Елементарните частици могат да бъдат наблюдавани благодарение на следите, които оставят при преминаване през материята. Естеството на следите ни позволява да преценим знака на заряда на частицата, нейната енергия, импулс и т.н. Заредените частици причиняват йонизация на молекулите по пътя си. Неутралните частици не оставят следи, но могат да се разкрият в момента на разпадане на заредени частици или в момента на сблъсък с всяко ядро. Следователно, неутралните частици в крайна сметка също се откриват чрез йонизацията, причинена от заредените частици, които генерират.

Уредите, използвани за регистриране на йонизиращи частици, се разделят на две групи. Първата група включва инструменти, които регистрират преминаването на частица и освен това позволяват в някои случаи да се прецени нейната енергия. Втората група се формира от така наречените следови устройства, т.е. устройства, които позволяват да се наблюдават следи (следи) от частици в материята.

Записващите инструменти включват сцинтилационен брояч, брояч на Черенков, йонизационна камера, газоразряден брояч и брояч на полупроводници.

1. Сцинтилационен брояч. Заредена частица, летяща през вещество, причинява не само йонизация, но и възбуждане на атоми. Връщайки се в нормалното си състояние, атомите излъчват видима светлина. Наричат ​​се вещества, в които заредените частици предизвикват забележима светкавица (сцинтилация). фосфор. Най-често използваните фосфор са (цинков сулфид, активиран от сребро) и (натриев йодид, активиран от талий).

Сцинтилационният брояч се състои от фосфор, от който се подава светлина през специален светловод към фотоумножителна тръба. Отчитат се импулсите, получени на изхода на фотоумножителя. Определя се и амплитудата на импулса, пропорционална на интензитета на светкавицата. Това предоставя допълнителна информация за откритите частици. За този тип брояч ефективността на откриване на заредени частици е 100%.

2. Брояч на Черенков. Принципът на работа на този брояч е разгледан в параграф 3.3.3. (стр. 84). Целта на броячите е да измерват енергията на частиците, движещи се в материята със скорост, превишаваща фазовата скорост на светлината в дадена среда. В допълнение, броячите ви позволяват да разделяте частиците по маса. Познавайки ъгъла на излъчване на радиация, е възможно да се определи скоростта на частицата, която при известна маса е еквивалентна на определянето на нейната енергия. Ако масата на частицата е неизвестна, тогава тя може да се определи чрез независимо измерване на енергията на частицата.

Броячите на Черенков са инсталирани на Космически корабиза изследване на космическата радиация.

3. Йонизационна камерае електрически кондензатор, пълен с газ, към чиито електроди се подава постоянно напрежение. Засечената частица, навлизайки в пространството между електродите, йонизира газа. Напрежението върху пластините на кондензатора е избрано така, че всички образувани йони, от една страна, да достигнат електродите, без да имат време да се рекомбинират, а от друга страна, да не се ускоряват толкова силно, че да предизвикат вторична йонизация. Следователно йони, генерирани директно под действието на заредени частици, се събират върху плочите: измерва се общият йонизационен ток или се записва преминаването на единични частици. В последния случай камерата работи като брояч.

4. Газоразряден метъробикновено се изпълнява под формата на напълнен с газ метален цилиндър с тънка тел, опъната по оста му. Цилиндърът служи като катод, телта като анод. За разлика от йонизационната камера, вторичната йонизация играе основна роля в газоразрядния брояч. Има два вида газоразрядни броячи: пропорционални броячи и броячи на Гайгер-Мюлер. В първия газоразрядът не е самоподдържащ се, във втория е независим.

При пропорционалните броячи изходният импулс е пропорционален на първичната йонизация, т.е. енергията на частицата, която лети в брояча. Следователно тези броячи не само регистрират частицата, но и измерват нейната енергия.

Броячът на Geiger-Muller по конструкция и принцип на действие не се различава съществено от пропорционалния брояч, но работи в областта на характеристиката ток-напрежение, съответстваща на самоподдържащ се разряд, т.е. в областта на високи напрежения, когато изходният импулс не зависи от първичната йонизация. Този брояч регистрира частица, без да измерва нейната енергия. За да се регистрират отделни импулси, полученият независим разряд трябва да бъде изгасен. За да направите това, съпротивлението е свързано последователно с резбата (анод), така че разрядният ток, генериран в измервателния уред, причинява спад на напрежението в съпротивлението, достатъчен за прекъсване на разряда.

5. Брояч на полупроводници. Основният елемент на този брояч е полупроводников диод, който има много малка дебелина на работната зона (десети от милиметъра). В резултат на това броячът не може да регистрира високоенергийни частици. Но той е много надежден и може да работи в магнитни полета, тъй като за полупроводниците магниторезистивният ефект (зависимостта на съпротивлението от напрежението магнитно поле) е много малък.

Към номера устройства за проследяваневключват облачна камера, дифузионна камера, балонна камера и ядрени фотографски емулсии.

1. Камера на Уилсън. Това е името на създаденото устройство английски физикУилсън през 1912 г. Пътека от йони, положена от летяща заредена частица, става видима в облачна камера, защото свръхнаситени пари от течност кондензират върху йоните. Камерата обикновено е направена под формата на стъклен цилиндър с плътно прилепнало бутало. Цилиндърът се пълни с неутрален газ, наситен с водни или алкохолни пари. При рязко разширяване на газа, парата става пренаситена и се образуват следи от мъгла по траекториите на частиците, летящи през камерата, които се снимат от различни ъгли. По външния вид на следите може да се съди за вида на прелитащите частици, техния брой и тяхната енергия. Поставяйки камерата в магнитно поле, може да се съди за знака на техния заряд по кривината на траекториите на частиците.

Дълго време камерата на Wilson беше единственото устройство от тип писта. Въпреки това не е лишен от недостатъци, като основният е малкият работно време, което е приблизително 1% от времето, прекарано в подготовка на камерата за следващото стартиране.

2. дифузияКамерата е тип камера на Уилсън. Пренасищането се постига чрез дифузия на алкохолни пари от нагрятия капак към охладеното дъно. Близо до дъното се появява слой от пренаситени пари, в който летящи заредени частици създават следи. За разлика от облачната камера, дифузионната камера работи непрекъснато.

3. Балонкамера. Това устройство също е модификация на камерата на Wilson. Работното вещество е прегрята течност под високо налягане. При внезапно освобождаване на налягането течността се прехвърля в нестабилно прегрято състояние. Летяща частица предизвиква рязко кипене на течността и траекторията се оказва белязана от верига от мехурчета пара. Пистата, като в облачна камера, се снима.

Балонната камера работи на цикли. Размерите му са същите като размерите на облачната камера. Течността е много по-плътна от парата, което прави възможно използването на камерата за изследване на дълги вериги на създаване и разпадане на високоенергийни частици.

4. Ядрени фотоемулсии. Когато се използва този метод за откриване, заредена частица преминава през емулсията, причинявайки йонизация на атомите. След проявяване на емулсията се откриват следи от заредени частици под формата на верига от сребърни зърна. Емулсията е по-плътна среда от парата в облачна камера или течността в мехурчеста камера, следователно дължината на пистата в емулсията е по-къса. (Дължината на пистата в емулсията съответства на дължината на пистата в облачната камера.) Методът на фотоемулсията се използва за изследване на частици със свръхвисока енергия, които се намират в космическите лъчи или произведени в ускорители.

Предимствата на броячите и детекторите за следи се комбинират в искрови камери, които комбинират скоростта на регистриране на броячите с по-пълната информация за частиците, получена в камерите. Можем да кажем, че искровата камера е набор от броячи. Информацията в искровите камери се предоставя незабавно, без допълнителна обработка. В същото време следите на частиците могат да бъдат определени от действията на много броячи.

Експериментални методи и инструменти за изследване на частици

Конкурс "Отивам в клас"

Г. Г. Емелина,
ги училище. Герой на Русия И. В. Саричев,
Кораблино, Рязанска област.

Експериментални методи и инструменти за изследване на частици

Публичен урок. 9 клас

Въпреки че предложената тема, в съответствие с програмата, се изучава в 9 клас, материалът ще бъде интересен и за уроците в 11 клас. - Ед.

Образователни цели на урока: запознаване на учениците със записващи устройства елементарни частици, разкриват принципите на тяхното действие, учат чрез песни да определят и сравняват скорост, енергия, маса, заряд на елементарни частици и тяхното съотношение.

Конспект на урока

Изпълнение домашна работа, момчетата си спомниха и намериха примери за нестабилни системи (вижте снимките) и начини за отстраняването им от нестабилно състояние.

Провеждам фронтално проучване:

Как да се получи свръхнаситена пара? (Отговор: Увеличете рязко обема на съда. В този случай температурата ще падне и парата ще стане пренаситена.

Какво ще се случи с пренаситената пара, ако в нея се появи частица? (Отговор: Това ще бъде центърът на конденза и върху него ще се образува роса.)

Как магнитното поле влияе върху движението на заредена частица? (Отговор: В поле скоростта на една частица се променя по посока, но не и по големина.)

Как се нарича силата, с която магнитното поле действа върху заредена частица? Накъде се насочва? (Отговор: Това е силата на Лоренц; тя е насочена към центъра на кръга.)

Когато обяснявам нов материал, използвам опорен план: голям плакат с него виси на черната дъска и всеки ученик има копия (ще ги вземе вкъщи със себе си, ще ги постави в тетрадка и ще ги върне на учителя на следващия урок ). Говоря за сцинтилационен брояч и брояч на Гайгер, опитвайки се да спестя време за работа със снимки на песни. Разчитам на знанията на децата за напрежение във верига при последователно свързване. Примерен текст: „Най-простото средство за запис на радиация беше екран, покрит с луминесцентно вещество (от латински лумен - светлина). Това вещество свети, когато заредена частица го удари, ако енергията на тази частица е достатъчна, за да възбуди атомите на веществото. На мястото на попадане на частицата възниква проблясък - сцинтилация (от лат. scintillatio - искрящ, искрящ). Такива броячи се наричат ​​сцинтилационни броячи. Работата на всички други устройства се основава на йонизацията на атомите на материята от летящи частици.

Първото устройство за откриване на частици е изобретено от Гайгер и подобрено от Мюлер. Брояч на Гайгер-Мюлер (записва и брои частици) е метален цилиндър, пълен с инертен газ (например аргон) с метална нишка вътре, изолирана от стените. Към тялото на цилиндъра се прилага отрицателен потенциал, а към нишката - положителен потенциал, така че между тях се създава напрежение от около 1500 V, високо, но недостатъчно за йонизиране на газа. Заредена частица, летяща през газа, йонизира своите атоми, възниква разряд между стените и нишката, веригата се затваря, тече ток и се създава спад на напрежението UR = IR през товарния резистор със съпротивление R, което се отстранява от записващото устройство. Тъй като устройството и резисторът са свързани последователно (Uist = UR + Uarrib), тогава с увеличаване на UR, напрежението Uarrib между стените на цилиндъра и резбата намалява и изхвърлянето бързо спира и измервателният уред е готов за работа отново.

През 1912 г. е предложена облачна камера, устройство, което физиците наричат ​​удивителен инструмент.

Студентът изнася 2-3 минутна презентация, предварително подготвена, показваща значението на облачната камера за изучаване на микросвета, нейните недостатъци и необходимостта от подобрение. Представям накратко устройството на фотоапарата и го показвам, за да имат предвид учениците при подготовката на домашната работа, че фотоапаратът може да бъде проектиран по различни начини (в учебника – под формата на цилиндър с бутало). Примерен текст: „Камерата е метален или пластмасов пръстен 1, плътно затворен отгоре и отдолу със стъклени пластини 2. Плочите са закрепени към тялото чрез два (горни и долни) метални пръстена 3 с четири болта 4 с гайки. На страничната повърхност на камерата има тръба за закрепване на гумена крушка 5. Вътре в камерата се поставя радиоактивно лекарство. Горната стъклена плоча има прозрачен проводим слой на вътрешната повърхност. Вътре в камерата има метална пръстеновидна диафрагма със серия от процепи. Той е притиснат към гофрираната диафрагма 6, която е страничната стена на работното пространство на камерата и служи за елиминиране на вихровите въздушни движения.

На ученика се дава инструктаж за безопасност, последван от експеримент, който разкрива как работи облачна камера и демонстрира, че твърдите частици или йони могат да бъдат ядра на кондензация. Стъклената колба се изплаква с вода и се поставя обърната в крака на статива. Инсталирайте подсветката. Отворът на колбата се затваря с гумена запушалка, в която се поставя гумена круша. Първо, крушката бавно се стиска и след това бързо се освобождава - не се наблюдават промени в колбата. Колбата се отваря, до гърлото се поднася горяща кибритена клечка, затваря се отново и опитът се повтаря. Сега, когато въздухът се разширява, колбата се изпълва с гъста мъгла.

Казвам ви принципа на работа на облачна камера, използвайки резултатите от експеримента. Представям концепцията за следа от частици. Заключаваме, че частиците и йоните могат да бъдат кондензационни центрове. Примерен текст: „Когато крушата се освобождава бързо (процесът е адиабатен, тъй като топлообменът с заобикаляща среда) сместа се разширява и охлажда, така че въздухът в камерата (колбата) става пренаситен с водна пара. Но парите не се кондензират, т.к няма кондензационни центрове: няма прахови частици, няма йони. След въвеждане на частици сажди от кибритен пламък и йони в колбата при нагряване върху тях се кондензира пренаситена водна пара. Същото се случва, ако заредена частица лети през камерата: тя йонизира молекулите на въздуха по пътя си, възниква кондензация на парите върху веригата от йони и траекторията на частицата вътре в камерата е маркирана от нишка от капчици мъгла, т.е. става видима. С помощта на облачна камера можете не само да видите движението на частиците, но и да разберете естеството на тяхното взаимодействие с други частици.

Друг ученик демонстрира експеримент с кювета.

Домашна кювета със стъклено дъно е инсталирана на устройство с устройство за хоризонтална проекция. С пипета се нанасят капки вода върху стъклото на кюветата и топката се избутва. По пътя си топката откъсва „фрагменти“ от капките и оставя „следа“. По същия начин в камерата частицата йонизира газа, йоните се превръщат в кондензационни центрове и също „правят следа“. Същият експеримент дава ясна представа за поведението на частиците в магнитно поле. Когато анализираме експеримента, попълваме празните места на втория плакат с характеристиките на движението на заредените частици:

Колкото по-дълга е следата, толкова по-голяма е енергията (енергията) на частицата и толкова по-малка е плътността на средата.

Колкото по-голям е (зарядът) на частицата и колкото по-малка е нейната (скорост), толкова по-голяма е дебелината на следата.

Когато заредена частица се движи в магнитно поле, пистата се оказва извита и радиусът на кривина на пистата е по-голям, колкото по-големи са (масата) и (скоростта) на частицата и колкото по-малък е нейният (заряд) и (модул на индукция) на магнитното поле.

Частицата се движи от края на пистата с (по-голям) радиус на кривина към края с (по-малък) радиус на кривина. Радиусът на кривината намалява, докато се движите, т.к поради съпротивлението на средата скоростта на частицата (намалява).

След това говоря за недостатъците на облачната камера (основният е малкият обхват на частиците) и необходимостта да се изобрети устройство с по-плътна среда - прегрята течност (балонна камера), фотографска емулсия. Принципът им на действие е един и същ и предлагам на децата да го изучават сами вкъщи.

Работя със снимки на пистите на стр. 242 урока по рисуване. 196. Момчетата работят по двойки. Завършете работата по останалите чертежи на къщата.

Нека обобщим урока. Заключаваме, че с помощта на разглежданите методи могат да се наблюдават директно само заредени частици. Неутралните не са възможни, те не йонизират веществото и следователно не произвеждат следи. Давам оценки.

Домашна работа: § 76 (Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев. Физика-11. - М.: Образование, 1991), № 1163 според книгата с проблеми на А. П. Римкевич; LR № 6 „Изследване на следи от заредени частици с помощта на готови снимки.“ Формализирайте и научете ОК.

ЗА АВТОРА. Емелина Галина Генадиевна – учител 1-ва квалификационна категория, педагогически стаж 16 години. Изказва се активно на заседания на регионалното методическо обединение на учителите по физика; Неведнъж е изнасяла добри открити уроци пред физици от региона и учители от своето училище. Тя е обичана и уважавана от своите ученици.

Днес ще говорим за експериментални методи за изследване на частици. В този урок ще обсъдим как алфа частиците се получават при разпадане радиоактивен елементрадий, може да се изследва вътрешна структураатоми. Ще говорим и за експериментални методи за изследване на частиците, които изграждат атома.

Тема: Строеж на атома и атомно ядро. Използване на енергията на атомните ядра

Урок 54. Експериментални методи за изследване на частици

Ерюткин Евгений Сергеевич

Този урок ще бъде посветен на обсъждане на експериментални методи за откриване на частици. По-рано говорихме за факта, че в началото на двадесети век се появи инструмент, с който можете да изучавате структурата на атома и структурата на ядрото. Това са а-частици, които се образуват в резултат на радиоактивен разпад.

За да се регистрират тези частици и радиация, които се образуват в резултат на ядрени реакции, са необходими някои нови методи, различни от тези, използвани в макрокосмоса. Между другото, един такъв метод вече е използван в експериментите на Ръдърфорд. Нарича се сцинтилационен (флаш) метод. През 1903 г. е открито, че ако частица удари цинков сулфид, на мястото, където се удари, възниква малка светкавица. Това явление е в основата на сцинтилационния метод.

Този метод все още беше несъвършен. Трябваше да наблюдавам екрана много внимателно, за да видя всички проблясъци, очите ми бяха уморени: все пак трябваше да използвам микроскоп. Възникна необходимост от нови методи, които биха позволили по-ясно, бързо и надеждно да се регистрират определени лъчения.

Този метод е предложен за първи път от член на лабораторията, ръководена от Ръдърфорд, Гайгер. Той създава устройство, способно да „брои” попадащите в него заредени частици, т.нар. Гайгеров брояч. След като немският учен Мюлер подобри точно този брояч, той стана известен като брояч на Гайгер-Мюлер.

Как се изгражда? Този брояч е газоразряден, т.е. Работи на следния принцип: вътре в този брояч, в основната му част, при преминаване на частица се образува газов разряд. Нека ви напомня, че разрядът е протичането на електрически ток в газ.

Ориз. 1. Принципна схема на брояч на Гайгер-Мюлер

Стъклен съд, съдържащ анод и катод. Катодът е представен под формата на цилиндър, а анодът е опънат вътре в този цилиндър. Създава се достатъчно високо напрежение между катода и анода поради източника на ток. Между електродите, вътре във вакуумния цилиндър, обикновено има инертен газ. Това се прави специално, за да се създаде същият електрически разряд в бъдеще. Освен това веригата съдържа високо (R~10 9 ома) съпротивление. Необходимо е да се изгаси токът, протичащ в тази верига. А броячът работи по следния начин. Както знаем, частиците, които се образуват в резултат на ядрени реакции, имат доста висока проникваща способност. Следователно стъкленият контейнер, вътре в който са разположени тези елементи, не представлява никаква пречка за тях. В резултат на това частицата прониква вътре в този газоразряден брояч и йонизира газа, който е вътре. В резултат на такава йонизация се образуват енергийни йони, които от своя страна се сблъскват и създават, сблъсквайки се един с друг, лавина от заредени частици. Тази лавина от заредени частици ще се състои от отрицателно и положително заредени йони, както и електрони. И когато тази лавина отмине, можем да записваме електричество. Това ще ни даде възможност да разберем, че частица е преминала през газоразрядния брояч.

Удобно е, защото такъв брояч може да регистрира приблизително 10 000 частици за една секунда. След известно подобрение този брояч започна да регистрира и g-лъчи.

със сигурност Гайгеров брояч- удобно нещо, което дава възможност да се определи съществуването на радиоактивност като цяло. Броячът на Гайгер-Мюлер обаче не позволява да се определят параметрите на дадена частица или да се провеждат изследвания с тези частици. Това изисква съвсем други методи, съвсем различни методи. Скоро след създаването на брояча на Гайгер се появяват такива методи и устройства. Една от най-известните и широко разпространени е камерата на Уилсън.

Ориз. 2. Облачна камера

Обърнете внимание на дизайна на камерата. Цилиндър, съдържащ бутало, което може да се движи нагоре и надолу. Вътре в това бутало има тъмна кърпа, навлажнена с алкохол и вода. Горната част на цилиндъра е покрита с прозрачен материал, обикновено доста плътно стъкло. Над него е поставена камера, която да снима какво ще се случи вътре в облачната камера. За да се види всичко това много ясно, лявата страна е осветена. Поток от частици се насочва през прозореца вдясно. Тези частици, попадайки вътре в среда, която се състои от вода и алкохол, ще взаимодействат с частици вода и частици алкохол. Тук се крие най-интересното. Пространството между стъклото и буталото се запълва с вода и алкохолни пари в резултат на изпарението. Когато буталото рязко пада надолу, налягането намалява и намиращите се тук пари идват в много нестабилно състояние, т.е. готов да премине в течност. Но тъй като в това пространство се поставят чист алкохол и вода без примеси, тогава за известно време (може да бъде доста голямо) такова неравновесно състояние продължава. В момента, когато заредените частици навлязат в областта на такова пренасищане, те се превръщат в центрове, в които започва кондензацията на парата. Освен това, ако получат отрицателни частици, те взаимодействат с някои йони и ако са положителни, тогава с йони на друго вещество. Там, където е летяла тази частица, остава така наречената следа или, с други думи, следа. Ако облачната камера сега се постави в магнитно поле, тогава частиците, които имат заряди, започват да се отклоняват в магнитното поле. И тогава всичко е много просто: ако частицата е положително заредена, тогава тя се отклонява в една посока. Ако е отрицателен, отидете на друг. По този начин можем да определим знака на заряда и по радиуса на самата крива, по която се движи частицата, можем да определим или оценим масата на тази частица. Сега можем да кажем, че можем да получим пълна информация за частиците, които съставляват това или онова лъчение.

Ориз. 3. Следи от частици в облачна камера

Облачната камера има един недостатък. Самите следи, които се образуват в резултат на преминаването на частици, са краткотрайни. Всеки път трябва да подготвите камерата отново, за да получите нова снимка. Следователно има камера отгоре на камерата, която записва същите тези песни.

Естествено, това не е последното устройство, което се използва за регистриране на частици. През 1952 г. е изобретено устройство, наречено балонна камера. Принципът му на действие е приблизително същият като този на облачната камера; само работа се извършва с прегрята течност, т.е. в състояние, в което течността е на път да заври. В този момент през такава течност летят частици, които създават центрове за образуване на мехурчета. Следите, образувани в такава камера, се запазват много по-дълго и това прави камерата по-удобна.

Ориз. 4. Външен видбалонна камера

В Русия е създаден друг метод за наблюдение на различни радиоактивни частици, разпадане и реакции. Това е метод на емулсии с дебел слой. Частиците попадат в емулсии, приготвени по определен начин. Взаимодействайки с частиците на емулсията, те не само създават следи, но и следи, които сами представляват снимката, която получаваме, когато снимаме следи в облачна камера или в камера с мехурчета. Много по-удобно е. Но тук също има един важен недостатък. За да работи методът на фотоемулсията доста дълго време, трябва да има постоянно проникване, попадане на образуваните нови частици или излъчване, т.е. Проблемно е да се регистрират краткотрайни импулси по този начин.

Можете да говорите за други методи: например, има такъв метод като искрова камера. Там в резултат на потока радиоактивни реакциипо следата на движението на частицата се образуват искри. Освен това са ясно видими и лесни за регистриране.

Към днешна дата най-често се използват полупроводникови сензори, които са едновременно компактни и удобни и дават доста добър резултат.

Ще говорим за това какви открития са направени с помощта на описаните по-горе методи в следващия урок.

Списък на допълнителна литература

1. Боровой А.А. Как се откриват частици (чрез следи от неутрино). "Библиотека "Квант"". Vol. 15. М.: Наука, 1981
2. Bronstein M.P. Атоми и електрони. "Библиотека "Квант"". Vol. 1. М.: Наука, 1980
3. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учебник за 9. клас гимназия. М.: "Просвещение"
4. Китайгородски А.И. Физика за всеки. Фотони и ядра. Книга 4. М.: Наука
5. Мякишев Г.Я., Синякова А.З. Физика. Оптика Квантовата физика. 11. клас: учебник за задълбочено изучаване на физика. М.: Дропла

доклад:

Методи за записване на елементарни частици

1) Газоразряден брояч на Гайгер

Броячът на Гайгер е едно от най-важните устройства за автоматично броене на частици.

Броячът се състои от стъклена тръба, покрита отвътре с метален слой (катод) и тънка метална нишка, преминаваща по оста на тръбата (анод).

Тръбата е пълна с газ, обикновено аргон. Броячът работи на базата на ударна йонизация. Заредена частица (електрон, £-частица и т.н.), прелитайки през газ, отнема електрони от атомите и създава положителни йони и свободни електрони. Електрическото поле между анода и катода (към тях се прилага високо напрежение) ускорява електроните до енергия, при която започва ударна йонизация. Получава се лавина от йони и токът през брояча рязко се увеличава. В този случай през товарния резистор R се генерира импулс на напрежение, който се подава към записващото устройство. За да може броячът да регистрира следващата частица, която го удари, лавинообразният разряд трябва да бъде угасен. Това става автоматично. Тъй като в момента на възникване на токовия импулс спадът на напрежението върху разрядния резистор R е голям, напрежението между анода и катода намалява рязко - толкова много, че разрядът спира.

Броячът на Гайгер се използва главно за записване на електрони и Y-кванти (високоенергийни фотони).Y-квантите обаче не се записват директно поради тяхната ниска йонизираща способност. За да ги открие, вътрешната стена на тръбата е покрита с материал, от който Y-квантите избиват електрони.

Броячът регистрира почти всички електрони, влизащи в него; Що се отнася до Y-квантите, той регистрира приблизително само един Y-квант от сто. Регистрацията на тежки частици (например £-частици) е трудна, тъй като е трудно да се направи достатъчно тънък „прозорец“ в брояча, който да е прозрачен за тези частици.

2) Камера на Уилсън

Действието на облачната камера се основава на кондензацията на свръхнаситени пари върху йони за образуване на водни капчици. Тези йони се създават по неговата траектория от движеща се заредена частица.

Устройството представлява цилиндър с бутало 1 (фиг. 2), покрито с плосък стъклен капак 2. Цилиндърът съдържа наситени паривода или алкохол. В камерата се въвежда изследваният радиоактивен препарат 3, който образува йони в работния обем на камерата. Когато буталото рязко се спусне надолу, т.е. По време на адиабатно разширение парата се охлажда и става свръхнаситена. В това състояние парата лесно кондензира. Центровете на кондензация са йоните, образувани от летящата частица в този момент. Така в камерата се появява мъглива следа (писта) (фиг. 3), която може да се наблюдава и снима. Песента съществува за десети от секундата. Връщане на буталото в първоначалното му положение и отстраняване на йоните електрическо поле, адиабатното разширение може да се извърши отново. По този начин експериментите с камерата могат да се извършват многократно.

Ако камерата се постави между полюсите на електромагнит, тогава възможностите на камерата за изследване на свойствата на частиците значително се разширяват. В този случай силата на Лоренц действа върху движещата се частица, което позволява да се определи стойността на заряда на частицата и нейния импулс от кривината на траекторията. Фигура 4 показва възможен вариант за дешифриране на снимката на следите на електрони и позитрони. Индукционният вектор B на магнитното поле е насочен перпендикулярно на равнината на чертежа извън чертежа. Позитронът се отклонява наляво, а електронът надясно.

3) Балонна камера

Тя се различава от облачната камера по това, че пренаситените пари в работния обем на камерата се заменят с прегрята течност, т.е. течност, която е под налягане, по-малко от налягането на наситените пари.

Летейки в такава течност, частицата предизвиква появата на парни мехурчета, като по този начин образува следа (фиг. 5).

В първоначалното състояние буталото компресира течността. При рязко намаляване на налягането точката на кипене на течността е по-ниска от температурата на околната среда.

Течността става нестабилно (прегрято) състояние. Това гарантира появата на мехурчета по пътя на частицата. Като работна смес се използват водород, ксенон, пропан и някои други вещества.

Предимството на балонната камера пред камерата на Уилсън се дължи на по-високата плътност на работното вещество. В резултат на това пътищата на частиците се оказват доста къси и частици дори с висока енергия се забиват в камерата. Това позволява да се наблюдават серия от последователни трансформации на частица и реакциите, които предизвиква.

4) Метод на емулсия с дебел слой

За да регистрирате частици, заедно с облачни камери и камери с мехурчета, дебел филм емулсии. Йонизиращ ефект на бързо заредени частици върху емулсия на фотографска плака. Фото емулсията съдържа голям броймикроскопични кристали от сребърен бромид.

Бързо заредена частица, проникваща в кристала, премахва електрони от отделни бромни атоми. Верига от такива кристали образува латентен образ. Когато в тези кристали се появи метално сребро, веригата от сребърни зърна образува следа от частици.

Дължината и дебелината на следата могат да се използват за оценка на енергията и масата на частицата. Поради високата плътност на фотографската емулсия следите са много къси, но при снимане могат да се увеличат. Предимството на фотографската емулсия е, че времето на експозиция може да бъде колкото желаете. Това позволява да се записват редки събития. Важно е също така, че поради високата спирачна способност на фотоемулсията се увеличава броят на наблюдаваните интересни реакции между частици и ядра.