पीछे की ओर आगे की ओर
ध्यान! स्लाइड पूर्वावलोकन केवल सूचना के उद्देश्यों के लिए है और प्रस्तुति की पूरी सीमा का प्रतिनिधित्व नहीं कर सकता है। यदि आप इस काम में रुचि रखते हैं, तो कृपया पूर्ण संस्करण डाउनलोड करें।
पाठ प्रकार:नई सामग्री सीखने का पाठ।
सबक का प्रकार:संयुक्त।
तकनीकी:समस्या-संवाद।
पाठ का उद्देश्य:आवेशित कणों के पंजीकरण के तरीकों के बारे में अध्ययन और ज्ञान के प्राथमिक समेकन में छात्रों की गतिविधियों को व्यवस्थित करें।
उपकरण:कंप्यूटर और मल्टीमीडिया प्रोजेक्टर, प्रदर्शन ।
आवेशित कणों को पंजीकृत करने के तरीके
आज यह लगभग नामुमकिन सा लगता है कि भौतिकी में कितनी खोजें? परमाणु नाभिकरेडियोधर्मी विकिरण के प्राकृतिक स्रोतों का उपयोग करके केवल कुछ MeV की ऊर्जा और सरलतम पता लगाने वाले उपकरणों का उपयोग किया गया था। परमाणु नाभिक की खोज की गई, इसके आयाम प्राप्त किए गए, पहली बार एक परमाणु प्रतिक्रिया देखी गई, रेडियोधर्मिता की घटना की खोज की गई, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की खोज की गई, न्यूट्रिनो के अस्तित्व की भविष्यवाणी की गई, आदि। लंबे समय तक मुख्य कण डिटेक्टर जिंक सल्फाइड के साथ लेपित प्लेट था। जिंक सल्फाइड में उनके द्वारा उत्पादित प्रकाश की चमक से आंखों द्वारा कणों को पंजीकृत किया गया था।
समय के साथ, प्रयोगात्मक सेटअप अधिक से अधिक जटिल होते गए। कणों और परमाणु इलेक्ट्रॉनिक्स में तेजी लाने और उनका पता लगाने की तकनीक विकसित की गई। इन क्षेत्रों में प्रगति से परमाणु और प्राथमिक कण भौतिकी में प्रगति तेजी से निर्धारित होती है। भौतिकी में नोबेल पुरस्कार अक्सर भौतिक प्रयोग तकनीक के क्षेत्र में काम करने के लिए दिए जाते हैं।
डिटेक्टर एक कण की उपस्थिति के बहुत तथ्य को दर्ज करने और उसकी ऊर्जा और गति, कण के प्रक्षेपवक्र और अन्य विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए दोनों की सेवा करते हैं। कणों को पंजीकृत करने के लिए, डिटेक्टरों का अक्सर उपयोग किया जाता है जो किसी विशेष कण के पंजीकरण के लिए जितना संभव हो सके संवेदनशील होते हैं और अन्य कणों द्वारा बनाई गई बड़ी पृष्ठभूमि को महसूस नहीं करते हैं।
आम तौर पर, परमाणु और कण भौतिकी प्रयोगों में, "अनावश्यक" घटनाओं की विशाल पृष्ठभूमि के खिलाफ "आवश्यक" घटनाओं को अलग करना आवश्यक है, शायद एक अरब में एक। इसके लिए, काउंटरों के विभिन्न संयोजनों और पंजीकरण विधियों का उपयोग किया जाता है।
आवेशित कणों का पंजीकरणपरमाणुओं के आयनीकरण या उत्तेजना की घटना पर आधारित है, जो वे डिटेक्टर के पदार्थ में पैदा करते हैं। यह क्लाउड चैंबर, बबल चैंबर, स्पार्क चैंबर, फोटोग्राफिक इमल्शन, गैस स्किंटिलेशन और सेमीकंडक्टर डिटेक्टर जैसे डिटेक्टरों के संचालन का आधार है।
1. गीजर काउंटर
गीजर काउंटर, एक नियम के रूप में, एक बेलनाकार कैथोड है, जिसकी धुरी के साथ एक तार फैला हुआ है - एनोड। सिस्टम गैस मिश्रण से भर जाता है। काउंटर से गुजरते समय, आवेशित कण गैस को आयनित करता है। परिणामी इलेक्ट्रॉनों, सकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर बढ़ते हुए - एक मजबूत विद्युत क्षेत्र के क्षेत्र में गिरने वाले फिलामेंट, त्वरित होते हैं और बदले में, गैस के अणुओं को आयनित करते हैं, जिससे कोरोना डिस्चार्ज होता है। सिग्नल आयाम कई वोल्ट तक पहुंचता है और आसानी से रिकॉर्ड किया जाता है। गीजर काउंटर काउंटर के माध्यम से एक कण के पारित होने को पंजीकृत करता है, लेकिन कण की ऊर्जा को मापने की अनुमति नहीं देता है।
2. बादल कक्ष
क्लाउड चैंबर प्राथमिक आवेशित कणों का एक ट्रैक डिटेक्टर है, जिसमें एक कण का ट्रैक (निशान) अपने आंदोलन के प्रक्षेपवक्र के साथ तरल की छोटी बूंदों की एक श्रृंखला बनाता है। 1912 में सी. विल्सन द्वारा आविष्कार (1927 में नोबेल पुरस्कार)।
बादल कक्ष के संचालन का सिद्धांत सुपरसैचुरेटेड वाष्प के संघनन और कक्ष के माध्यम से उड़ने वाले आवेशित कण के ट्रैक के साथ आयनों पर दृश्यमान तरल बूंदों के निर्माण पर आधारित है। सुपरसैचुरेटेड स्टीम बनाने के लिए, एक यांत्रिक पिस्टन की मदद से गैस का तेजी से एडियाबेटिक विस्तार होता है। ट्रैक की तस्वीर लेने के बाद, चैम्बर में गैस फिर से संकुचित हो जाती है, आयनों पर बूंदें वाष्पित हो जाती हैं। कक्ष में विद्युत क्षेत्र पिछले गैस आयनीकरण के दौरान बने आयनों से कक्ष को "शुद्ध" करने का कार्य करता है। एक बादल कक्ष में, आवेशित कणों द्वारा निर्मित गैस आयनों पर सुपरसैचुरेटेड वाष्प के संघनन के कारण आवेशित कणों के ट्रैक दिखाई देने लगते हैं। आयनों पर तरल बूंदें बनती हैं, जो अवलोकन के लिए पर्याप्त आकार (10–3–10–4 सेमी) और अच्छी रोशनी में फोटोग्राफी के लिए बढ़ती हैं। काम करने वाला माध्यम अक्सर 0.1-2 वायुमंडल के दबाव में जल वाष्प और अल्कोहल का मिश्रण होता है (जल वाष्प मुख्य रूप से नकारात्मक आयनों पर संघनित होता है, सकारात्मक आयनों पर अल्कोहल वाष्प)। काम करने की मात्रा के विस्तार के कारण दबाव में तेजी से कमी से सुपरसेटेशन प्राप्त होता है। चुंबकीय क्षेत्र में रखे जाने पर क्लाउड चैंबर की क्षमता काफी बढ़ जाती है। एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा घुमावदार एक आवेशित कण के प्रक्षेपवक्र के अनुसार, इसके आवेश और संवेग का संकेत निर्धारित किया जाता है। 1932 में एक क्लाउड चैंबर का उपयोग करते हुए, के. एंडरसन ने कॉस्मिक किरणों में एक पॉज़िट्रॉन की खोज की।
3. बुलबुला कक्ष
बुलबुला कक्ष- प्राथमिक आवेशित कणों का एक ट्रैक डिटेक्टर, जिसमें एक कण का ट्रैक (ट्रेस) अपने आंदोलन के प्रक्षेपवक्र के साथ वाष्प के बुलबुले की एक श्रृंखला बनाता है। 1952 में ए ग्लेसर द्वारा आविष्कार (1960 में नोबेल पुरस्कार)।
ऑपरेशन का सिद्धांत एक चार्ज कण के ट्रैक के साथ एक सुपरहिटेड तरल के उबलने पर आधारित है। बबल चेंबर एक पारदर्शी सुपरहिटेड तरल से भरा एक बर्तन है। दबाव में तेजी से कमी के साथ, आयनकारी कण के ट्रैक के साथ वाष्प के बुलबुले की एक श्रृंखला बनती है, जो एक बाहरी स्रोत द्वारा प्रकाशित होती है और फोटो खिंचवाती है। ट्रेस की तस्वीर लेने के बाद, कक्ष में दबाव बढ़ जाता है, गैस के बुलबुले गिर जाते हैं और कक्ष फिर से संचालन के लिए तैयार हो जाता है। तरल हाइड्रोजन का उपयोग कक्ष में काम करने वाले तरल पदार्थ के रूप में किया जाता है, जो एक साथ प्रोटॉन के साथ कणों की बातचीत का अध्ययन करने के लिए हाइड्रोजन लक्ष्य के रूप में कार्य करता है।
क्लाउड चैंबर और बबल चैंबर को प्रत्येक प्रतिक्रिया में उत्पन्न सभी आवेशित कणों का सीधे निरीक्षण करने में सक्षम होने का बड़ा फायदा होता है। कण के प्रकार और उसके संवेग को निर्धारित करने के लिए मेघ कक्षों और बुलबुला कक्षों को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है। बबल चैंबर में क्लाउड चैंबर की तुलना में डिटेक्टर सामग्री का घनत्व अधिक होता है, और इसलिए आवेशित कणों के पथ पूरी तरह से डिटेक्टर के आयतन में संलग्न होते हैं। बबल चैंबर्स से तस्वीरों को डिक्रिप्ट करना एक अलग समय लेने वाली समस्या प्रस्तुत करता है।
4. परमाणु इमल्शन
इसी तरह, जैसा कि सामान्य फोटोग्राफी में होता है, एक आवेशित कण सिल्वर हैलाइड अनाज के क्रिस्टल जाली की संरचना को उसके रास्ते में बाधित कर देता है, जिससे वे विकास के लिए सक्षम हो जाते हैं। दुर्लभ घटनाओं को दर्ज करने के लिए न्यूक्लियर इमल्शन एक अनूठा उपकरण है। परमाणु इमल्शन के ढेर बहुत उच्च ऊर्जा के कणों का पता लगाना संभव बनाते हैं। उनका उपयोग ~ 1 माइक्रोन की सटीकता के साथ चार्ज किए गए कण के ट्रैक के निर्देशांक निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। गुब्बारों और अंतरिक्ष वाहनों पर ब्रह्मांडीय कणों का पता लगाने के लिए परमाणु इमल्शन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
कण डिटेक्टरों के रूप में फोटो इमल्शन कुछ हद तक क्लाउड कक्षों और बुलबुला कक्षों के समान होते हैं। इनका उपयोग सबसे पहले अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी एस. पॉवेल ने ब्रह्मांडीय किरणों का अध्ययन करने के लिए किया था। फोटो इमल्शन जिलेटिन की एक परत होती है जिसमें सिल्वर ब्रोमाइड के दाने बिखरे होते हैं। प्रकाश की क्रिया के तहत, सिल्वर ब्रोमाइड के दानों में अव्यक्त छवि केंद्र बनते हैं, जो पारंपरिक फोटोग्राफिक डेवलपर के साथ विकसित होने पर सिल्वर ब्रोमाइड को धात्विक चांदी में कम करने में योगदान करते हैं। इन केंद्रों के निर्माण के लिए भौतिक तंत्र फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण धात्विक चांदी के परमाणुओं का निर्माण है। आवेशित कणों द्वारा उत्पन्न आयनीकरण एक ही परिणाम देता है: संवेदी अनाज का एक निशान उत्पन्न होता है, जिसे विकास के बाद, एक माइक्रोस्कोप के तहत देखा जा सकता है।
5. जगमगाहट डिटेक्टर
जब कोई आवेशित कण गुजरता है तो जगमगाहट डिटेक्टर कुछ पदार्थों की संपत्ति को चमकने (छिलने) के लिए उपयोग करता है। तब प्रकाश गुणक में उत्पन्न प्रकाश क्वांटा को फोटोमल्टीप्लायरों का उपयोग करके रिकॉर्ड किया जाता है।
उच्च-ऊर्जा भौतिकी में आधुनिक मापन सुविधाएं जटिल प्रणालियां हैं जिनमें हजारों काउंटर, परिष्कृत इलेक्ट्रॉनिक्स शामिल हैं और एक ही टक्कर में उत्पन्न दर्जनों कणों को एक साथ दर्ज करने में सक्षम हैं।
परमाणु विकिरण का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों को परमाणु विकिरण संसूचक कहा जाता है। सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले डिटेक्टर हैं जो अपने आयनीकरण और पदार्थ के परमाणुओं के उत्तेजना द्वारा परमाणु विकिरण का पता लगाते हैं। गैस-डिस्चार्ज काउंटर का आविष्कार जर्मन भौतिक विज्ञानी जी. गीगर ने किया था, फिर डब्ल्यू. मुलर के साथ संयुक्त रूप से सुधार किया गया। इसलिए, गैस-डिस्चार्ज काउंटरों को अक्सर गीजर-मुलर काउंटर कहा जाता है। बेलनाकार ट्यूब काउंटर के शरीर के रूप में कार्य करती है, इसकी धुरी के साथ एक पतली धातु का धागा फैला होता है। ट्यूब के धागे और शरीर को एक इन्सुलेटर द्वारा अलग किया जाता है। काउंटर का कार्यशील आयतन गैसों के मिश्रण से भरा होता है, जैसे आर्गन, मिथाइल अल्कोहल वाष्प के मिश्रण के साथ, लगभग 0.1 एटीएम के दबाव पर।
आयनकारी कणों को पंजीकृत करने के लिए, काउंटर केस और फिलामेंट के बीच एक उच्च स्थिर वोल्टेज लगाया जाता है, फिलामेंट एनोड है। काउंटर की कार्यशील मात्रा के माध्यम से उड़ने वाला तेज़ चार्ज कण
अपने रास्ते में भरने वाली गैस के परमाणुओं के आयनीकरण का उत्पादन करता है। एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, मुक्त इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर बढ़ते हैं, सकारात्मक आयन कैथोड की ओर बढ़ते हैं। काउंटर एनोड के पास विद्युत क्षेत्र की ताकत इतनी अधिक होती है कि मुक्त इलेक्ट्रॉनों, जब तटस्थ परमाणुओं के साथ दो टकरावों के बीच रास्ते में आते हैं, तो उनके आयनीकरण के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं। काउंटर में एक कोरोना डिस्चार्ज होता है, जो थोड़े समय के बाद रुक जाता है।
काउंटर के साथ श्रृंखला में जुड़े एक रोकनेवाला से रिकॉर्डिंग डिवाइस के इनपुट के लिए एक वोल्टेज पल्स की आपूर्ति की जाती है। परमाणु विकिरण को पंजीकृत करने के लिए गैस-डिस्चार्ज काउंटर पर स्विच करने का एक योजनाबद्ध आरेख चित्र 314 में दिखाया गया है। इलेक्ट्रॉनिक काउंटिंग डिवाइस की रीडिंग के अनुसार, काउंटर द्वारा पंजीकृत फास्ट चार्ज कणों की संख्या निर्धारित की जाती है।
जगमगाहट काउंटर।
अल्फा कणों का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किए गए सबसे सरल उपकरण का उपकरण, स्पिंथरिस्कोप, चित्र 302 में दिखाया गया है। स्पिंथरिस्कोप के मुख्य भाग स्क्रीन 3 हैं, जो जिंक सल्फाइड की एक परत से ढके हुए हैं, और एक शॉर्ट-फोकस मैग्निफायर 4 है। एक अल्फा रेडियोधर्मी तैयारी को रॉड 1 के अंत में लगभग स्क्रीन के मध्य में रखा जाता है। जब एक अल्फा कण जिंक सल्फाइड क्रिस्टल से टकराता है, तो प्रकाश की एक फ्लैश होती है, जिसे आवर्धक कांच के माध्यम से देखने पर दर्ज किया जा सकता है।
तेज आवेशित कण की गतिज ऊर्जा को प्रकाश फ्लैश की ऊर्जा में बदलने की प्रक्रिया को जगमगाहट कहा जाता है। जगमगाहट ल्यूमिनेसेंस की घटना की किस्मों में से एक है। आधुनिक जगमगाहट काउंटरों में, फोटोकल्स का उपयोग करके प्रकाश चमक दर्ज की जाती है, जो एक क्रिस्टल में एक प्रकाश फ्लैश की ऊर्जा को विद्युत प्रवाह पल्स की ऊर्जा में परिवर्तित करती है। फोटोकेल के आउटपुट पर वर्तमान दालों को बढ़ाया जाता है और फिर रिकॉर्ड किया जाता है।
विल्सन चैंबर।
प्रायोगिक परमाणु भौतिकी के सबसे उल्लेखनीय उपकरणों में से एक बादल कक्ष है। उपस्थितिप्रदर्शन स्कूल बादल कक्ष चित्र 315 में दिखाया गया है। एक बेलनाकार में
एक सपाट कांच के ढक्कन वाले बर्तन में अल्कोहल के संतृप्त वाष्प के साथ हवा होती है। चैम्बर की कार्यशील मात्रा एक ट्यूब के माध्यम से रबर के बल्ब से जुड़ी होती है। कक्ष के अंदर, एक पतली छड़ पर एक रेडियोधर्मी तैयारी तय की जाती है। कैमरे को सक्रिय करने के लिए, नाशपाती को पहले धीरे से निचोड़ा जाता है, फिर अचानक छोड़ दिया जाता है। तेजी से रुद्धोष्म विस्तार के साथ, कक्ष में हवा और वाष्प को ठंडा किया जाता है, वाष्प अतिसंतृप्ति की स्थिति में चला जाता है। यदि इस समय एक अल्फा कण तैयारी से बाहर निकलता है, तो गैस में इसके आंदोलन के मार्ग के साथ आयनों का एक स्तंभ बनता है। सुपरसैचुरेटेड वाष्प तरल बूंदों में संघनित होता है, और बूंदें मुख्य रूप से आयनों पर बनती हैं, जो वाष्प संघनन के केंद्र के रूप में काम करती हैं। कण के प्रक्षेप पथ के साथ आयनों पर संघनित बूंदों के एक स्तंभ को कण पथ कहा जाता है।
सटीक माप के लिए भौतिक विशेषताएंपंजीकृत कण बादल कक्ष एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया है। चुंबकीय क्षेत्र में घूमने वाले कणों के ट्रैक घुमावदार हो जाते हैं। ट्रैक की वक्रता त्रिज्या कण की गति, उसके द्रव्यमान और आवेश पर निर्भर करती है। एक ज्ञात प्रेरण के साथ चुंबकीय क्षेत्रकणों की इन विशेषताओं को कण पटरियों की वक्रता की मापी गई त्रिज्या से निर्धारित किया जा सकता है।
1923 में सोवियत भौतिक विज्ञानी पी एल कपित्सा ने चुंबकीय क्षेत्र में अल्फा कण ट्रैक की पहली तस्वीरें लीं।
बीटा और गामा विकिरण और अनुसंधान के स्पेक्ट्रा का अध्ययन करने के लिए निरंतर चुंबकीय क्षेत्र में क्लाउड कक्ष का उपयोग करने की विधि प्राथमिक कणसबसे पहले सोवियत भौतिक विज्ञानी शिक्षाविद दिमित्री व्लादिमीरोविच स्कोबेल्टसिन द्वारा विकसित किया गया था।
बुलबुला कक्ष।
बुलबुला कक्ष के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है। चैम्बर में क्वथनांक के करीब तापमान पर तरल होता है। तेजी से आवेशित कण कक्ष की दीवार में एक पतली खिड़की से इसकी कार्यशील मात्रा में प्रवेश करते हैं और अपने रास्ते में तरल परमाणुओं के आयनीकरण और उत्तेजना पैदा करते हैं। उस समय जब कण कक्ष की कार्यशील मात्रा में प्रवेश करते हैं, तो इसके अंदर का दबाव तेजी से कम हो जाता है और तरल अत्यधिक गर्म अवस्था में चला जाता है। कण के पथ के साथ दिखाई देने वाले आयनों में गतिज ऊर्जा की अधिकता होती है। इस ऊर्जा से प्रत्येक आयन के निकट सूक्ष्म आयतन में द्रव के तापमान में वृद्धि होती है, इसके उबलने और वाष्प के बुलबुले बनने लगते हैं। वाष्प के बुलबुले की एक श्रृंखला जो एक तरल के माध्यम से तेजी से आवेशित कण के मार्ग के साथ उत्पन्न होती है, इस कण का एक निशान बनाती है।
एक बुलबुला कक्ष में, किसी भी तरल का घनत्व बादल कक्ष में गैस के घनत्व से बहुत अधिक होता है; इसलिए, इसमें परमाणु नाभिक के साथ तेजी से चार्ज कणों की बातचीत का अधिक प्रभावी ढंग से अध्ययन करना संभव है। तरल हाइड्रोजन, प्रोपेन, क्सीनन और कुछ अन्य तरल पदार्थ बुलबुला कक्षों को भरने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
फोटोग्राफिक पायस विधि।
परमाणु विकिरण का पता लगाने के लिए फोटोग्राफिक विधि ऐतिहासिक रूप से पहली प्रायोगिक विधि है, क्योंकि इस पद्धति का उपयोग करके रेडियोधर्मिता की घटना की खोज बेकरेल ने की थी।
एक फोटोग्राफिक इमल्शन में एक गुप्त छवि बनाने के लिए तेजी से चार्ज कणों की क्षमता वर्तमान समय में परमाणु भौतिकी में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। प्राथमिक कण और ब्रह्मांडीय किरण भौतिकी के क्षेत्र में अनुसंधान में परमाणु फोटोग्राफिक इमल्शन का विशेष रूप से सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है। एक फोटोइमल्शन परत में गतिमान एक तेज आवेशित कण गति के पथ के साथ अव्यक्त छवि केंद्र बनाता है। विकास के बाद, प्राथमिक कण के निशान और प्राथमिक कण के परमाणु अंतःक्रियाओं के परिणामस्वरूप इमल्शन में दिखाई देने वाले सभी आवेशित कणों की एक छवि दिखाई देती है।
परमाणु नाभिक की संरचना का अध्ययन परमाणु नाभिक और परमाणु कणों के स्वतःस्फूर्त या जबरन क्षय की घटना के विचार के साथ अटूट रूप से जुड़ा हुआ है। नष्ट हुए परमाणु नाभिक के टुकड़ों की जांच करके, इन टुकड़ों के भाग्य का पता लगाकर, हम नाभिक की संरचना और परमाणु बलों के बारे में निष्कर्ष निकालने में सक्षम हैं।
यह बिल्कुल स्वाभाविक है कि सबसे पहले स्वतःस्फूर्त परमाणु क्षय की घटनाओं, यानी रेडियोधर्मी घटनाओं का विस्तार से अध्ययन किया गया। इसके समानांतर कॉस्मिक किरणों का अध्ययन शुरू हुआ - विकिरण, जिसमें असाधारण भेदन शक्ति होती है और बाहरी अंतरिक्ष से हमारे पास आती है। पदार्थ के साथ बातचीत करते हुए, ब्रह्मांडीय विकिरण कण प्रक्षेप्य कणों की भूमिका निभाते हैं। लंबे समय तक, ब्रह्मांडीय किरणों का अध्ययन प्राथमिक कणों की अंतर-परिवर्तनीयता का अध्ययन करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण तरीका था और यहां तक कि, कुछ हद तक, परमाणु नाभिक के अध्ययन के लिए एक विधि भी थी। वर्तमान में, त्वरक में निर्मित कण प्रवाह द्वारा बमबारी द्वारा परमाणु नाभिक के विनाश का अध्ययन प्राथमिक महत्व का है।
प्रयोगात्मक विधियों, जिस पर अब चर्चा की जाएगी, कुछ लक्ष्यों के परमाणु बमबारी के परिणामस्वरूप ब्रह्मांडीय किरणों और कणों के अध्ययन के लिए समान रूप से लागू होते हैं।
ट्रेल कैमरे।
क्लाउड चैंबर पहला उपकरण था जिसने किसी कण के ट्रेस (ट्रैक) को देखने की अनुमति दी थी। यदि एक तेज कण सुपरसैचुरेटेड जल वाष्प वाले कक्ष से उड़ता है, जो अपने रास्ते में आयन बनाता है, तो ऐसा कण "पूंछ" के समान एक निशान छोड़ देता है जो कभी-कभी हवाई जहाज के बाद आकाश में रहता है। यह निशान संघनित भाप द्वारा बनाया गया है। कण के मार्ग को चिह्नित करने वाले आयन वाष्प संघनन के केंद्र हैं - यह स्पष्ट रूप से दिखाई देने वाले निशान की उपस्थिति का कारण है। एक कण का निशान सीधे देखा जा सकता है और फोटो खिंचवाया जा सकता है।
चैम्बर में भाप की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए, पिस्टन की गति से चैम्बर का आयतन बदल जाता है। वाष्प के तीव्र रुद्धोष्म प्रसार से अतिसंतृप्ति की स्थिति उत्पन्न हो जाती है।
यदि निशान कक्ष को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो प्रक्षेपवक्र की वक्रता का उपयोग ज्ञात अनुपात में कण के वेग को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है या इसके विपरीत, ज्ञात वेग पर (cf. p. 406 पर सूत्र) .
मेघ कक्ष पहले से ही इतिहास का है। चूंकि कक्ष गैस से भरा है, टकराव दुर्लभ हैं। कैमरा "सफाई" का समय बहुत लंबा है: तस्वीरें केवल 20 सेकंड के बाद ही ली जा सकती हैं। अंत में, ट्रेस एक सेकंड के क्रम के समय के लिए रहता है, जिससे पैटर्न में बदलाव हो सकता है।
1950 में, एक बुलबुला कक्ष प्रस्तावित किया गया था, जो प्राथमिक कण भौतिकी में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कक्ष का पदार्थ अतितापित द्रव है। एक आवेशित कण आयन बनाता है, और आयनों के चारों ओर बुलबुले बनते हैं, जो निशान को दृश्यमान बनाते हैं। ऐसे कैमरे में आप प्रति सेकेंड 10 फोटो ले सकते हैं। कैमरे का सबसे बड़ा नुकसान इसके समावेशन को नियंत्रित करने में असमर्थता है। इसलिए, अध्ययन के तहत घटना को पकड़ने वाले को चुनने के लिए अक्सर हजारों तस्वीरों की आवश्यकता होती है।
एक अलग सिद्धांत पर आधारित चिंगारी कक्ष बहुत महत्व के हैं। यदि एक फ्लैट कैपेसिटर पर एक उच्च वोल्टेज लगाया जाता है, तो प्लेटों के बीच एक चिंगारी कूद जाएगी। यदि गैप में आयन हैं, तो चिंगारी कम वोल्टेज पर उछलेगी। इस प्रकार, प्लेटों के बीच उड़ने वाला एक आयनकारी कण एक चिंगारी बनाता है।
चिंगारी कक्ष में, कण स्वयं संधारित्र प्लेटों के बीच एक सेकंड के दस लाखवें हिस्से के लिए एक उच्च वोल्टेज को चालू करता है। हालांकि, सही समय पर स्विच करने की संभावना के फायदे नुकसान से कमजोर होते हैं: प्लेटों के साथ 45 डिग्री से अधिक का कोण बनाने वाले कण ही दिखाई देते हैं, ट्रेस बहुत छोटा होता है, और सभी माध्यमिक घटनाएं नहीं होती हैं खुद को प्रकट करने का समय।
हाल ही में, सोवियत शोधकर्ताओं ने एक नए प्रकार के ट्रैकिंग कैमरा (तथाकथित स्ट्रीमर कैमरा) का प्रस्ताव रखा, जिसे पहले ही व्यापक अनुप्रयोग मिल चुका है। ऐसे कक्ष का ब्लॉक आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 237. चिंगारी कक्ष के विपरीत, एक दूसरे से काफी दूरी पर स्थित प्लेटों के बीच गिरने वाले एक कण का पता एक काउंटर द्वारा लगाया जाता है। इलेक्ट्रॉनिक लॉजिक डिवाइस
प्राथमिक घटनाओं को अलग करता है और प्रयोगकर्ता की रुचि रखने वाले को चुनता है। इस बिंदु पर, प्लेटों पर थोड़े समय के लिए एक उच्च वोल्टेज लगाया जाता है। कण के पथ के साथ बनने वाले आयन डैश (स्ट्रीमर) बनाते हैं, जिनकी तस्वीरें खींची जाती हैं। इन डैश द्वारा कण के पथ की रूपरेखा तैयार की जाती है।
यदि फोटो डैश की दिशा के साथ लिया जाता है, तो कण का पथ एक बिंदीदार रेखा जैसा दिखता है।
स्ट्रीमर चैंबर की सफलता उच्च वोल्टेज पल्स के मापदंडों के साथ प्राथमिक आयन से इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन के गठन के सही सहसंबंध पर निर्भर करती है। 30 सेमी की प्लेटों के बीच की दूरी के साथ 90% नियॉन और 10% हीलियम के मिश्रण में, 600,000 वी के वोल्टेज और एक पल्स समय पर अच्छे परिणाम प्राप्त होते हैं। इस मामले में, पल्स को बाद में एस के बाद नहीं लगाया जाना चाहिए प्राथमिक आयनीकरण घटना। इस प्रकार का एक अनुगामी कक्ष एक जटिल, महंगा सेटअप है जो एक क्लाउड कक्ष से उतना ही दूर होता है जितना कि आधुनिक कण त्वरक एक इलेक्ट्रॉन ट्यूब से होते हैं।
आयनीकरण काउंटर और आयनीकरण कक्ष।
विकिरण के साथ काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक आयनीकरण उपकरण ज्यादातर गैस से भरा एक बेलनाकार संधारित्र होता है; एक इलेक्ट्रोड एक बेलनाकार अस्तर है, और दूसरा एक धागा या एक बिंदु है जो सिलेंडर की धुरी के साथ चलता है (चित्र 237 ए)। संधारित्र पर लागू वोल्टेज और मीटर भरने वाले गैस के दबाव को समस्या के बयान के आधार पर एक विशेष तरीके से चुना जाना चाहिए। इस उपकरण के एक सामान्य रूपांतर में, जिसे गीजर काउंटर कहा जाता है, सिलेंडर और फिलामेंट पर एक ब्रेकडाउन वोल्टेज लगाया जाता है। अगर दीवार के माध्यम से या ऐसे काउंटर के अंत के माध्यम से यह उसमें प्रवेश करता है
आयनकारी कण, फिर एक वर्तमान नाड़ी संधारित्र के माध्यम से जाएगी, तब तक जारी रहेगी जब तक कि प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों और उनके द्वारा बनाए गए स्व-निर्वहन इलेक्ट्रॉन और आयन संधारित्र की सकारात्मक प्लेट में नहीं आ जाते। इस वर्तमान पल्स को पारंपरिक रेडियो इंजीनियरिंग विधियों द्वारा बढ़ाया जा सकता है और काउंटर के माध्यम से कण के पारित होने का पता या तो क्लिक करके, या एक प्रकाश फ्लैश द्वारा, या अंत में, एक डिजिटल काउंटर द्वारा लगाया जा सकता है।
ऐसा उपकरण यंत्र में प्रवेश करने वाले कणों की संख्या की गणना कर सकता है। इसके लिए केवल एक चीज जरूरी है: जब तक अगला कण काउंटर में प्रवेश करता है तब तक वर्तमान नाड़ी बंद होनी चाहिए। यदि मीटर ऑपरेशन मोड गलत तरीके से चुना जाता है, तो मीटर "चोक" करना शुरू कर देता है और गलत तरीके से गिना जाता है। आयनीकरण काउंटर का संकल्प सीमित है, लेकिन अभी भी काफी अधिक है: प्रति सेकंड कणों तक।
वोल्टेज को कम करना और ऐसा शासन प्राप्त करना संभव है जिसमें एक वर्तमान नाड़ी संधारित्र से होकर गुजरेगी, जो गठित आयनों की संख्या (आनुपातिक काउंटर) के अनुपात में होगी। इसके लिए गैर आत्मनिर्भर गैस डिस्चार्ज के क्षेत्र में काम करना जरूरी है। संधारित्र के विद्युत क्षेत्र में गतिमान प्राथमिक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्राप्त करते हैं। प्रभाव आयनीकरण शुरू होता है, नए आयन और इलेक्ट्रॉन बनते हैं। कण द्वारा बनाए गए आयनों के प्रारंभिक जोड़े जो काउंटर में बह गए हैं, आयनों के जोड़े में परिवर्तित हो जाते हैं। गैर-स्व-निरंतर निर्वहन मोड में संचालन करते समय, लाभ होगा नियत मानऔर आनुपातिक काउंटर न केवल काउंटर के माध्यम से एक कण के पारित होने की स्थापना करेंगे, बल्कि इसकी आयनीकरण शक्ति को भी मापेंगे।
आनुपातिक काउंटरों के साथ-साथ ऊपर वर्णित गीजर काउंटरों में निर्वहन, आयनीकरण की समाप्ति के साथ समाप्त हो जाता है। गीजर काउंटर का अंतर यह है कि इसमें आने वाला कण एक ट्रिगर की तरह काम करता है और टूटने का समय प्रारंभिक आयनीकरण से संबंधित नहीं होता है।
चूंकि आनुपातिक काउंटर एक कण की आयनीकरण शक्ति का जवाब देते हैं, काउंटर के संचालन के तरीके को चुना जा सकता है ताकि यह केवल कुछ प्रकार के कणों की गणना कर सके।
यदि डिवाइस संतृप्ति वर्तमान मोड में संचालित होता है (जिसे वोल्टेज को कम करके प्राप्त किया जा सकता है), तो इसके माध्यम से वर्तमान प्रति यूनिट समय में डिवाइस की मात्रा में अवशोषित विकिरण ऊर्जा का एक उपाय है। इस मामले में, डिवाइस को आयनीकरण कक्ष कहा जाता है। इस मामले में लाभ एकता के बराबर है। आयनीकरण कक्ष का लाभ संचालन की महान स्थिरता है। आयनीकरण कक्ष डिजाइन काफी भिन्न हो सकते हैं। कक्ष का भरना, दीवार सामग्री, इलेक्ट्रोड की संख्या और आकार अध्ययन के उद्देश्य के आधार पर भिन्न होते हैं। क्यूबिक मिलीमीटर के क्रम के आयतन वाले छोटे कक्षों के साथ, किसी को सैकड़ों मीटर तक के कक्षों से निपटना पड़ता है। आयनन के एक निरंतर स्रोत की क्रिया के तहत, कक्षों में से लेकर तक धाराएं उत्पन्न होती हैं
जगमगाहट काउंटर।
प्राथमिक कणों को गिनने के साधन के रूप में एक फ्लोरोसेंट पदार्थ (स्किंटिलेशन) की चमक को गिनने की विधि का उपयोग सबसे पहले रदरफोर्ड ने परमाणु नाभिक की संरचना के अपने शास्त्रीय अध्ययन के लिए किया था। इस विचार का आधुनिक अवतार रदरफोर्ड के सरल उपकरण से बहुत कम मिलता जुलता है।
कण एक ठोस - फास्फोरस में प्रकाश की चमक का कारण बनता है। बहुत बड़ी संख्या में जैविक और अकार्बनिक पदार्थजो आवेशित कणों और फोटॉनों की ऊर्जा को प्रकाश ऊर्जा में बदलने की क्षमता रखते हैं। एक सेकंड के अरबवें हिस्से के क्रम में, कई फॉस्फोरस की आफ्टरग्लो अवधि बहुत कम होती है। इससे उच्च गणना दर के साथ जगमगाते काउंटर बनाना संभव हो जाता है। कई फास्फोरस के लिए, प्रकाश उत्पादन कणों की ऊर्जा के समानुपाती होता है। इससे कणों की ऊर्जा का अनुमान लगाने के लिए काउंटरों को डिजाइन करना संभव हो जाता है।
आधुनिक काउंटरों में, फॉस्फोर को फोटोमल्टीप्लायरों के साथ जोड़ा जाता है, जिसमें साधारण फोटोकैथोड होते हैं जो दृश्य प्रकाश के प्रति संवेदनशील होते हैं। बिजली, गुणक में बनाया जाता है, प्रवर्धित किया जाता है और फिर गिनती उपकरण को भेजा जाता है।
सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले कार्बनिक फास्फोरस एन्थ्रेसीन, स्टिलबिन, टेरफिनाइल आदि हैं। ये सभी रासायनिक यौगिक कार्बन परमाणुओं के हेक्सागोन से निर्मित तथाकथित सुगंधित यौगिकों के वर्ग से संबंधित हैं। जगमगाने वाले के रूप में उपयोग के लिए, इन पदार्थों को एकल क्रिस्टल के रूप में लिया जाना चाहिए। चूंकि बड़े एकल क्रिस्टल की वृद्धि कुछ कठिन होती है और क्रिस्टल के बाद से कार्बनिक यौगिकबहुत नाजुक हैं, तो प्लास्टिक स्किन्टिलेटर्स का उपयोग काफी रुचि का है - यह पारदर्शी प्लास्टिक में कार्बनिक फॉस्फोर के ठोस समाधान का नाम है - पॉलीस्टाइनिन या अन्य समान उच्च-बहुलक पदार्थ। अकार्बनिक फास्फोरस में से हैलाइड का उपयोग किया जाता है क्षारीय धातु, जिंक सल्फाइड, क्षारीय पृथ्वी धातु टंगस्टेट्स।
चेरेनकोव काउंटर।
1934 में वापस, चेरेनकोव ने दिखाया कि जब एक तेज़ आवेशित कण पूरी तरह से शुद्ध तरल या ठोस ढांकता हुआ में चलता है, तो एक विशेष चमक उत्पन्न होती है, जो मूल रूप से किसी पदार्थ के परमाणुओं में ऊर्जा संक्रमण से जुड़ी प्रतिदीप्ति चमक और ब्रेम्सस्ट्रालंग से अलग होती है। एक्स-रे निरंतर स्पेक्ट्रम प्रकार। चेरेनकोव विकिरण तब होता है जब एक आवेशित कण एक ढांकता हुआ में प्रकाश के चरण वेग से अधिक गति से चलता है। विकिरण की मुख्य विशेषता यह है कि यह साथ-साथ फैलता है शंक्वाकार सतहकण गति की दिशा में आगे। शंकु का कोण सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:
कण की गति की दिशा के साथ शंकु के जनक का कोण कहाँ है, V कण की गति है, माध्यम में प्रकाश की गति है। इस प्रकार, किसी दिए गए अपवर्तनांक वाले माध्यम के लिए, एक क्रांतिक वेग होता है जिसके नीचे कोई विकिरण नहीं होगा। इस क्रांतिक गति पर विकिरण कण गति की दिशा के समानांतर होगा। प्रकाश की गति के बहुत करीब गति से चलने वाले कण के लिए, उत्सर्जन का अधिकतम कोण देखा जाएगा।साइक्लोहेक्सेन के लिए
चेरेनकोव विकिरण स्पेक्ट्रम, जैसा कि अनुभव और सिद्धांत दिखाता है, मुख्य रूप से दृश्य क्षेत्र में स्थित है।
चेरेनकोव विकिरण पानी के माध्यम से चलने वाले जहाज से धनुष लहर के गठन के समान एक घटना है; इस मामले में, जहाज की गति पानी की सतह पर लहरों की गति से अधिक होती है।
चावल। 2376 विकिरण की उत्पत्ति को दर्शाता है। एक आवेशित कण अक्षीय रेखा के साथ चलता है और पथ के साथ कण का अनुसरण करने वाला विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र अस्थायी रूप से कण प्रक्षेपवक्र के बिंदुओं पर माध्यम का ध्रुवीकरण करता है।
ये सभी बिंदु गोलाकार तरंगों के स्रोत बन जाते हैं। केवल एक ही कोण है जिस पर ये गोलाकार तरंगेंचरण में मेल खाते हैं और एक संयुक्त मोर्चा बनाते हैं।
एक आवेशित कण के पथ पर दो बिंदुओं पर विचार करें (चित्र 237c)। उन्होंने गोलाकार तरंगें बनाईं, एक समय में एक समय में दूसरी एक समय में जाहिर है, कण को इन दो बिंदुओं के बीच यात्रा करने में समय लगता है। इन दो तरंगों को एक ही चरण में किसी न किसी कोण 9 पर प्रचारित करने के लिए, यह आवश्यक है कि पहली किरण का यात्रा समय दूसरे बीम के यात्रा समय से उस समय से अधिक हो जब कण द्वारा समय में यात्रा की गई थी। लहर के बराबरदूरी एक ही समय में गुजर जाएगी यहाँ से हमें उपरोक्त सूत्र मिलता है:
चेरेनकोव विकिरण हाल ही में प्राथमिक कणों का पता लगाने के लिए एक विधि के रूप में काफी व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। इस घटना पर आधारित काउंटरों को सेरेनकोव काउंटर कहा जाता है। चमकदार पदार्थ संयुक्त है, जैसे कि जगमगाहट काउंटरों में, फोटोमल्टीप्लायरों और एम्पलीफायरों के साथ।
फोटोवोल्टिक धारा। चेरेनकोव काउंटरों के कई डिज़ाइन हैं।
चेरेनकोव काउंटरों के कई फायदे हैं। इसमे शामिल है तेज़ गतिगिनती और प्रकाश की गति के बहुत करीब गति से चलने वाले कणों के आवेशों को निर्धारित करने की संभावना (हमने यह नहीं कहा कि प्रकाश उत्पादन दृढ़ता से कण के आवेश पर निर्भर करता है)। केवल चेरेनकोव काउंटरों की मदद से ही ऐसे महत्वपूर्ण कार्यों को हल किया जा सकता है जैसे किसी आवेशित कण के वेग का प्रत्यक्ष निर्धारण, उस दिशा का निर्धारण जिसमें एक अल्ट्राफास्ट कण चलता है, आदि।
काउंटरों की नियुक्ति।
प्राथमिक कणों के परिवर्तन और परस्पर क्रिया की विभिन्न प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए, न केवल किसी दिए गए स्थान पर एक कण की उपस्थिति को नोट करने में सक्षम होना आवश्यक है, बल्कि उसी कण के आगे के भाग्य का पता लगाने में भी सक्षम होना चाहिए। सामान्य गणना योजना के साथ काउंटरों की विशेष व्यवस्था की मदद से इसी तरह की समस्याओं का समाधान किया जाता है। उदाहरण के लिए, दो या दो से अधिक मीटर के विद्युत परिपथों को इस तरह से जोड़ना संभव है कि गिनती तभी हो जब सभी मीटरों में डिस्चार्ज एक ही समय पर शुरू हो। यह सभी काउंटरों के माध्यम से एक ही कण के पारित होने के प्रमाण के रूप में काम कर सकता है। काउंटरों के इस समावेश को "स्विचिंग ऑन द मैच" कहा जाता है।
मोटी परत वाले फोटोग्राफिक इमल्शन की विधि।
जैसा कि ज्ञात है, फोटोग्राफिक प्लेटों की प्रकाश संवेदनशील परत एक जिलेटिन फिल्म है जिसमें सिल्वर ब्रोमाइड के माइक्रोक्रिस्टल पेश किए जाते हैं। फोटोग्राफिक प्रक्रिया का आधार इन क्रिस्टल का आयनीकरण है, जिसके परिणामस्वरूप सिल्वर ब्रोमाइड में कमी आती है। यह प्रक्रिया न केवल प्रकाश की क्रिया के तहत होती है, बल्कि आवेशित कणों की क्रिया के तहत भी होती है। यदि एक आवेशित कण इमल्शन से उड़ता है, तो इमल्शन में एक छिपा हुआ निशान दिखाई देगा, जिसे फोटोग्राफिक प्लेट के विकास के बाद देखा जा सकता है। फोटोग्राफिक इमल्शन में पैरों के निशान उस कण के बारे में कई विवरण प्रकट करते हैं जो उन्हें पैदा करता है। प्रबल रूप से आयनित करने वाले कण चिकना निशान छोड़ते हैं। चूंकि आयनीकरण कणों के आवेश और वेग पर निर्भर करता है, केवल ट्रेस की उपस्थिति मात्रा बोलती है। एक फोटोग्राफिक इमल्शन में एक कण की सीमा (ट्रैक) द्वारा मूल्यवान जानकारी प्रदान की जाती है; ट्रेस की लंबाई को मापकर, कण की ऊर्जा निर्धारित की जा सकती है।
पतली इमल्शन वाली साधारण फोटोग्राफिक प्लेटों का उपयोग करने वाले अध्ययन परमाणु भौतिकी के प्रयोजनों के लिए बहुत कम उपयोग होते हैं। ऐसी प्लेटें केवल उन कणों को स्थिर करती हैं जो प्लेट के साथ सख्ती से चलते हैं। Mysovsky और Zhdanov, साथ ही कुछ साल बाद इंग्लैंड में पॉवेल ने एक पायस मोटाई के साथ फोटोग्राफिक प्लेट पेश की (साधारण प्लेटों के लिए, परत की मोटाई सौ गुना कम है)। फोटोमेथोड इसकी स्पष्टता के लिए मूल्यवान है, एक कण के नष्ट होने पर होने वाले परिवर्तन की एक जटिल तस्वीर का निरीक्षण करने की क्षमता।
अंजीर पर। 238 इस विधि द्वारा प्राप्त एक विशिष्ट फोटोग्राफ दिखाता है। बिंदुओं पर परमाणु परिवर्तन हुए।
इस पद्धति के नवीनतम संस्करण में, काफी मात्रा के इमल्शन कक्षों का उपयोग उस माध्यम के रूप में किया जाता है जिसमें कण ट्रैक तय किए जाते हैं।
टिप्पणियों के विश्लेषण के तरीके।
वर्णित उपकरणों की मदद से, शोधकर्ता को एक प्राथमिक कण के सभी सबसे महत्वपूर्ण स्थिरांक निर्धारित करने का अवसर मिलता है: गति और ऊर्जा, आवेश, द्रव्यमान; इन सभी मापदंडों को पर्याप्त रूप से उच्च सटीकता के साथ निर्धारित किया जा सकता है। कणों के प्रवाह की उपस्थिति में, एक प्राथमिक कण के स्पिन के मूल्य और उसके चुंबकीय क्षण को निर्धारित करना भी संभव है। यह चुंबकीय क्षेत्र में बीम विभाजन के उसी प्रयोग द्वारा किया जाता है, जिसका वर्णन पृष्ठ 171 पर किया गया था।
यह याद रखना चाहिए कि केवल आवेशित कण ही प्रत्यक्ष रूप से देखे जाते हैं। आवेशित कणों पर इन अदृश्य कणों की क्रिया की प्रकृति का अध्ययन करके अप्रत्यक्ष रूप से तटस्थ कणों और फोटॉनों पर सभी डेटा प्राप्त किए जाते हैं। हालांकि, अदृश्य कणों के बारे में प्राप्त आंकड़ों में उच्च स्तर की विश्वसनीयता होती है।
प्राथमिक कणों के सभी प्रकार के परिवर्तनों के अध्ययन में एक आवश्यक भूमिका संवेग और ऊर्जा के संरक्षण के नियमों के अनुप्रयोग द्वारा निभाई जाती है। चूंकि हम तेज कणों से निपट रहे हैं, ऊर्जा के संरक्षण के कानून को लागू करते समय, द्रव्यमान में संभावित परिवर्तन को ध्यान में रखना आवश्यक है।
आइए मान लें कि तस्वीर "कांटा" के रूप में कणों का एक निशान दिखाती है। पहला कण दो कणों में बदल गया है: दूसरा और तीसरा। फिर निम्नलिखित संबंधों को धारण करना चाहिए। सबसे पहले, पहले कण का संवेग उभरते कणों के संवेग के सदिश योग के बराबर होना चाहिए:
द्रव्यमान अंतर कहाँ है
परमाणु भौतिकी के पूरे अनुभव से पता चलता है कि प्राथमिक कणों के किसी भी परिवर्तन में संरक्षण कानूनों का सख्ती से पालन किया जाता है। यह इन कानूनों का उपयोग एक तटस्थ कण के गुणों को स्पष्ट करने के लिए संभव बनाता है जो फोटोग्राफिक इमल्शन में कोई निशान नहीं छोड़ता है और गैस को आयनित नहीं करता है। यदि एक फोटोग्राफिक प्लेट पर दो अलग-अलग ट्रैक देखे जाते हैं, तो शोधकर्ता के लिए यह स्पष्ट है: जिस बिंदु से ये ट्रैक अलग हो जाते हैं, उस बिंदु पर एक तटस्थ कण का परिवर्तन हुआ है। उत्पन्न होने वाले कणों के आवेगों, ऊर्जाओं और द्रव्यमानों का निर्धारण करते हुए, एक तटस्थ कण के मापदंडों के मूल्य के बारे में आश्वस्त निष्कर्ष निकाला जा सकता है। इस तरह से न्यूट्रॉन की खोज की गई, ऐसे में हम न्यूट्रिनो और न्यूट्रल मेसन को आंकते हैं, जिसकी चर्चा नीचे की जाएगी।
शिकायत करना:
प्राथमिक कणों के पंजीकरण के तरीके
1) गैस-डिस्चार्ज गीजर काउंटर
गीजर काउंटर स्वचालित कणों की गिनती के लिए सबसे महत्वपूर्ण उपकरणों में से एक है।
काउंटर में एक धातु की परत (कैथोड) के साथ अंदर से ढकी एक कांच की ट्यूब होती है और ट्यूब (एनोड) की धुरी के साथ चलने वाला एक पतला धातु का धागा होता है।
ट्यूब एक गैस से भरी होती है, आमतौर पर आर्गन। काउंटर का संचालन प्रभाव आयनीकरण पर आधारित है। एक आवेशित कण (इलेक्ट्रॉन, £-कण, आदि), गैस के माध्यम से उड़ता है, परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को अलग करता है और सकारात्मक आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉनों का निर्माण करता है। एनोड और कैथोड के बीच विद्युत क्षेत्र (उन पर एक उच्च वोल्टेज लगाया जाता है) इलेक्ट्रॉनों को एक ऊर्जा के लिए त्वरित करता है जिस पर प्रभाव आयनीकरण शुरू होता है। आयनों का एक हिमस्खलन दिखाई देता है, और काउंटर के माध्यम से करंट तेजी से बढ़ता है। इस मामले में, लोड रोकनेवाला आर पर एक वोल्टेज पल्स बनता है, जिसे रिकॉर्डिंग डिवाइस को खिलाया जाता है। काउंटर को हिट करने वाले अगले कण को पंजीकृत करने के लिए, हिमस्खलन निर्वहन को बुझाना होगा। यह स्वतः होता है। चूंकि इस समय करंट पल्स दिखाई देता है, अनलोडिंग रेसिस्टर R पर वोल्टेज ड्रॉप बड़ा होता है, एनोड और कैथोड के बीच वोल्टेज तेजी से घटता है - इतना कि डिस्चार्ज रुक जाता है।
गीजर काउंटर मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों और वाई-क्वांटा (उच्च ऊर्जा फोटॉन) को पंजीकृत करने के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि, वाई-क्वांटा उनकी कम आयनीकरण क्षमता के कारण सीधे पंजीकृत नहीं होते हैं। उनका पता लगाने के लिए, ट्यूब की भीतरी दीवार एक ऐसी सामग्री से ढकी होती है जिससे Y-क्वांटा इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है।
काउंटर लगभग सभी इलेक्ट्रॉनों को पंजीकृत करता है जो इसमें प्रवेश करते हैं; वाई-क्वांटा के लिए, यह सौ में से केवल एक वाई-क्वांटम दर्ज करता है। भारी कणों (उदाहरण के लिए, एल-कणों) का पंजीकरण मुश्किल है, क्योंकि काउंटर में इन कणों के लिए पर्याप्त पतली "खिड़की" पारदर्शी बनाना मुश्किल है।
2) बादल कक्ष
मेघ कक्ष की क्रिया पानी की बूंदों के निर्माण के साथ आयनों पर सुपरसैचुरेटेड वाष्प के संघनन पर आधारित होती है। ये आयन एक गतिमान आवेशित कण द्वारा इसके प्रक्षेपवक्र के साथ निर्मित होते हैं।
डिवाइस एक पिस्टन 1 (छवि 2) के साथ एक सिलेंडर है, जो एक फ्लैट ग्लास कवर 2 से ढका हुआ है। सिलेंडर में होता है संतृप्त वाष्पपानी या शराब। जांच की गई रेडियोधर्मी तैयारी 3 को कक्ष में पेश किया जाता है, जो कक्ष की कार्यशील मात्रा में आयन बनाता है। पिस्टन के तेज निचले हिस्से के साथ, अर्थात्। रुद्धोष्म प्रसार के दौरान वाष्प ठंडी हो जाती है और अतिसंतृप्त हो जाती है। इस अवस्था में वाष्प आसानी से संघनित हो जाती है। संघनन के केंद्र इस समय उड़ने वाले कण द्वारा निर्मित आयन होते हैं। तो कैमरे में एक धूमिल निशान (ट्रैक) दिखाई देता है (चित्र 3), जिसे देखा और फोटो खींचा जा सकता है। ट्रैक एक सेकंड के दसवें हिस्से में मौजूद है। पिस्टन को उसकी मूल स्थिति में वापस करके और आयनों को हटाकर विद्युत क्षेत्र, हम फिर से रुद्धोष्म प्रसार कर सकते हैं। इस प्रकार, कैमरे के साथ प्रयोग बार-बार किए जा सकते हैं।
यदि कैमरे को विद्युत चुम्बक के ध्रुवों के बीच रखा जाए, तो कैमरे की कणों के गुणों का अध्ययन करने की संभावनाओं का बहुत विस्तार होता है। इस मामले में, लोरेंत्ज़ बल गतिमान कण पर कार्य करता है, जिससे कण आवेश का मान और प्रक्षेपवक्र की वक्रता से इसकी गति निर्धारित करना संभव हो जाता है। चित्रा 4 इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन ट्रैक की तस्वीर को समझने का एक संभावित रूप दिखाता है। चुंबकीय क्षेत्र का प्रेरण वेक्टर बी ड्राइंग से परे ड्राइंग के विमान के लंबवत निर्देशित होता है। पॉज़िट्रॉन बाईं ओर विचलित होता है, इलेक्ट्रॉन दाईं ओर।
3) बुलबुला कक्ष
यह मेघ कक्ष से भिन्न होता है कि कक्ष के कार्यशील आयतन में सुपरसैचुरेटेड वाष्प को एक सुपरहीटेड तरल से बदल दिया जाता है, अर्थात। एक तरल जो अपने संतृप्त वाष्प दबाव से कम दबाव में है।
इस तरह के तरल में उड़ने से, कण वाष्प के बुलबुले की उपस्थिति का कारण बनता है, जिससे एक ट्रैक बनता है (चित्र 5)।
प्रारंभिक अवस्था में, पिस्टन तरल को संपीड़ित करता है। दबाव में तेज कमी के साथ, तरल का क्वथनांक परिवेश के तापमान से कम होता है।
तरल एक अस्थिर (ज़्यादा गरम) अवस्था में चला जाता है। यह कण गति के मार्ग में बुलबुले की उपस्थिति सुनिश्चित करता है। हाइड्रोजन, क्सीनन, प्रोपेन और कुछ अन्य पदार्थों का उपयोग कार्यशील मिश्रण के रूप में किया जाता है।
क्लाउड चैंबर पर बबल चैंबर का लाभ काम करने वाले पदार्थ के अधिक घनत्व के कारण होता है। नतीजतन, कण पथ काफी कम हो जाते हैं, और उच्च ऊर्जा के कण भी कक्ष में फंस जाते हैं। इससे कण के क्रमिक परिवर्तनों और इसके कारण होने वाली प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला का निरीक्षण करना संभव हो जाता है।
4) मोटी परत वाले फोटोग्राफिक इमल्शन की विधि
कणों को पंजीकृत करने के लिए, क्लाउड कक्षों और बुलबुला कक्षों के साथ, मोटी परत वाले फोटोग्राफिक इमल्शन का उपयोग किया जाता है। फोटोग्राफिक प्लेट के इमल्शन पर तेजी से आवेशित कणों की आयनीकरण क्रिया। फोटोग्राफिक इमल्शन में बड़ी संख्या में सिल्वर ब्रोमाइड के सूक्ष्म क्रिस्टल होते हैं।
एक तीव्र आवेशित कण, क्रिस्टल को भेदते हुए, व्यक्तिगत ब्रोमीन परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को अलग करता है। ऐसे क्रिस्टल की एक श्रृंखला एक गुप्त छवि बनाती है। जब ये क्रिस्टल दिखाई देते हैं, तो धात्विक चांदी कम हो जाती है और चांदी के दानों की एक श्रृंखला एक कण ट्रैक बनाती है।
ट्रैक की लंबाई और मोटाई का उपयोग कण की ऊर्जा और द्रव्यमान का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। फोटोग्राफिक इमल्शन के उच्च घनत्व के कारण, ट्रैक बहुत छोटे होते हैं, लेकिन फोटो खींचते समय उन्हें बड़ा किया जा सकता है। फोटोग्राफिक इमल्शन का लाभ यह है कि एक्सपोज़र का समय जितना चाहें उतना लंबा हो सकता है। यह आपको दुर्लभ घटनाओं को पंजीकृत करने की अनुमति देता है। यह भी महत्वपूर्ण है कि, फोटोग्राफिक इमल्शन की उच्च रोक शक्ति के कारण, कणों और नाभिक के बीच देखी गई दिलचस्प प्रतिक्रियाओं की संख्या बढ़ जाती है।
आवेशित कणों को पंजीकृत करने वाले उपकरणों को संसूचक कहा जाता है। दो मुख्य प्रकार के डिटेक्टर हैं:
1) अलग(कणों की ऊर्जा की गणना और निर्धारण): गीजर काउंटर, आयनीकरण कक्ष, आदि;
2) संकरा रास्ता(डिटेक्टर के काम करने की मात्रा में कणों के निशान (ट्रैक) का निरीक्षण और फोटोग्राफ करना संभव बनाता है): विल्सन चैंबर, बबल चैंबर, मोटी परत फोटोग्राफिक इमल्शन, आदि।
1. गैस-डिस्चार्ज गीजर काउंटर।उच्च ऊर्जा के इलेक्ट्रॉनों और \(~\gamma\)-क्वांटा (फोटॉन) को पंजीकृत करने के लिए, एक गीजर-मुलर काउंटर का उपयोग किया जाता है। इसमें एक कांच की नली होती है (चित्र 22.4), जिसकी भीतरी दीवारों पर कैथोड K स्थित है - एक पतली धातु का बेलन; एनोड ए एक पतली धातु का तार है जो काउंटर की धुरी के साथ फैला हुआ है। ट्यूब एक गैस से भरी होती है, आमतौर पर आर्गन। काउंटर पंजीकरण सर्किट में शामिल है। एक नकारात्मक क्षमता शरीर पर लागू होती है, एक सकारात्मक क्षमता धागे पर लागू होती है। एक रोकनेवाला आर काउंटर के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, जिससे रिकॉर्डिंग डिवाइस को सिग्नल खिलाया जाता है।
काउंटर का संचालन प्रभाव आयनीकरण पर आधारित है। एक कण को काउंटर में प्रवेश करने दें जिसने अपने रास्ते में कम से कम एक जोड़ी बनाई है: "आयन + इलेक्ट्रॉन"। इलेक्ट्रॉन, एनोड (फिलामेंट) की ओर बढ़ते हुए, बढ़ती तीव्रता (ए और के ~ 1600 वी के बीच वोल्टेज) के साथ क्षेत्र में गिरते हैं, उनकी गति तेजी से बढ़ जाती है, और उनके रास्ते में एक आयन हिमस्खलन (प्रभाव आयनीकरण होता है) का निर्माण होता है। एक बार धागे पर, इलेक्ट्रॉन अपनी क्षमता को कम कर देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिरोधक R से करंट प्रवाहित होगा। इसके सिरों पर एक वोल्टेज पल्स उत्पन्न होती है, जो पंजीकरण उपकरण में प्रवेश करती है।
रोकनेवाला के पार एक वोल्टेज ड्रॉप होता है, एनोड क्षमता कम हो जाती है, और काउंटर के अंदर क्षेत्र की ताकत कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा कम हो जाती है। डिस्चार्ज रुक जाता है। इस प्रकार, रोकनेवाला प्रतिरोध की भूमिका निभाता है, हिमस्खलन निर्वहन को स्वचालित रूप से बुझा देता है। सकारात्मक आयन डिस्चार्ज शुरू होने के बाद \(~t \लगभग 10^(-4)\) s के भीतर कैथोड में प्रवाहित होते हैं।
गीजर काउंटर आपको प्रति सेकंड 10 4 कणों को पंजीकृत करने की अनुमति देता है। इसका उपयोग मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों और \(~\gamma\)-क्वांटा के पंजीकरण के लिए किया जाता है। हालांकि, \(~\gamma\)-क्वांटा उनकी कम आयनीकरण क्षमता के कारण सीधे पंजीकृत नहीं हैं। उनका पता लगाने के लिए, ट्यूब की भीतरी दीवार को एक ऐसी सामग्री से ढक दिया जाता है जिससे \(~\gamma\)-क्वांटा इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है। इलेक्ट्रॉनों को पंजीकृत करते समय, काउंटर की दक्षता 100% होती है, और \(~\gamma\)-क्वांटा को पंजीकृत करते समय, यह केवल 1% होती है।
भारी \(~\alpha\)-कणों का पंजीकरण मुश्किल है, क्योंकि काउंटर में इन कणों के लिए पर्याप्त पतली "खिड़की" को पारदर्शी बनाना मुश्किल है।
2. विल्सन चैंबर।
चैम्बर गैस परमाणुओं को आयनित करने के लिए उच्च-ऊर्जा कणों की क्षमता का उपयोग करता है। मेघ कक्ष (चित्र 22.5) पिस्टन के साथ एक बेलनाकार बर्तन है। सिलेंडर का ऊपरी भाग पारदर्शी सामग्री से बना होता है, कक्ष में थोड़ी मात्रा में पानी या अल्कोहल डाला जाता है, जिसके लिए बर्तन को एक परत से ढक दिया जाता है। नीचे की ओर से गीलामखमल या कपड़ा 2. कक्ष के अंदर मिश्रण बनता है धनीवाष्प और वायु। पिस्टन के तेजी से कम होने के साथ 1मिश्रण रुद्धोष्म रूप से फैलता है, जो इसके तापमान में कमी के साथ होता है। ठंडा करने से भाप बन जाती है अतिसंतृप्त
यदि वायु धूल के कणों से मुक्त है, तो संघनन केंद्रों की अनुपस्थिति के कारण वाष्प का द्रव में संघनन कठिन होता है। हालांकि संघनन केंद्रआयन भी सेवा कर सकते हैं। इसलिए, यदि एक आवेशित कण कक्ष के माध्यम से उड़ता है (विंडो 3 के माध्यम से अंदर जाने दें), अपने रास्ते में आयनकारी अणु, तो आयन श्रृंखला पर वाष्प संघनन होता है और कक्ष के अंदर कण का प्रक्षेपवक्र दिखाई देने वाली छोटी बूंदों के कारण दिखाई देता है तरल। गठित तरल बूंदों की श्रृंखला एक कण ट्रैक बनाती है। अणुओं की थर्मल गति कण ट्रैक को जल्दी से धुंधला कर देती है, और कण प्रक्षेपवक्र केवल लगभग 0.1 एस के लिए स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं, हालांकि, फोटोग्राफी के लिए पर्याप्त है।
एक तस्वीर में एक ट्रैक की उपस्थिति अक्सर किसी को न्याय करने की अनुमति देती है प्रकृतिकण और आकारउसकी ऊर्जा।तो, \(~\alpha\)-कण अपेक्षाकृत मोटा ठोस निशान छोड़ते हैं, प्रोटॉन - पतले, और इलेक्ट्रॉन - बिंदीदार (चित्र 22.6)। ट्रैक का उभरता हुआ विभाजन - "कांटे" एक सतत प्रतिक्रिया को इंगित करता है।
चेंबर को कार्रवाई के लिए तैयार करने और शेष आयनों को साफ करने के लिए, इसके अंदर एक विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है, जो आयनों को इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित करता है, जहां वे बेअसर हो जाते हैं।
सोवियत भौतिकविदों पी। एल। कपित्सा और डी। वी। स्कोबेल्टसिन ने कैमरे को एक चुंबकीय क्षेत्र में रखने का प्रस्ताव रखा, जिसके प्रभाव में कणों के प्रक्षेपवक्र एक दिशा या किसी अन्य में मुड़े हुए होते हैं, जो आवेश के संकेत पर निर्भर करता है। प्रक्षेपवक्र की वक्रता की त्रिज्या और पटरियों की तीव्रता कण की ऊर्जा और द्रव्यमान (विशिष्ट आवेश) को निर्धारित करती है।
3. बुलबुला कक्ष।बबल चैंबर का उपयोग वर्तमान में वैज्ञानिक अनुसंधान में किया जाता है। बुलबुला कक्ष में काम करने की मात्रा उच्च दबाव में तरल से भर जाती है, जो इसे उबलने से रोकता है, इस तथ्य के बावजूद कि वायुमंडलीय दबाव में तरल का तापमान क्वथनांक से अधिक होता है। दबाव में तेज कमी के साथ, तरल अत्यधिक गरम हो जाता है और थोड़े समय के लिए अस्थिर अवस्था में होता है। यदि एक आवेशित कण ऐसे तरल के माध्यम से उड़ता है, तो तरल अपने प्रक्षेपवक्र के साथ उबल जाएगा, क्योंकि तरल में बने आयन वाष्पीकरण के केंद्र के रूप में काम करते हैं। इस मामले में, कण प्रक्षेपवक्र को वाष्प के बुलबुले की एक श्रृंखला द्वारा चिह्नित किया जाता है, अर्थात। दृष्टिगोचर होता है। तरल हाइड्रोजन और सी 3 एच 3 प्रोपेन मुख्य रूप से तरल पदार्थ के रूप में उपयोग किए जाते हैं। कार्य चक्र की अवधि लगभग 0.1 s है।
फ़ायदाबादल कक्ष के सामने बुलबुला कक्ष कार्यशील पदार्थ के अधिक घनत्व के कारण होता है, जिसके परिणामस्वरूप कण गैस की तुलना में अधिक ऊर्जा खो देता है। कण पथ छोटे हो जाते हैं, और उच्च ऊर्जा के कण कक्ष में फंस जाते हैं। इससे कण की गति और उसकी ऊर्जा की दिशा को और अधिक सटीक रूप से निर्धारित करना संभव हो जाता है, और कण के क्रमिक परिवर्तनों और इसके कारण होने वाली प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला का निरीक्षण करना संभव हो जाता है।
4. मोटी परत वाले फोटोग्राफिक इमल्शन की विधि L. V. Mysovsky और A. P. Zhdanov द्वारा विकसित।
यह फोटोग्राफिक इमल्शन से गुजरने वाले तेज आवेशित कणों की क्रिया के तहत फोटोग्राफिक परत के काले पड़ने पर आधारित है। ऐसा कण सिल्वर ब्रोमाइड अणुओं के Ag + और Br - आयनों में विघटन का कारण बनता है और गति प्रक्षेपवक्र के साथ फोटोग्राफिक इमल्शन को काला कर देता है, जिससे एक गुप्त छवि बनती है। इन क्रिस्टलों में विकसित होने पर, धात्विक चांदी कम हो जाती है और एक कण ट्रैक बन जाता है। कण की ऊर्जा और द्रव्यमान को ट्रैक की लंबाई और मोटाई से आंका जाता है।
बहुत अधिक ऊर्जा वाले और लंबे निशान देने वाले कणों के निशान का अध्ययन करने के लिए, बड़ी संख्या में प्लेटों को ढेर किया जाता है।
उपयोग में आसानी के अलावा, फोटोग्राफिक इमल्शन विधि का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि यह देता है गायब न होने वाले निशानकण, जिन्हें तब सावधानीपूर्वक जांचा जा सकता है। इससे नए प्राथमिक कणों के अध्ययन में इस पद्धति का व्यापक अनुप्रयोग हुआ। इमल्शन में बोरॉन या लिथियम यौगिकों को जोड़ने के साथ, इस विधि का उपयोग न्यूट्रॉन के निशान का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है, जो बोरॉन और लिथियम नाभिक के साथ प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप \(~\alpha\)-कण बनाते हैं जो कालेपन का कारण बनते हैं। परमाणु पायस परत। \(~\alpha\)-कणों के अंशों के आधार पर, न्यूट्रॉन की गति और ऊर्जा के बारे में निष्कर्ष निकाले जाते हैं जिसके कारण \(~\alpha\)-कण दिखाई देते हैं।
साहित्य
अक्सेनोविच एल. ए. भौतिकी में उच्च विद्यालय: लिखित। कार्य। टेस्ट: प्रो. सामान्य प्रदान करने वाले संस्थानों के लिए भत्ता। वातावरण, शिक्षा / एल.ए. अक्सनोविच, एन.एन. रकीना, के.एस. फ़ारिनो; ईडी। के एस फरिनो। - एमएन।: अदुकात्सी और व्यखवन, 2004। - एस। 618-621।
