Elementarne čestice mogu se promatrati zbog tragova koje ostavljaju prilikom prolaska kroz materiju. Priroda tragova omogućuje prosuđivanje znaka naboja čestice, njezine energije, količine gibanja itd. Nabijene čestice uzrokuju ionizaciju molekula na svom putu. Neutralne čestice ne ostavljaju tragove, ali se mogu otkriti u trenutku raspadanja na nabijene čestice ili u trenutku sudara s bilo kojom jezgrom. Stoga se na kraju neutralne čestice također detektiraju ionizacijom uzrokovanom nabijenim česticama koje stvaraju.

Instrumenti koji se koriste za registraciju ionizirajućih čestica podijeljeni su u dvije skupine. Prva skupina uključuje uređaje koji registriraju činjenicu prolaska čestice i, osim toga, u nekim slučajevima omogućuju procjenu njezine energije. Drugu skupinu čine takozvani tračni uređaji, odnosno uređaji koji omogućuju promatranje tragova (tragova) čestica u materiji.

Uređaji za snimanje uključuju scintilacijski brojač, Čerenkovljev brojač, ionizacijske komore, brojač plinskog pražnjenja i poluvodički brojač.

1. Scintilacijski brojač. Nabijena čestica koja leti kroz tvar uzrokuje ne samo ionizaciju, već i pobuđivanje atoma. Vraćajući se u svoje normalno stanje, atomi emitiraju vidljivu svjetlost. Tvari u kojima nabijene čestice uzrokuju zamjetan svjetlosni bljesak (scintilaciju) nazivaju se fosfor. Najčešće korišteni fosfori su (cink sulfid aktiviran srebrom) i (natrijev jodid aktiviran talijem).

Scintilacijski brojač se sastoji od fosfora, iz kojeg se svjetlost kroz poseban svjetlovod dovodi do fotomultiplikatora. Broje se impulsi proizvedeni na izlazu fotomultiplikatora. Određuje se i amplituda impulsa, koja je proporcionalna intenzitetu bljeska. To daje dodatne informacije o registriranim česticama. Za ovu vrstu brojača, učinkovitost detekcije nabijenih čestica je 100%.

2. Čerenkov brojač. Princip rada ovog brojača razmatra se u stavku 3.3.3. (str. 84). Svrha brojača je mjerenje energije čestica koje se kreću u tvari brzinom koja premašuje faznu brzinu svjetlosti u danom mediju. Osim toga, brojači omogućuju odvajanje čestica po masi. Poznavajući kut emisije zračenja, moguće je odrediti brzinu čestice, što je s poznatom masom ekvivalentno određivanju njezine energije. Ako je masa čestice nepoznata, tada se može odrediti neovisnim mjerenjem energije čestice.

Čerenkovski brojači su instalirani svemirski brodovi za proučavanje kozmičkog zračenja.

3. Jonizacijska komora je električni kondenzator napunjen plinom, na čije se elektrode primjenjuje konstantan napon. Registrirana čestica, ulazeći u prostor između elektroda, ionizira plin. Napon na pločama kondenzatora je odabran tako da svi formirani ioni, s jedne strane, stignu do elektroda bez vremena za rekombinaciju, a s druge strane, ne ubrzavaju toliko da proizvedu sekundarnu ionizaciju. Posljedično, ioni koji su nastali izravno pod djelovanjem nabijenih čestica skupljaju se na pločama: mjeri se ukupna ionizacijska struja ili bilježi prolazak pojedinačnih čestica. U potonjem slučaju kamera radi kao brojač.

4. Brojač ispuštanja plina obično izveden u obliku metalnog cilindra ispunjenog plinom s tankom žicom razvučenom duž njegove osi. Cilindar služi kao katoda, a žica kao anoda. Za razliku od ionizacijske komore, sekundarna ionizacija ima glavnu ulogu u brojaču plinskog pražnjenja. Postoje dvije vrste brojača plinskog pražnjenja: proporcionalni brojači i Geiger-Muller brojači. U prvom je plinsko pražnjenje nesamoodrživo, au drugom je neovisno.

U proporcionalnim brojačima, izlazni impuls je proporcionalan primarnoj ionizaciji, tj. energiji čestice koja je doletjela u brojač. Stoga ovi brojači ne samo da registriraju česticu, već i mjere njezinu energiju.

Geiger-Mullerov brojač po dizajnu i principu rada ne razlikuje se bitno od proporcionalnog brojača, ali radi u području strujno-naponske karakteristike koja odgovara samopražnjenju, odnosno u području visokih napona, kada izlaz puls ne ovisi o primarnoj ionizaciji. Ovaj brojač registrira česticu bez mjerenja njezine energije. Za registraciju pojedinačnih impulsa potrebno je ugasiti samoodrživo pražnjenje koje je nastalo. Za to se takav otpor uključuje serijski sa žarnom niti (anodom) tako da struja pražnjenja koja je nastala u brojaču uzrokuje pad napona na otporu dovoljan da prekine pražnjenje.

5. poluvodički brojač. Glavni element ovog brojača je poluvodička dioda, koji ima vrlo malu debljinu radnog područja (desetinke milimetra). Kao rezultat toga, brojač ne može registrirati čestice visoke energije. Ali vrlo je pouzdan i može raditi u magnetskim poljima, budući da je za poluvodiče magnetorezitivni učinak (ovisnost otpora o intenzitetu magnetsko polje) je vrlo mala.

Na broj uređaji za praćenje uključuju komoru za oblake, difuzijsku komoru, mjehurastu komoru i nuklearne emulzije.

1. komora za oblake. Ovo je naziv stvorenog uređaja engleski fizičar Wilson 1912. Put iona, položen od strane leteće nabijene čestice, postaje vidljiv u komori oblaka, jer se prezasićene pare tekućine kondenziraju na ionima. Komora je obično izrađena u obliku staklenog cilindra s čvrsto pripijenim klipom. Cilindar je napunjen neutralnim plinom zasićenim vodenom parom ili alkoholom. S naglim širenjem plina, para postaje prezasićena, a na putanjama čestica koje lete kroz komoru nastaju tragovi magle, koji se fotografiraju pod različitim kutovima. Po izgledu tragova može se suditi o vrsti letećih čestica, njihovom broju i energiji. Postavljanjem kamere u magnetsko polje moguće je suditi o predznaku njihova naboja prema zakrivljenosti putanja čestica.

Oblačna komora je dugo vremena bila jedini instrument tog tipa. Međutim, nije bez nedostataka, od kojih je glavni mali radno vrijeme, što je otprilike 1% vremena utrošenog na pripremu kamere za sljedeće lansiranje.

2. Difuzija komora je vrsta komore za oblake. Prezasićenje se postiže difuzijom alkoholne pare iz zagrijanog poklopca na ohlađeno dno. Blizu dna pojavljuje se sloj prezasićene pare u kojem leteće nabijene čestice stvaraju tragove. Za razliku od komore za oblake, difuzijska komora radi kontinuirano.

3. Mjehurić fotoaparat. Ovaj uređaj također je modifikacija komore za oblak. Radni medij je pregrijana tekućina pod visokim tlakom. Naglim otpuštanjem pritiska tekućina se prelazi u nestabilno pregrijano stanje. Leteća čestica uzrokuje oštro ključanje tekućine, a putanja je označena lancem mjehurića pare. Staza je, kao u komori oblaka, fotografirana.

Mjehurasta komora radi u ciklusima. Njegove su dimenzije iste kao i oblačne komore. Tekućina je mnogo gušća od pare, što omogućuje korištenje komore za proučavanje dugih lanaca stvaranja i raspada čestica visoke energije.

4. Nuklearne fotografske emulzije. Pri korištenju ove metode registracije, nabijena čestica prolazi kroz emulziju, uzrokujući ionizaciju atoma. Nakon razvoja emulzije, nalaze se tragovi nabijenih čestica u obliku lanca srebrnih zrnaca. Emulzija je gušći medij od para u komori za oblake ili tekućine u komori s mjehurićima, pa je duljina staze u emulziji kraća. (Duljina traga u emulziji odgovara duljini traga u komori oblaka.) Metoda fotografske emulzije koristi se za proučavanje čestica ultravisoke energije koje se nalaze u kozmičkim zrakama ili se proizvode u akceleratorima.

Prednosti brojača i detektora tragova kombiniraju se u iskričkim komorama, koje kombiniraju brzinu registracije svojstvenu brojačima s potpunijim informacijama o česticama dobivenim u komorama. Možemo reći da je komora za iskre skup brojača. Informacije u komorama za iskre se izdaju odmah, bez daljnje obrade. Istodobno, tragovi čestica mogu se odrediti djelovanjem mnogih brojača.

Eksperimentalne metode i alati za proučavanje čestica

Natjecanje "Idem u razred"

G.G. Emelina,
škola ih. Heroj Rusije I.V. Sarychev,
Korablino, regija Ryazan

Eksperimentalne metode i alati za proučavanje čestica

Javni sat. 9. razred

Iako se predložena tema, sukladno programu, izučava u 9. razredu, gradivo će biti zanimljivo za nastavu u 11. razredu. - Ed.

Odgojno-obrazovni ciljevi sata: upoznati učenike sa uređajima za snimanje elementarne čestice, otkrivaju principe njihova rada, podučavaju određivati ​​i uspoređivati ​​brzinu, energiju, masu, naboj elementarnih čestica i njihov omjer po tragovima.

Nacrt lekcije

Ispunjavanje domaća zadaća, dečki su se prisjetili i pronašli primjere nestabilnih sustava (vidi slike) i načine kako ih izvući iz nestabilnog stanja.

Radim anketu:

Kako do prezasićene pare? (Odgovor. Dramatično povećajte volumen posude. U tom slučaju temperatura će pasti i para će postati prezasićena.

Što se događa s prezasićenom parom ako se u njoj pojavi čestica? (Odgovori. Bit će središte kondenzacije, na njemu će se stvarati rosa.)

Kako magnetsko polje utječe na gibanje nabijene čestice? (Odgovor. U polju se brzina čestice mijenja u smjeru, ali ne u apsolutnoj vrijednosti.)

Kako se zove sila kojom magnetsko polje djeluje na nabijenu česticu? Kamo je krenula? (Odgovor. Ovo je Lorentzova sila; usmjerena je prema središtu kružnice.)

Prilikom objašnjavanja novog gradiva koristim referentni sažetak: veliki plakat s njim visi na ploči, kopije su za svakog učenika (odnijet će ih kući sa sobom, staviti ih u bilježnicu i vratiti učitelju na sljedećem satu ). Govorim o scintilacijskom brojaču i Geigerovom brojaču, pokušavajući uštedjeti vrijeme na radu s fotografijama staza. Oslanjam se na znanje djece o naponu u strujnom krugu kada se spaja u seriju. Primjer teksta: „Najjednostavniji način snimanja zračenja bio je zaslon prekriven luminiscentnom tvari (od latinskog lumen - svjetlost). Ova tvar svijetli kada nabijena čestica udari u nju, ako je energija te čestice dovoljna da uzbudi atome tvari. Na mjestu gdje čestica udari javlja se bljesak - scintilacija (od latinskog scintillatio - svjetlucanje, iskričavanje). Takvi brojači nazivaju se scintilacijskim brojačima. Rad svih ostalih uređaja temelji se na ionizaciji atoma tvari letećim česticama.

Prvi uređaj za detekciju čestica izumio je Geiger, a poboljšao ga Müller. Geiger-Mullerov brojač (registrira i broji čestice) je metalni cilindar napunjen inertnim plinom (na primjer, argonom) s metalnom niti izoliranom od stijenki iznutra. Na tijelo cilindra se primjenjuje negativan potencijal, a na žarnu žicu pozitivni potencijal, tako da se između njih stvara napon od oko 1500 V, visok, ali nedovoljan da ionizira plin. Nabijena čestica koja leti kroz plin ionizira njegove atome, dolazi do pražnjenja između stijenki i navoja, krug se zatvara, struja teče, a na otporniku opterećenja s otporom R stvara se pad napona UR = IR, koji uklanja uređaj za snimanje. Budući da su uređaj i otpornik spojeni u seriju (Uist = UR + Uprib), tada s povećanjem UR, napon Uprib između stijenki cilindra i navoja se smanjuje, a pražnjenje brzo prestaje, a brojač je spreman za ponovno operaciju.

Godine 1912. predložena je komora za oblake - uređaj koji su fizičari nazvali nevjerojatnim alatom.

Student radi unaprijed pripremljenu prezentaciju u trajanju od 2-3 minute koja pokazuje važnost komore oblaka za proučavanje mikrokozmosa, njezine nedostatke i potrebu za poboljšanjem. Ukratko predstavljam napravu kamere, prikazujem je kako bi učenici imali na umu pri izradi zadaće da se kamera može izraditi na različite načine (u udžbeniku - u obliku cilindra s klipom). Primjer teksta: „Komora je metalni ili plastični prsten 1, čvrsto zatvoren s gornje i donje strane staklenim pločama 2. Ploče su pričvršćene na tijelo kroz dva (gornja i donja) metalna prstena 3 s četiri vijka 4 s maticama. Na bočnoj površini komore nalazi se odvojak za pričvršćivanje gumene žarulje 5. Unutar komore je postavljen radioaktivni pripravak. Gornja staklena ploča ima prozirni vodljivi sloj na unutarnjoj površini. Unutar komore nalazi se metalna prstenasta dijafragma s brojnim utorima. Pritišće ga valovita dijafragma 6, koja je bočna stijenka radnog prostora komore i služi za uklanjanje vrtložnih kretanja zraka.

Učenik daje sigurnosni brifing, a zatim eksperiment koji otkriva princip rada komore oblaka i jasno pokazuje da čvrste čestice ili ioni mogu biti kondenzacijski centri. Staklena tikvica se ispere vodom i učvrsti naopako u nožicu stativa. Ugradite pozadinsko osvjetljenje. Otvor tikvice zatvori se gumenim čepom, u koji se umetne gumena kruška. Najprije se žarulja polagano stisne, a zatim brzo otpusti - u tikvici se ne uočavaju promjene. Tikvica se otvori, goruća šibica se prinese do grla, ponovno zatvori i pokus se ponovi. Sada, kada se zrak širi, tikvica je ispunjena gustom maglom.

Govorim princip rada komore oblaka, koristeći rezultate eksperimenta. Uvodim pojam traga čestica. Zaključujemo da čestice i ioni mogu biti kondenzacijski centri. Primjer teksta: „Kada se kruška brzo oslobodi (proces je adijabatski, jer izmjena topline s okoliš) smjesa se širi i hladi, pa zrak u komori (tikvici) postaje prezasićen vodenom parom. Ali pare se ne kondenziraju, jer nema kondenzacijskih centara: nema čestica prašine, nema iona. Nakon što se čestice čađe iz plamena šibice i ioni unesu u tikvicu, kada se zagrije, na njima se kondenzira prezasićena vodena para. Isto se događa ako nabijena čestica proleti kroz komoru: ionizira molekule zraka na svom putu, pare se kondenziraju na lancu iona, a putanju čestice unutar komore obilježava nit kapljica magle, t.j. postaje vidljivo. Koristeći komoru za oblak, ne samo da se može vidjeti kretanje čestica, već i razumjeti prirodu njihove interakcije s drugim česticama.”

Drugi učenik pokazuje pokus s kivetom.

Na aparat s uređajem za horizontalno projiciranje postavljena je kiveta sa staklenim dnom. Kapi vode se pipetom nanose na staklo kivete i gurne se kuglica. Lopta na svom putu otkida "fragmente" od kapljica i ostavlja "trag". Slično, u komori, čestica ionizira plin, ioni postaju kondenzacijski centri i također "prave trag". Isti pokus daje vizualni prikaz ponašanja čestica u magnetskom polju. Prilikom analize iskustva, prazna mjesta na drugom plakatu popunjavamo karakteristikama kretanja nabijenih čestica:

Što je staza duža, to je veća (energija) čestice i manja (gustoća medija).

Debljina staze je veća, što je veća (naboj) čestice, a manja (brzina).

Kada se nabijena čestica kreće u magnetskom polju, ispada da je staza zakrivljena, a polumjer zakrivljenosti staze je veći, što je veća (masa) i (brzina) čestice, a što je manja (naboj) i (modul indukcije) magnetskog polja.

Čestica se kreće od kraja staze s (većim) radijusom zakrivljenosti do kraja s (manjim) polumjerom zakrivljenosti. Polumjer zakrivljenosti se smanjuje kako se krećete, jer. zbog otpora medija (smanjuje se) brzina čestice.

Zatim govorim o nedostacima komore oblaka (glavni je kratak domet čestica) i potrebi izuma uređaja s gušćim medijem - pregrijanom tekućinom (mjehurić komora), fotografskom emulzijom. Princip rada im je isti i predlažem da ga dečki sami prouče kod kuće.

Radim s fotografijama staza na str. 242 udžbenika na sl. 196. Momci rade u parovima. Završite rad na preostalim crtežima kod kuće.

Sažimanje lekcije. Zaključujemo da se razmatranim metodama mogu izravno promatrati samo nabijene čestice. Neutralno - to je nemoguće, ne ioniziraju tvar i, stoga, ne daju tragove. dajem ocjene.

Domaća zadaća: § 76 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev. Physics-11. - M .: Education, 1991.), br. 1163 prema knjizi zadataka A.P. Rymkevicha; LR broj 6 "Proučavanje tragova nabijenih čestica s gotovih fotografija." Dovršite i naučite OK.

O AUTORU. Galina Gennadievna Emelina - učiteljica 1. kvalifikacijske kategorije, nastavno iskustvo od 16 godina. Aktivno nastupa na sastancima područnog metodičkog društva nastavnika fizike; više puta je davala dobre otvorene lekcije za fizičare regije i nastavnike svoje škole. Njeni učenici je vole i poštuju.

Danas ćemo govoriti o eksperimentalnim metodama za proučavanje čestica. U ovoj lekciji raspravljat ćemo o tome kako se alfa čestice od raspada radioaktivnog elementa radija mogu koristiti za proučavanje unutarnje strukture atoma. Također ćemo govoriti o eksperimentalnim metodama za proučavanje čestica koje čine atom.

Tema: Građa atoma i atomska jezgra. Korištenje energije atomskih jezgri

Lekcija 54

Yeryutkin Evgenij Sergejevič

Ova lekcija bit će posvećena raspravi o eksperimentalnim metodama za detekciju čestica. Ranije smo govorili o tome da se početkom 20. stoljeća pojavio alat s kojim možete proučavati strukturu atoma i strukturu jezgre. To su a-čestice, koje nastaju kao rezultat radioaktivnog raspada.

Za registraciju onih čestica i zračenja koji nastaju kao rezultat nuklearnih reakcija, potrebne su neke nove metode, različite od onih koje se koriste u makrokozmosu. Inače, Rutherfordovi eksperimenti već su koristili jednu takvu metodu. Zove se metoda scintilacije (bljeska). Godine 1903. otkriveno je da ako a-čestica udari u cink sulfid, tada se na mjestu gdje je udarila javlja mali bljesak. Taj je fenomen bio temelj scintilacijske metode.

Međutim, ova metoda nije bila savršena. Morao sam vrlo pažljivo promatrati ekran da vidim sve bljeskove, oči su mi se umorile: uostalom, morao sam koristiti mikroskop. Pojavila se potreba za novim metodama koje bi omogućile jasnije, brže i pouzdanije registriranje određenih zračenja.

Takvu bi metodu po prvi put predložio Geiger, zaposlenik Rutherfordova laboratorija. Stvorio je uređaj sposoban "brojati" nabijene čestice koje padaju u njega, tzv. Geigerov brojač. Nakon što je njemački znanstvenik Muller poboljšao upravo ovaj brojač, postao je poznat kao Geiger-Mullerov brojač.

Kako je to uređeno? Ovaj brojač je plinski, tj. Radi po ovom principu: unutar samog tog brojača, u njegovom glavnom dijelu, tijekom prolaska čestice nastaje plinsko pražnjenje. Dopustite mi da vas podsjetim da je pražnjenje strujanje električne struje u plinu.

Riža. 1. Shematski dijagram Geiger-Mullerovog brojača

Staklena posuda koja sadrži anodu i katodu. Katoda je predstavljena u obliku cilindra, a anoda je rastegnuta unutar ovog cilindra. Između katode i anode zbog izvora struje stvara se dovoljno visok napon. Između elektroda, unutar vakuumske posude, obično se nalazi inertni plin. To se radi namjerno kako bi se u budućnosti stvorilo isto električno pražnjenje. Osim toga, u krugu postoji veliki (R ~ 10 9 Ohm) otpor. Potrebno je ugasiti struju koja teče u ovom krugu. A rad brojača je sljedeći. Kao što znamo, čestice koje nastaju kao rezultat nuklearnih reakcija imaju prilično veliku prodornu moć. Stoga im staklena posuda, unutar koje se nalaze ti elementi, ne predstavlja nikakvu prepreku. Kao rezultat toga, čestica prodire u ovaj brojač plinskog pražnjenja i ionizira plin u njemu. Kao rezultat takve ionizacije nastaju energetski ioni, koji se zauzvrat sudaraju i stvaraju, sudarajući se jedan s drugim, lavinu nabijenih čestica. Ova lavina nabijenih čestica sastojat će se od negativnih, pozitivno nabijenih iona, kao i elektrona. A kad ova lavina prođe, možemo popraviti struja. To će nam dati priliku da shvatimo da je čestica prošla kroz brojač plinskog pražnjenja.

Zgodno je jer u jednoj sekundi takav brojač može registrirati otprilike 10 000 čestica. Nakon određenog poboljšanja, ovaj brojač je također počeo registrirati g-zrake.

Sigurno, Geigerov brojač- zgodna stvar koja omogućuje utvrđivanje postojanja radioaktivnosti općenito. Međutim, Geiger-Mullerov brojač ne dopušta određivanje parametara čestice, provođenje bilo kakvog istraživanja s tim česticama. To zahtijeva vrlo različite načine, vrlo različite metode. Ubrzo nakon stvaranja Geigerovog brojača, pojavile su se takve metode, takvi uređaji. Jedna od najpoznatijih i najraširenijih je komora oblaka.

Riža. 2. Oblačna komora

Obratite pažnju na uređaj kamere. Cilindar koji sadrži klip koji se može kretati gore-dolje. Unutar ovog klipa je tamna tkanina navlažena alkoholom i vodom. Gornji dio cilindra prekriven je prozirnim materijalom, obično prilično debelim staklom. Iznad nje je kamera za snimanje onoga što će se dogoditi unutar komore oblaka. Kako bi se sve ovo dobro vidjelo, s lijeve strane je napravljeno pozadinsko osvjetljenje. Kroz prozor, s desne strane, usmjerava se mlaz čestica. Ove čestice, ulazeći u medij, koji se sastoji od vode i alkohola, stupit će u interakciju s česticama vode i česticama alkohola. Tu leži najzanimljivije. Prostor između stakla i klipa ispunjen je vodom i alkoholnim parama koje nastaju kao posljedica isparavanja. Kada se klip naglo spusti, tlak pada i pare koje se ovdje nalaze dolaze u vrlo nestabilno stanje, t.j. spreman za prelazak u tekućinu. Ali budući da su u ovaj prostor smješteni čisti alkohol i voda, bez nečistoća, onda neko vrijeme (može biti prilično veliko) takvo neravnotežno stanje opstaje. U trenutku kada nabijene čestice uđu u područje takve prezasićenosti, one postaju središta na kojima počinje kondenzacija pare. Štoviše, ako pogode negativne čestice, oni međusobno djeluju s nekim ionima, a ako su pozitivni, onda s ionima druge tvari. Tamo gdje je ova čestica proletjela, ostaje tzv. trag, drugim riječima, trag. Ako se komora oblaka sada stavi u magnetsko polje, tada čestice koje imaju naboj počinju odstupati u magnetskom polju. A onda je sve vrlo jednostavno: ako je čestica pozitivno nabijena, onda odstupa u jednom smjeru. Ako je negativan - drugome. Dakle, možemo odrediti predznak naboja, a po polumjeru samog zaokruživanja po kojem se čestica kreće možemo odrediti ili procijeniti masu te čestice. Sada možemo reći da možemo dobiti potpune informacije o česticama koje čine ovo ili ono zračenje.

Riža. 3. Tragovi čestica u komori oblaka

Oblačna komora ima jedan nedostatak. Sami tragovi koji nastaju kao posljedica prolaska čestica su kratkog vijeka. Svaki put morate ponovno pripremiti kameru da dobijete novu sliku. Stoga se iznad kamere nalazi kamera koja bilježi upravo te tragove.

Naravno, ovo nije posljednji uređaj koji se koristi za registraciju čestica. Godine 1952. izumljen je uređaj koji se zvao komora s mjehurićima. Njegov princip rada je približno isti kao i kod komore za oblake; samo se rad izvodi s pregrijanom tekućinom, t.j. u stanju u kojem će tekućina proključati. U ovom trenutku kroz takvu tekućinu lete čestice koje stvaraju centre za stvaranje mjehurića. Tragovi formirani u takvoj kameri pohranjuju se mnogo dulje, a to kameru čini praktičnijom.

Riža. 4. Izgled mjehurasta komora

U Rusiji je stvorena još jedna metoda za praćenje raznih radioaktivnih čestica, raspada i reakcija. Ovo je metoda debeloslojnih fotografskih emulzija. Čestice padaju u emulzije pripremljene na određeni način. U interakciji s česticama emulzije ne stvaraju samo tragove, već tragove koji sami po sebi predstavljaju fotografiju koju dobivamo kada fotografiramo tragove u komori oblaka ili u komori s mjehurićima. Mnogo je zgodnije. Ali ovdje postoji jedan važan nedostatak. Da bi fotoemulzijska metoda radila dosta dugo, mora postojati konstantan prodor, prodor novih čestica ili formirano zračenje, t.j. registriranje kratkotrajnih impulsa na ovaj način je problematično.

Možete razgovarati o drugim metodama: na primjer, postoji takva metoda kao što je komora za iskre. Tamo, kao rezultat protoka radioaktivne reakcije Iskre nastaju duž traga kretanja čestica. Također su jasno vidljivi i jednostavni za registraciju.

Do danas se najčešće koriste poluvodički senzori, koji su i kompaktni i praktični, te daju prilično dobar rezultat.

O tome koja su otkrića napravljena gore opisanim metodama govorit ćemo u sljedećoj lekciji.

Popis dodatne literature

1. Borovoy A.A. Kako se čestice registriraju (na tragu neutrina). "Biblioteka "Kvant"". Problem. 15. M.: Nauka, 1981
2. Bronstein M.P. Atomi i elektroni. "Biblioteka "Kvant"". Problem. 1. M.: Nauka, 1980
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika: Udžbenik za 9. razred Srednja škola. M.: "Prosvjetljenje"
4. Kitaygorodsky A.I. Fizika za svakoga. Fotoni i jezgre. Knjiga 4. M.: Znanost
5. Myakishev G.Ya., Sinyakova A.Z. Fizika. Optika Kvantna fizika. 11. razred: udžbenik za dubinski studij fizike. M.: Drflja

Izvješće:

Metode registracije elementarnih čestica

1) Geigerov brojač s plinskim pražnjenjem

Geigerov brojač je jedan od najvažnijih uređaja za automatsko brojanje čestica.

Brojač se sastoji od staklene cijevi prekrivene s unutarnje strane metalnim slojem (katoda) i tanke metalne niti koja ide duž osi cijevi (anode).

Cijev je napunjena plinom, obično argonom. Rad brojača temelji se na udarnoj ionizaciji. Nabijena čestica (elektron, £-čestica, itd.), leteći kroz plin, odvaja elektrone od atoma i stvara pozitivne ione i slobodne elektrone. Električno polje između anode i katode (na njih se primjenjuje visoki napon) ubrzava elektrone do energije pri kojoj počinje udarna ionizacija. Pojavljuje se lavina iona, a struja kroz brojač naglo raste. U tom slučaju na otporniku opterećenja R formira se naponski impuls koji se dovodi u uređaj za snimanje. Da bi brojač registrirao sljedeću česticu koja ga udari, lavina se mora ugasiti. To se događa automatski. Budući da je u trenutku kada se pojavi strujni impuls, pad napona na otporniku za rasterećenje R velik, napon između anode i katode naglo opada - toliko da pražnjenje prestaje.

Geigerov brojač se uglavnom koristi za registraciju elektrona i Y-kvanta (visokoenergetski fotoni), no Y-kvant se ne registrira izravno zbog njihove niske ionizacijske sposobnosti. Da bi ih otkrili, unutarnja stijenka cijevi je prekrivena materijalom iz kojeg Y-kvantima izbijaju elektrone.

Brojač registrira gotovo sve elektrone koji ulaze u njega; što se tiče Y-kvanta, on registrira otprilike samo jedan Y-kvant od stotinu. Registriranje teških čestica (na primjer, L-čestica) je teško, jer je teško napraviti dovoljno tanak "prozor" prozirnim za te čestice u brojaču.

2) komora za oblake

Djelovanje komore oblaka temelji se na kondenzaciji prezasićene pare na ione uz stvaranje kapljica vode. Ti ioni nastaju duž njegove putanje pomoću pokretne nabijene čestice.

Uređaj je cilindar s klipom 1 (slika 2), prekriven ravnim staklenim poklopcem 2. Cilindar sadrži zasićene pare vode ili alkohola. U komoru se unosi ispitivani radioaktivni pripravak 3 koji stvara ione u radnom volumenu komore. S naglim spuštanjem klipa prema dolje, t.j. Tijekom adijabatskog širenja para se hladi i postaje prezasićena. U tom stanju para se lako kondenzira. Centri kondenzacije su ioni koji nastaju česticama koje lete u tom trenutku. Tako se u fotoaparatu pojavljuje magloviti trag (trag) (slika 3), koji se može promatrati i fotografirati. Staza postoji u desetinkama sekunde. Vraćanjem klipa u prvobitni položaj i uklanjanjem iona električno polje, možemo ponovno izvesti adijabatsko širenje. Tako se eksperimenti s kamerom mogu izvoditi više puta.

Ako se kamera postavi između polova elektromagneta, tada su mogućnosti kamere za proučavanje svojstava čestica znatno proširene. U tom slučaju Lorentzova sila djeluje na česticu koja se kreće, što omogućuje određivanje vrijednosti naboja čestice i njenog zamaha iz zakrivljenosti putanje. Slika 4 prikazuje moguću varijantu dešifriranja fotografije staza elektrona i pozitrona. Indukcijski vektor B magnetskog polja usmjeren je okomito na ravninu crteža izvan crteža. Pozitron skreće ulijevo, elektron udesno.

3) mjehurasta komora

Razlikuje se od komore za oblake po tome što se prezasićene pare u radnom volumenu komore zamjenjuju pregrijanom tekućinom, t.j. tekućina koja je pod tlakom manjim od tlaka zasićene pare.

Leteći u takvoj tekućini, čestica uzrokuje pojavu mjehurića pare, čime se stvara trag (slika 5.).

U početnom stanju, klip komprimira tekućinu. S naglim smanjenjem tlaka, točka vrelišta tekućine je niža od temperature okoline.

Tekućina prelazi u nestabilno (pregrijano) stanje. To osigurava pojavu mjehurića na putu gibanja čestica. Kao radna smjesa koriste se vodik, ksenon, propan i neke druge tvari.

Prednost mjehuraste komore u odnosu na komoru za oblake je zbog veće gustoće radne tvari. Kao rezultat toga, putevi čestica su prilično kratki, a čestice čak i visokih energija zaglave se u komori. To omogućuje promatranje niza uzastopnih transformacija čestice i reakcija koje ona uzrokuje.

4) Metoda debeloslojnih fotografskih emulzija

Za registraciju čestica, zajedno s komorama oblaka i mjehurićima, emulzije debelog filma. Ionizirajuće djelovanje brzo nabijenih čestica na emulziju fotografske ploče. Fotografska emulzija sadrži veliki broj mikroskopskih kristala srebrnog bromida.

Brzo nabijena čestica, koja prodire u kristal, odvaja elektrone od pojedinačnih atoma broma. Lanac takvih kristala tvori latentnu sliku. Kada se ti kristali pojave, metalno srebro se reducira i lanac srebrnih zrnaca tvori trag čestica.

Duljina i debljina staze mogu se koristiti za procjenu energije i mase čestice. Zbog velike gustoće fotografske emulzije, tragovi su vrlo kratki, ali se prilikom fotografiranja mogu povećati. Prednost fotografske emulzije je što vrijeme ekspozicije može biti koliko god želite. To vam omogućuje da registrirate rijetke događaje. Također je važno da se zbog velike zaustavne moći fotografske emulzije povećava broj uočenih zanimljivih reakcija između čestica i jezgri.