треку оцінюється її швидкість.

Поміщаючи камеру в однорідне магнітне поле (метод, запропонований радянськими фізиками П. Л. Капіцей і Д. В. Скобельціним), можна за напрямом вигину траєкторії та її кривизні визначити знак заряду та відношення заряду до маси або імпульс частки (якщо її заряд відомий) .

Треки існують у камері недовго, оскільки повітря нагрівається, отримуючи тепло від стінок камери, і крапельки випаровуються. Щоб отримати нові сліди, необхідно видалити наявні іони за допомогою електричного поля, стиснути повітря поршнем, почекати, поки повітря в камері, що нагрілося при стисненні, охолоне, і зробити нове розширення.

Зазвичай треки частинок у камері Вільсона не лише спостерігають, а й фотографують. При цьому камеру висвітлюють збоку потужним пучком світлових променів.

Доповнення...

Окрім назви вікно у мікросвіт, камеру Вільсона називали «туманна камера»

У 1932 році саме за допомогою цієї камери Андерсон відкрив позитрон-антиелектрон.

Повідомлення № 3

Пухирцева камера

У 1952 р. американським ученим Д. Глейзер було запропоновано використовувати для виявлення треків частинок перегріту рідину. Вони складаються із скляного циліндра, заповненого рідиною і трохи нагадують камеру Вільсона. У такій рідині на іонах,що утворюються при русі швидкої зарядженої частинки, виникають бульбашки пари, що дають видимий трек.Камери такого типу були названі бульбашковими.

У вихідному стані рідина в камері знаходиться під високим тиском, що оберігає її від закипання. При різкому зниженні тиску рідина перегріта і протягом невеликого часу вона перебуватиме в нестійкому стані. Заряджені частинки, що пролітають саме в цей час, викликають появу треків складаються з бульбашок пара.Як рідини використовуються головним чином рідкий водень і пропан.

Таким чином, дія бульбашкової камери ґрунтується на скипанні перегрітої рідини.

Тривалість робочого циклу бульбашкової камери невелика – близько 0,1с. Перевага бульбашкової камери перед камерою Вільсона зумовлена ​​більшою щільністю робочої речовини. Пробіги часток внаслідок цього виявляються досить короткими, і частки навіть більших енергій застряють у камері. Це дозволяє спостерігати серію послідовних перетворень частки і викликані нею реакції.

Треки в камері Вільсона та бульбашковій камері – одне з головних джерел інформації про поведінку та властивості частинок.

Доповнення...

Розміри бульбашкових камер бувають від кількох десятків сантиметрів до кількох метрів.

Повідомлення № 4

Метод товстошарових фотоемульсій

Для реєстрації частинок поряд з камерами Вільсона використовуються товстошарові фотоемульсії. Цей метод роблять за допомогою фотопластини покритої фотоемульсією. Іонізуюча дія швидких заряджених частинок на емульсію фотопластинки дозволило французькому фізику А. Беккерелю відкрити 1896р. радіоактивність. Метод фотоемульсії був розвинений радянськими фізиками Л. В. Мисовським. А. П. Ждановим та ін.

Дія цього методу ґрунтується на фотохімічних реакціях.

Фотоемульсія містить велику кількість мікроскопічних кристаликів броміду срібла. Швидка заряджена частка пронизуючи, відриває електрони від окремих атомів брому. Ланцюжок таких кристаликів утворює приховане зображення. При прояві у цих кристалах відновлюється металеве срібло, і ланцюжок зерен срібла утворює трек частинки.По довжині та товщині треку можна оцінити енергію та масу частки. Через велику щільність фотоемульсії треки виходять дуже короткими.

Перевага фотоемульсій полягає в безперервній підсумовувальній дії. Це дозволяє реєструвати рідкісні явища. Важливо й те, що завдяки високій здатності фотоемульсій, що гальмує, збільшується число спостерігаються цікавих реакцій між частинками і ядрами.

Доповнення...

Товщина шару фотоемульсії дуже мала лише 200 мкм.

Саме цим методом використовують на космічних кораблях на дослідження космічних променів.

Доповнення викладача
Крім цих методів, існують деякі інші:

Іскрова камера.У 1959р. С. Фукуї та С. Міямото сконструювали іскрову камеру, в якій трек частки реєструється за іскровим розрядом у неоні, аргоні. Вага її сягає 10 тонн.

Сцинтиляційні лічильники.Сцинтиляція – це мерехтіння. Заряджена частка, ударяючись об екран, викликає спалах світла. Спостерігаючи мікроскоп за екраном, ведеться підрахунок спалахів.

Закріплення вивченого матеріалу

5 . Підбиття підсумків уроку.

Отже, сьогодні ми з вами познайомились із методами реєстрації частинок.

Ми розповіли далеко не про всі прилади, які реєструють елементарні частки. Сучасні прилади для виявлення часто зустрічаються і дуже мало живуть часток дуже складні. У їхньому спорудженні беруть участь сотні людей.

А тепер проведемо тест на закріплення матеріалу (слайди)

1.Дія лічильника Гейгера заснована на

Ударної іонізації.

Виділення енергії часткою.

2.Прилад для реєстрації елементарних частинок, дія якого заснована на утворенні бульбашок пари в перегрітій рідині, називається

Товстошарова фотоемульсія.

Лічильник Гейгера.

Фотокамери.

Камера Вільсон.

Пухирцева камера.

3.Чи можна за допомогою камери Вільсона реєструвати незаряджені частки?

Можна, якщо вони мають невелику масу (електрона)

Можна, якщо вони мають велику масу (нейтрони)

Можна, якщо вони мають невеликий імпульс

Можна, якщо вони мають великий імпульс

Не можна

4. Фотоемульсійний метод реєстрації заряджених частинок заснований на

Ударної іонізації.

Розщепленні молекул зарядженої частинкою, що рухається.

Утворення пари в перегрітій рідині.

Конденсації перенасиченої пари.

Виділення енергії часткою.

5. Прилад для реєстрації елементарних частинок, дія якого заснована на конденсації перенасиченої пари, називається

Фотокамера

Камера Вільсона

Товстошарова фотоемульсія

Лічильник Гейгера

Пухирцева камера

6. Чим заповнена камера Вільсона

Парами води чи спирту.

Газом зазвичай аргоном.

нагрітим майже до кипіння рідким воднем чи пропаном

Хімічними реагентами

7.що являє собою трек, утворений методом товстошарової фотоемульсії?

Ланцюжок крапельок води

Ланцюжок бульбашок пара

Лавина електронів

Ланцюжок зерен срібла

6 . Домашнє завдання.

п. 97 лабораторна робота з фізики

Тема:Вивчення треків заряджених частинок за готовими фотографіями

Цілі:пояснити характер руху заряджених частинок

Прилади та матеріали:фотографії треків заряджених частинок, отриманих у камері Вільсона, бульбашкової камери та фотоемульсії

Пам'ятайте, що:

довжина треку тим більше, чим більша енергія частинки і чим менша щільність середовища)

товщина треку тим більша, чим більший заряд частки і чим менша її швидкість

при русі зарядженої частинки в магнітному полі трек її виходить викривленим, причому радіус кривизни треку тим більше, чим більша маса і швидкість частинки і чим менший її заряд і модуль індукції магнітного поля

частка рухалася від кінця треку з більшим радіусом до кінця треку з меншим радіусом кривизни (радіус кривизни в міру руху зменшення, тому що через опір середовища зменшується швидкість частинки)

Завдання:

I - треки α-часток, II - треки α-часток III - трек електрона

рухалися в камері Вільсона, в бульбашковій камері, в камері Вільсона, що знаходилася в магнітному полі, що знаходилася в магнітному полі

Розгляньте фотографію I, та дайте відповідь на запитання:

у якому напрямі рухалися α-частинки? _________________________________

довжина треків α-часток приблизно однакова. Що це говорить? _______________ _______________________________________________________________________

як змінювалася товщина треку у міру руху частинок? ____________________ що з цього випливає? ____________________________________________________

Визначте за фотографією II:

чому змінювалися радіус кривизни та товщина треків у міру руху α-часток? _______________________________________________________________________

у який бік рухалися частки? _______________________________________

Визначте за фотографією III:

Чому трек має форму спіралі? _________________________________________

що могло статися причиною того, що трек електрона (III) набагато довший за треки α-часток (II) _____________________________________________________________

Доповідь:

Методи реєстрації елементарних частинок

1) Газорозрядний лічильник Гейгера

Лічильник Гейгера - один із найважливіших приладів для автоматичного рахунку частинок.

Лічильник складається із скляної трубки, покритої зсередини металевим шаром (катод), і тонкої металевої нитки, що йде вздовж осі трубки (анод).

Трубка заповнюється газом, зазвичай аргоном. Дія лічильника ґрунтується на ударній іонізації. Заряджена частка (електрон, £-частина і т.д.), пролітаючи в газі, відриває від атомів електрони та створює позитивні іони та вільні електрони. Електричне поле між анодом і катодом (до них підводиться висока напруга) прискорює електрони до енергії, за яких починається ударна іонізація. Виникає лавина іонів, і струм через лічильник різко зростає. При цьому на навантажувальному резистори R утворюється імпульс напруги, який подається в реєструючий пристрій. Для того щоб лічильник міг реєструвати наступну частинку, що потрапила в нього, лавинний розряд необхідно погасити. Це відбувається автоматично. Так як в момент появи імпульсу струму падіння напруги на розвантажувальному резистори R велике, то напруга між анодом і катодом різко зменшується - настільки, що розряд припиняється.

Лічильник Гейгера застосовується в основному для реєстрації електронів та Y-квантів (фотонів великої енергії). Однак безпосередньо Y-кванти внаслідок їх малої іонізуючої здатності не реєструються. Для виявлення внутрішню стінку трубки покривають матеріалом, з якого Y-кванты вибивають електрони.

Лічильник реєструє майже всі електрони, що потрапляють до нього; Що ж до Y- квантів, то він реєструє приблизно лише один Y-квант зі ста. Реєстрація важких частинок (наприклад, £-частинок) утруднена, тому що складно зробити в лічильнику досить тонке віконце, прозоре для цих частинок.

2) Камера Вільсона

Дія камери Вільсона заснована на конденсації перенасиченої пари на іонах з утворенням крапель води. Ці іони створює вздовж своєї траєкторії заряджена частка, що рухається.

Прилад є циліндром з поршнем 1 (рис. 2), накритий плоскою скляною кришкою 2. У циліндрі знаходяться насичені пари води або спирту. У камеру вводиться досліджуваний радіоактивний препарат 3, який утворює іони робочому обсязі камери. При різкому опусканні поршня донизу, тобто. при адіабатному розширенні відбувається охолодження пари і він стає перенасиченим. У цьому стані пара легко конденсується. Центрами конденсації стають іони, утворені частинкою, що пролетіла в цей час. Так у камері з'являється туманний слід (трек), який можна спостерігати і фотографувати. Трек існує десяті частки секунди. Повернувши поршень у вихідне положення та видаливши іони електричним полем, можна знову виконати адіабатне розширення. Таким чином, досліди з камерою можна проводити багаторазово.

Якщо камеру помістити між полюсами електромагніта, то можливості камери вивчення властивостей частинок значно розширюються. У цьому випадку на частинку, що рухається, діє сила Лоренца, що дозволяє по викривленню траєкторії визначити значення заряду частинки та її імпульс. На малюнку 4 наведено можливий варіант розшифрування фотографії треків електрона та позитрону. Вектор індукції магнітного поля спрямований перпендикулярно площині креслення за креслення. Ліворуч відхиляється позитрон, праворуч - електрон.

3) Пухирцева камера

Відрізняється від камери Вільсона тим, що перенасичені пари робочому обсязі камери замінюються перегрітою рідиною, тобто. такою рідиною, яка знаходиться під тиском, меншим тиску її насиченої пари.

Пролітаючи в такій рідині, частка викликає виникнення бульбашок пари, утворюючи тим самим трек (рис.5).

У вихідному стані поршень стискає рідину. При різкому зниженні тиску температура кипіння рідини виявляється меншою за температуру навколишнього середовища.

Рідина перетворюється на нестійкий (перегріте) стан. Це забезпечує появу бульбашок по дорозі руху частки. Як робоча суміш застосовуються водень, ксенон, пропан і деякі інші речовини.

Перевага бульбашкової камери перед камерою Вільсона зумовлена ​​більшою щільністю робочої речовини. Пробіги часток внаслідок цього виявляються досить короткими, і частки навіть більших енергій застряють у камері. Це дозволяє спостерігати серію послідовних перетворень частки і викликані нею реакції.

4) Метод товстошарових фотоемульсій

Для реєстрації частинок поряд з камерами Вільсона та бульбашковими камерами застосовуються товстошарові фотоемульсії. Іонізуюча дія швидких заряджених частинок на емульсію фотопластинки. Фотоемульсія містить велику кількість мікроскопічних кристаликів броміду срібла.

Швидка заряджена частка, пронизуючи кристалик, відриває електрони від окремих атомів брому. Ланцюжок таких кристаликів утворює приховане зображення. При появі в цих кристалах відновлюється металеве срібло і ланцюжок зерен срібла утворює трек частинки.

По довжині та товщині треку можна оцінити енергію та масу частки. Через велику щільність фотоемульсії треки виходять дуже короткими, але при фотографуванні їх можна збільшити. Перевага фотоемульсії полягає в тому, що час експозиції може бути скільки завгодно більшим. Це дозволяє реєструвати рідкісні явища. Важливо й те, що завдяки великій здатності фотоемульсії, що гальмує, збільшується число спостерігаються цікавих реакцій між частинками і ядрами.