Da li je moguće koristiti komoru za oblake? Metode za posmatranje i snimanje elementarnih čestica. Rad Geigerovog brojača se zasniva na

Prvo, upoznajmo se s uređajima zahvaljujući kojima je nastala i počela se razvijati fizika atomskog jezgra i elementarnih čestica. To su uređaji za snimanje i proučavanje sudara i međusobnih transformacija jezgara i elementarnih čestica. Oni pružaju potrebne informacije o događajima u mikrosvijetu. Princip rada uređaja za snimanje elementarnih čestica. Svaki uređaj koji detektuje elementarne čestice ili pokretna atomska jezgra je poput napunjenog pištolja sa napetim čekićem. Mala količina sile prilikom pritiska na okidač pištolja uzrokuje učinak koji nije uporediv s utrošenim naporom - metak. Uređaj za snimanje je manje-više složen makroskopski sistem koji može biti u nestabilnom stanju. Sa malim poremećajem uzrokovanim česticom koja prolazi, počinje proces prelaska sistema u novo, stabilnije stanje. Ovaj proces omogućava registraciju čestice. Trenutno se koristi mnogo različitih metoda detekcije čestica. U zavisnosti od svrhe eksperimenta i uslova u kojima se on izvodi, koriste se određeni uređaji za snimanje, koji se međusobno razlikuju po svojim glavnim karakteristikama. Gajgerov brojač gasnog pražnjenja. Geigerov brojač je jedan od najvažnijih uređaja za automatsko brojanje čestica. Brojač (sl. 253) sastoji se od staklene cijevi obložene s unutarnje strane metalnim slojem (katoda) i tanke metalne niti koja ide duž ose cijevi (anode). Cijev je napunjena plinom, obično argonom. Brojač radi na bazi udarne jonizacije. Nabijena čestica (elektron, alfa čestica, itd.), leteći kroz plin, uklanja elektrone iz atoma i stvara pozitivne ione i slobodne elektrone. Električno polje između anode i katode (napajano njima visokog napona ) ubrzava elektrone do energije pri kojoj počinje udarna jonizacija. Dolazi do lavine jona, a struja kroz brojač naglo raste. U ovom slučaju, naponski impuls se generiše na otporniku opterećenja R, koji se dovodi do uređaja za snimanje. Da bi brojač registrovao sljedeću česticu koja ga udari, lavinski pražnjenje mora biti ugašeno. Ovo se dešava automatski. Budući da je u trenutku kada se pojavi strujni impuls, pad napona na otporniku opterećenja R velik, napon između anode i katode naglo opada - toliko da se pražnjenje zaustavlja. Geigerov brojač se uglavnom koristi za snimanje elektrona i y-kvanta (fotona visoke energije). Međutim, y-kvant se ne bilježi direktno zbog njihove niske jonizujuće sposobnosti. Da bi ih otkrili, unutrašnji zid cijevi je obložen materijalom iz kojeg y-kvantima izbijaju elektrone. Brojač bilježi gotovo sve elektrone koji ulaze u njega; Što se tiče y-kvanta, on registruje otprilike samo jedan y-kvant od stotinu. Registracija teških čestica (na primjer, a-čestica) je teška, jer je teško napraviti dovoljno tanak prozor u brojaču koji je providan za te čestice. Trenutno su kreirani brojači koji rade na principima drugačijim od Geigerovog brojača. Wilsonova komora. Brojači vam omogućavaju samo da registrujete činjenicu da čestica prolazi kroz njih i zabilježite neke od njenih karakteristika. U komori oblaka, stvorenoj 1912. godine, brzo naelektrisana čestica ostavlja trag koji se može direktno posmatrati ili fotografisati. Ovaj uređaj se može nazvati prozorom u mikrosvijet, odnosno svijet elementarnih čestica i sistema koji se od njih sastoje. Djelovanje komore za oblake temelji se na kondenzaciji prezasićene pare na jone kako bi se formirale kapljice vode. Ovi ioni nastaju duž njegove putanje pomoću pokretne nabijene čestice. Oblačna komora je hermetički zatvorena posuda napunjena vodom ili alkoholnom parom blizu zasićenja (Sl. 254). Kada se klip naglo spusti, uzrokovano smanjenjem pritiska ispod njega, para u komori se adijabatski širi. Kao rezultat, dolazi do hlađenja i para postaje prezasićena. Ovo je nestabilno stanje pare: para se lako kondenzuje. Centri kondenzacije postaju joni, koji se formiraju u radnom prostoru komore od leteće čestice. Ako čestica uđe u komoru neposredno prije ili odmah nakon ekspanzije, na njenom putu pojavljuju se kapljice vode. Ove kapljice formiraju vidljivi trag leteće čestice - trag (sl. 255). Komora se tada vraća u prvobitno stanje i ioni se uklanjaju električnim poljem. Ovisno o veličini kamere, vrijeme za vraćanje u radni režim kreće se od nekoliko sekundi do desetina minuta. Informacije koje pružaju praćenje u komori oblaka mnogo su bogatije od onoga što brojači mogu pružiti. Iz dužine staze možete odrediti energiju čestice, a iz broja kapljica po jedinici dužine staze možete procijeniti njenu brzinu. Što je duži put čestice, veća je njena energija. I što se više kapljica vode formira po jedinici dužine staze, to je njena brzina manja. Čestice sa većim nabojem ostavljaju deblji trag. Sovjetski fizičari P. L. Kapitsa i D. V. Skobeltsyn predložili su postavljanje oblačne komore u jednolično magnetno polje. Magnetno polje djeluje na pokretnu nabijenu česticu određenom silom (Lorentzova sila). Ova sila savija putanju čestice bez promjene modula njene brzine. Što je veći naboj čestice i što je manja njena masa, veća je zakrivljenost staze. Iz zakrivljenosti staze može se odrediti odnos naboja čestice i njene mase. Ako je jedna od ovih veličina poznata, onda se može izračunati i druga. Na primjer, iz naboja čestice i zakrivljenosti njene staze izračunajte masu. Bubble chamber. Godine 1952. američki naučnik D. Glazer predložio je korištenje pregrijane tekućine za otkrivanje tragova čestica. U takvoj tečnosti na ionima nastalim tokom kretanja brzo nabijene čestice pojavljuju se mjehurići pare, dajući vidljiv trag. Kamere ovog tipa zvali su vezikularni. U početnom stanju, tečnost u komori je pod visokim pritiskom, što sprečava njeno ključanje, uprkos činjenici da je temperatura tečnosti viša od tačke ključanja pri atmosferskom pritisku. S naglim smanjenjem tlaka, tekućina se pregrije i kratko vrijeme će biti u nestabilnom stanju. Nabijene čestice koje lete upravo u ovo vrijeme uzrokuju pojavu tragova koji se sastoje od mjehurića pare (Sl. 256). Tečnosti koje se koriste su uglavnom tečni vodonik i propan. Radni ciklus mjehuraste komore je kratak - oko 0,1 s. Prednost mjehuraste komore u odnosu na Wilsonovu je zbog veće gustine radne tvari. Kao rezultat toga, putevi čestica su prilično kratki, a čestice čak i visokih energija se zaglavljuju u komori. Ovo omogućava posmatranje niza uzastopnih transformacija čestice i reakcija koje ona izaziva. Tragovi komore oblaka i mjehurića su jedan od glavnih izvora informacija o ponašanju i svojstvima čestica. Uočavanje tragova elementarnih čestica proizvodi snažan utisak i stvara osećaj direktnog kontakta sa mikrokosmosom. Metoda debeloslojnih fotografskih emulzija. Za detekciju čestica, uz komore oblaka i mjehuraste komore, koriste se debeloslojne fotografske emulzije. Jonizujući efekat brzo nabijenih čestica na emulziju fotografske ploče omogućio je francuskom fizičaru A. Becquerelu da otkrije radioaktivnost 1896. godine. Metodu fotoemulzije razvili su sovjetski fizičari L.V. Mysovsky, A.P. Ždanov i drugi. Brzo nabijena čestica, koja prodire u kristal, uklanja elektrone iz pojedinačnih atoma broma. Lanac takvih kristala formira latentnu sliku. Kada se razvije, metalno srebro se obnavlja u ovim kristalima i lanac zrna srebra formira trag čestica (Sl. 257). Dužina i debljina staze se mogu koristiti za procjenu energije i mase čestice. Zbog velike gustine fotografske emulzije, tragovi su vrlo kratki (reda 1 (G3 cm za a-čestice koje emituju radioaktivni elementi), ali se prilikom fotografisanja mogu povećati. Prednost fotografskih emulzija je što Vrijeme ekspozicije može biti proizvoljno dugo. Ovo omogućava registraciju rijetkih pojava. Nismo govorili o svim uređajima koji snimaju elementarne čestice. Moderni instrumenti za detekciju rijetkih i vrlo kratkotrajnih čestica vrlo su sofisticirani. U njihovoj izgradnji učestvuje stotine ljudi. E 1- Da li je moguće registrirati nenabijene čestice pomoću komore za oblak? 2. Koje prednosti ima mjehurić komora u odnosu na Wilson komoru!

Oblačna komora je detektor traga elementarnih nabijenih čestica, u kojem trag (trag) čestice formira lanac malih kapljica tekućine duž putanje njenog kretanja. Izumio ga je Charles Wilson 1912. (Nobelova nagrada 1927.). U komori oblaka (vidi sliku 7.2), tragovi naelektrisanih čestica postaju vidljivi usled kondenzacije prezasićene pare na jonima gasa koje formira naelektrisana čestica. Na jonima se formiraju kapi tečnosti, koji narastu do veličine dovoljne za posmatranje (10 -3 -10 -4 cm) i fotografisanje pri dobrom osvetljenju. Prostorna rezolucija komore oblaka je tipično 0,3 mm. Radni medij je najčešće mješavina vode i alkoholne pare pod pritiskom od 0,1-2 atmosfere (vodena para se kondenzira uglavnom na negativnim jonima, alkoholna para na pozitivnim). Supersaturacija se postiže brzim smanjenjem pritiska usled proširenja radne zapremine. Vrijeme osjetljivosti kamere, tijekom kojeg prezasićenje ostaje dovoljno za kondenzaciju na jonima, a sam volumen je prihvatljivo proziran (nije preopterećen kapljicama, uključujući i pozadinske), varira od stotinki sekunde do nekoliko sekundi. Nakon toga potrebno je očistiti radni volumen kamere i vratiti joj osjetljivost. Dakle, komora oblaka radi u cikličnom režimu. Puno vrijeme ciklus obično > 1 min.

Mogućnosti komore za oblak značajno se povećavaju kada se stavi u magnetsko polje. Na osnovu putanje nabijene čestice zakrivljene magnetskim poljem, određuju se predznak njenog naboja i impuls. Koristeći komoru za oblake 1932. godine, K. Anderson je otkrio pozitron u kosmičkim zracima.

Važno poboljšanje, nagrađeno Nobelovom nagradom 1948. (P. Blackett), bilo je stvaranje kontrolirane komore u oblaku. Posebni brojači biraju događaje koje treba snimiti komora oblaka i „pokreću“ kameru samo da bi posmatrali takve događaje. Efikasnost komore u oblaku koja radi u ovom režimu višestruko se povećava. „Upravljivost“ komore oblaka objašnjava se činjenicom da je moguće osigurati vrlo velika brzinaširenje gasovite sredine i kamera ima vremena da odgovori na signal okidača eksternih brojača.

11. razred

1 opcija

1. Rad Geigerovog brojača se zasniva na

A. Dijeljenje molekula pokretnom nabijenom česticom B. Udarna ionizacija.

B. Oslobađanje energije od strane čestice. D. Formiranje pare u pregrijanoj tekućini.

D. Kondenzacija prezasićenih para.

2. Uređaj za snimanje elementarnih čestica čije se djelovanje zasniva na

stvaranje mjehurića pare u pregrijanoj tekućini naziva se

A. Emulzija debelog filma. B. Geigerov brojač. B. Kamera.

G. Wilson komora. D. Mjehurasta komora.

3. Oblačna komora se koristi za proučavanje radioaktivnog zračenja. Njegovo djelovanje temelji se na činjenici da kada brzo nabijena čestica prođe kroz njega:
A. u gasu se pojavljuje trag kapljica tečnosti; B. u gasu se pojavljuje impuls električna struja;
V. na ploči se formira latentna slika traga ove čestice;

G. u tečnosti se pojavljuje bljesak svjetlosti.

4.Šta je staza formirana metodom debeloslojne fotografske emulzije?

A Lanac kapljica vode B. Lanac mjehurića pare

V. Lavina elektrona G. Lanac srebrnih zrna

5. Da li je moguće otkriti nenabijene čestice pomoću komore za oblak?

O. Moguće je ako imaju malu masu (elektron)

B. Moguće je ako imaju mali impuls

B. Moguće je ako imaju veliku masu (neutroni)

D. Moguće je ako imaju veliki impuls D. Nemoguće

6. Čime je ispunjena Wilsonova komora?

A. Vodena ili alkoholna para. B. Gas, obično argon. B. Hemijski reagensi

D. Tečni vodonik ili propan zagrijani skoro do ključanja

7. Radioaktivnost je...

A. Sposobnost jezgara da spontano emituju čestice, dok se pretvaraju u jezgra drugih

hemijski elementi

B. Sposobnost jezgara da emituju čestice, dok se pretvaraju u jezgra drugih hemikalija

elementi

B. Sposobnost jezgara da spontano emituju čestice

D. Sposobnost jezgara da emituju čestice

8. alfa - zračenje- Ovo

9. Gama zračenje- Ovo

A. Protok pozitivnih čestica B. Protok negativnih čestica C. Protok neutralnih čestica

10. Šta je beta zračenje?

11. Tokom α-raspada, jezgro...

A. Transformiše se u jezgro drugog hemijskog elementa, koji je dve ćelije bliže

početak periodnog sistema

B. Transformiše se u jezgro drugog hemijskog elementa, koji se nalazi jednu ćeliju dalje

od početka periodnog sistema

G. Ostaje jezgro istog elementa sa masenim brojem smanjenim za jedan.

12. Detektor radioaktivnog zračenja nalazi se u zatvorenom prostoru kartonska kutija sa debljinom zida većom od 1 mm. Koje zračenje može detektovati?

13. U šta se poslije pretvara uranijum-238α - i dvaβ - raskidi?

14. Koji element treba zamijeniti X?

204 79 Au X + 0 -1 e

11. razred

Test „Metode registracije elementarnih čestica. Radioaktivnost".

Opcija 2.

1. Uređaj za snimanje elementarnih čestica čije se djelovanje zasniva na

kondenzacija prezasićene pare naziva se

A. Foto kamera B. Wilsonova komora C. Emulzija debelog filma

D. Geigerov brojač D. Mjehurasta komora

2.Uređaj za snimanje nuklearnog zračenja, u kojem se prolaz brzo puni

čestica izaziva pojavu traga tečnih kapljica u gasu, tzv

A. Geigerov brojač B. Oblačna komora C. Emulzija debelog filma

D. Komora s mjehurićima D. Sito presvučeno cink sulfidom

3.Koji od sljedećih uređaja za snimanje nuklearnog zračenja

prolazak brzo nabijene čestice uzrokuje pojavu električnog impulsa

struja u gasu?

A. U Geigerovom brojaču B. U komori oblaka C. U fotografskoj emulziji

D. U scintilacionom brojaču.

4. Metoda fotoemulzije za snimanje nabijenih čestica se zasniva na

A. Udarna jonizacija. B. Dijeljenje molekula pokretnom nabijenom česticom.

B. Formiranje pare u pregrijanoj tekućini. D. Kondenzacija prezasićenih para.

D. Oslobađanje energije od strane čestice

5. Nabijena čestica uzrokuje da se u njoj pojavi trag mjehurića tečne pare

A. Geigerov brojač. B. Wilsonova komora B. Foto emulzija.

D. Scintilacioni brojač. D. Mjehurasta komora

6. Čime je ispunjena mjehurasta komora?

A. Vodena ili alkoholna para. B. Gas, obično argon. B. Hemijski reagensi.

D. Tečni vodonik ili propan zagrijani skoro do ključanja.

7. U nju se stavlja posuda s radioaktivnom tvari

magnetno polje koje uzrokuje snop

radioaktivno zračenje se raspada na tri

komponente (vidi sliku). Komponente (3)

odgovara

A. Gama zračenje B. Alfa zračenje

B. Beta zračenje

8. Beta zračenje- Ovo

A. Protok pozitivnih čestica B. Protok negativnih čestica C. Protok neutralnih čestica

9. Šta je alfa zračenje?

A. Tok jezgri helijuma B. Tok protona C. Tok elektrona

D. Elektromagnetski talasi visoke frekvencije

10. Šta je gama zračenje?

A. Tok jezgri helijuma B. Tok protona C. Tok elektrona

D. Elektromagnetski talasi visoke frekvencije

11. Tokom β-raspada, jezgro...

A. Transformiše se u jezgro drugog hemijskog elementa, koji se nalazi jednu ćeliju dalje

od početka periodnog sistema

B. Transformiše se u jezgro drugog hemijskog elementa, koji je dve ćelije bliže

početak periodnog sistema

B. Ostaje jezgro istog elementa sa istim masenim brojem

G. Ostaje jezgro istog elementa sa masenim brojem smanjenim za jedan

12 Koja od tri vrste zračenja ima najveću prodornu moć?

A. Gama zračenje B. Alfa zračenje C. Beta zračenje

13. Jezgro čiji je hemijski element proizvod jednog alfa raspada

i dva beta raspada jezgra datog elementa 214 90 Th?

14. Koji element treba stajati umjesto togaX?

SVI ČASOVI FIZIKE 11. razred
AKADEMSKI NIVO

2. semestar

ATOMSKA I NUKLEARNA FIZIKA

LEKCIJA 11/88

Predmet. Metode snimanja jonizujućeg zračenja

Svrha časa: upoznavanje učenika sa savremenim metodama detekcija i istraživanje naelektrisanih čestica.

Vrsta lekcije: lekcija o učenju novog gradiva.

PLAN LEKCIJE

Kontrola znanja		1. Poluživot. 2. Zakon radioaktivnog raspada. 3. Odnos između konstante poluraspada i intenziteta radioaktivnog zračenja.
Demonstracije		2. Uočavanje tragova čestica u komori oblaka. 3. Fotografije tragova nabijenih čestica u komori s mjehurićima.
Učenje novog gradiva		1. Struktura i princip rada Geiger-Muller brojača. 2. Jonizaciona komora. 3. Oblačna komora. 4. Komora s mjehurićima. 5. Metoda debeloslojne fotoemulzije.
Učvršćivanje naučenog materijala		1. Kvalitativna pitanja. 2. Učenje rješavanja problema.

UČENJE NOVOG MATERIJALA

Sve moderne registracije nuklearnih čestica i zračenja mogu se podijeliti u dvije grupe:

a) računske metode zasnovane na upotrebi instrumenata broje broj čestica jedne ili druge vrste;

b) metode praćenja koje vam omogućavaju da ponovo kreirate čestice. Geiger-Muller brojač je jedan od najvažnijih uređaja za automatsko brojanje čestica. Brojač radi na bazi udarne jonizacije. Nabijena čestica leti kroz plin, skidajući elektrone s atoma i stvarajući pozitivne ione i slobodne elektrone. Električno polje između anode i katode ubrzava elektrone do energije pri kojoj počinje jonizacija. Geiger-Muller brojač se koristi uglavnom za snimanje elektrona i γ-zraka.

Ova kamera vam omogućava mjerenje doze jonizujućeg zračenja. Obično je to cilindrični kondenzator s plinom između njegovih ploča. Između ploča se primjenjuje visoki napon. U nedostatku jonizujućeg zračenja, struje praktički nema, a u slučaju zračenja plina u njemu se pojavljuju slobodne nabijene čestice (elektroni i ioni) i teče slaba struja. Ova slaba struja se pojačava i mjeri. Jačina struje karakteriše jonizujući efekat zračenja (γ-kvanta).

Wilsonova komora stvorena 1912. godine pruža mnogo veće mogućnosti za proučavanje mikrosvijeta. U ovoj kameri, brzo nabijena čestica ostavlja trag koji se može direktno posmatrati ili fotografisati.

Djelovanje komore za oblake temelji se na kondenzaciji prezasićene pare na jone kako bi se formirale kapljice vode. Ovi ioni nastaju duž njegove putanje pomoću pokretne nabijene čestice. Kapljice formiraju vidljivi trag čestice koja je proletjela – trag.

Informacije koje pružaju praćenje u komori oblaka mnogo su potpunije od onoga što brojači mogu pružiti. Energija čestice se može odrediti dužinom staze, a njena brzina se može procijeniti brojem kapljica po jedinici dužine staze.

Ruski fizičari P. L. Kapitsa i D. V. Skobelcin predložili su postavljanje oblačne komore u jednolično magnetno polje. Magnetno polje djeluje na nabijenu pokretnu česticu određenom silom. Ova sila savija putanju čestice bez promjene modula njene brzine. Iza zakrivljenosti staze može se odrediti odnos naboja čestice i njene mase.

Obično se tragovi čestica u komori oblaka ne samo posmatraju, već se i fotografišu.

1952. godine američki naučnik D. Glaser predložio je korištenje pregrijane tekućine za otkrivanje tragova čestica. U ovoj tečnosti na ionima nastalim tokom kretanja brzo naelektrisane čestice pojavljuju se mjehurići pare koji daju vidljiv trag. Komore ovog tipa nazivale su se mjehuraste komore.

Prednost mjehuraste komore u odnosu na Wilsonovu je zbog veće gustine radne tvari. Kao rezultat toga, putevi čestica su prilično kratki, a čestice čak i visokih energija se "zaglave" u komori. To omogućava promatranje niza uzastopnih transformacija čestice i reakcija uzrokovanih time.

Tragovi komore oblaka i mjehurića su jedan od glavnih izvora informacija o ponašanju i svojstvima čestica.

Najjeftinija metoda za detekciju čestica i zračenja je foto-emulzija. Zasnovan je na činjenici da nabijena čestica, krećući se u fotografskoj emulziji, uništava molekule bromida srebra u zrnima kroz koja je prošla. Tokom razvoja, metalno srebro se obnavlja u kristalima i lanac zrna srebra formira trag čestica. Dužina i debljina staze se mogu koristiti za procjenu energije i mase čestice.

PITANJA UČENICIMA TOKOM PREZENTACIJE NOVOG MATERIJALA

Prvi nivo

1. Da li je moguće otkriti nenabijene čestice pomoću komore za oblak?

2. Koje prednosti ima mjehurasta komora u odnosu na komoru za oblake?

Drugi nivo

1. Zašto se alfa čestice ne detektuju pomoću Geiger-Muller brojača?

2. Koje karakteristike čestica se mogu odrediti pomoću komore za oblak postavljene u magnetsko polje?

KONSTRUKCIJA NAUČENOG MATERIJALA

1. Kako možete koristiti komoru za oblak da odredite prirodu čestice koja je proletjela kroz komoru, njenu energiju i brzinu?

2. U koju svrhu je Wilsonova komora ponekad blokirana slojem olova?

3. Gdje je srednja slobodna putanja čestice veća: na površini Zemlje ili u gornjim slojevima atmosfere?

1. Slika prikazuje trag čestice koja se kreće u jednoličnom magnetskom polju sa magnetskom indukcijom od 100 mT, okomito na ravan slike. Udaljenost između linija mreže na slici je 1 cm. Kolika je brzina čestice?

2. Fotografija prikazana na slici snimljena je u komori za oblake ispunjenoj vodenom parom. Koja bi čestica mogla proletjeti kroz komoru oblaka? Strelica pokazuje smjer početne brzine čestice.

2. Sub.: Br. 17.49; 17,77; 17,78; 17.79; 17.80.

3. D: pripremite se za samostalan rad № 14.

ZADACI IZ SAMOSTALNOG RADA br. 14 “ATOMSKO NUKLUS. NUKLEARNE SILE. RADIOAKTIVNOST"

Došlo je do raspada radijuma 226 88 Ra

A Broj protona u jezgru se smanjio za 1.

Nastalo bi jezgro sa atomskim brojem 90.

B Nastalo je jezgro masenog broja 224.

D Nastaje jezgro atoma drugog hemijskog elementa.

Oblačna komora se koristi za detekciju nabijenih čestica.

A Cloud Chamber vam omogućava da odredite samo broj čestica koje lete.

Neutroni se mogu detektovati pomoću komore za oblake.

Nabijena čestica koja leti kroz komoru oblaka uzrokuje ključanje pregrijane tekućine.

D Postavljanjem oblačne komore u magnetsko polje, možete odrediti predznak naboja čestica koje lete.

Zadatak 3 ima za cilj uspostavljanje korespondencije (logički par). Za svaki red označen slovom, odaberite izjavu označenu brojem.

I Proton.

Bi Neutron.

U izotopima.

G Alfa čestica.

1 Neutralna čestica formirana od jednog protona i jednog neutrona.

2 Pozitivno nabijena čestica formirana od dva protona i dva neutrona. Identično jezgru atoma helijuma

3 Čestica koja nema električni naboj i ima masu 1,67 · 10-27 kg.

4 Čestica pozitivnog naboja, po veličini jednaka naelektrisanju elektrona i mase 1,67 10-27 kg.

5 jezgri sa istim električni naboj, ali različite mase.

Koji izotop nastaje od uranijuma 23992 U nakon dva β-raspada i jednog raspada? Zapišite jednačinu reakcije.

Metode registracije i detektori čestica

§ Kalorimetrijski (na osnovu oslobođene energije)

§ Foto emulzija

§ Komore sa mehurićima i varnicama

§ Scintilacioni detektori

§ Poluprovodnički detektori

Danas se čini gotovo nevjerovatnim koliko je otkrića u fizici atomskog jezgra napravljeno korištenjem prirodnih izvora radioaktivnog zračenja s energijama od samo nekoliko MeV i jednostavnih uređaja za detekciju. Otkriveno je atomsko jezgro, određene njegove dimenzije, prvi put uočena nuklearna reakcija, otkriven je fenomen radioaktivnosti, otkriveni neutron i proton, predviđeno je postojanje neutrina itd. Glavni detektor čestica dugo vremena postojala je ploča na koju je nanesen sloj cink sulfida. Čestice su registrovane okom pomoću bljeskova svjetlosti koje su proizveli u cink sulfidu. Čerenkovljevo zračenje je prvi put uočeno vizuelno. Prva mjehurasta komora u kojoj je Glaser uočio tragove čestica bila je veličine naprstka. Izvor visokoenergetskih čestica u to vrijeme bile su kosmičke zrake - čestice nastale u svemiru. Nove elementarne čestice su prvi put uočene u kosmičkim zracima. 1932. - otkriven je pozitron (K. Anderson), 1937. - otkriven je mion (K. Anderson, S. Nedermeyer), 1947. - otkriven je mezon (Powell), 1947. - otkrivene su čudne čestice (J. Rochester, K. .

S vremenom su eksperimentalne postavke postajale sve složenije. Razvijena je tehnologija ubrzanja i detekcije čestica i nuklearna elektronika. Napredak u nuklearnoj fizici i fizici čestica sve je više određen napretkom u ovim oblastima. Nobelove nagrade za fiziku često se dodjeljuju za rad na polju fizičke eksperimentalne tehnike.

Detektori služe kako za registraciju same činjenice prisustva čestice tako i za određivanje njene energije i impulsa, putanje čestice i drugih karakteristika. Za registraciju čestica često se koriste detektori koji su maksimalno osjetljivi na detekciju određene čestice i ne osjećaju veliku pozadinu koju stvaraju druge čestice.

Obično je u eksperimentima u nuklearnoj fizici i fizici čestica potrebno izolovati “neophodne” događaje iz gigantske pozadine “nepotrebnih” događaja, možda jedan u milijardu. Da bi to učinili, koriste različite kombinacije brojača i metoda registracije, koriste sheme koincidencija ili antipodudarnosti između događaja koje bilježe različiti detektori, odabiru događaje na osnovu amplitude i oblika signala, itd. Odabir čestica na osnovu njihovog vremena leta na određenoj udaljenosti između detektora, često se koriste magnetna analiza i druge metode koje omogućavaju pouzdanu identifikaciju različitih čestica.

Detekcija nabijenih čestica temelji se na fenomenu ionizacije ili ekscitacije atoma koju one izazivaju u materijalu detektora. Ovo je osnova za rad takvih detektora kao što su komora za oblake, komora sa mjehurićima, komora za varnice, fotografske emulzije, plinski scintilacijski i poluvodički detektori. Nenabijene čestice (kvanta, neutrona, neutrina) detektiraju sekundarne nabijene čestice koje su rezultat njihove interakcije sa detektorskom supstancom.

Detektor ne detektuje neutrine direktno. Oni sa sobom nose određenu energiju i impuls. Nedostatak energije i impulsa može se otkriti primjenom zakona održanja energije i impulsa na druge čestice otkrivene u reakciji.

Brzo raspadajuće čestice bilježe se njihovim produktima razgradnje. Detektori koji omogućavaju direktno posmatranje putanja čestica našli su široku primenu. Tako su uz pomoć Wilsonove komore postavljene u magnetsko polje otkriveni pozitron, mion i -mezoni, uz pomoć mjehuraste komore - mnoge čudne čestice, uz pomoć varnične komore zabilježeni su neutrinski događaji itd. .

1. Geigerov brojač. Geigerov brojač je, u pravilu, cilindrična katoda, duž čije ose se proteže žica - anoda. Sistem je napunjen gasnom mešavinom.

Prilikom prolaska kroz brojač, nabijena čestica ionizira plin. Nastali elektroni, krećući se prema pozitivnoj elektrodi - filamentu, ulazeći u područje jakog električnog polja, ubrzavaju se i zauzvrat ioniziraju molekule plina, što dovodi do koronskog pražnjenja. Amplituda signala doseže nekoliko volti i lako se bilježi. Geigerov brojač bilježi činjenicu da čestica prolazi kroz brojač, ali ne mjeri energiju čestice.

2. Proporcionalni brojač. Proporcionalni brojač ima isti dizajn kao i Geigerov brojač. Međutim, zbog izbora napona napajanja i sastava gasne mešavine u proporcionalnom brojaču, kada se gas jonizuje letećom naelektrisanom česticom, ne dolazi do koronskog pražnjenja. Pod uticajem električnog polja stvorenog u blizini pozitivne elektrode, primarne čestice proizvode sekundarnu ionizaciju i stvaraju električne lavine, što dovodi do povećanja primarne ionizacije stvorene čestice koja leti kroz brojač za 10 3 - 10 6 puta. Proporcionalni brojač vam omogućava da bilježite energiju čestica.

3. Jonizaciona komora. Kao i kod Geigerovog brojača i proporcionalnog brojača, u jonizacionoj komori se koristi mešavina gasa. Međutim, u poređenju sa proporcionalnim brojačem, napon napajanja u jonizacionoj komori je niži i ionizacija se u njoj ne povećava. Ovisno o zahtjevima eksperimenta, za mjerenje energije čestica koristi se ili samo elektronska komponenta strujnog impulsa, ili elektronska i jonska komponenta.

4. Poluprovodnički detektor. Dizajn poluvodičkog detektora, koji je obično napravljen od silicijuma ili germanijuma, sličan je dizajnu jonizacione komore. Ulogu gasa u poluprovodničkom detektoru igra osetljivo područje stvoreno na određeni način, u kojem normalno stanje ne postoje besplatni operateri. Jednom kada nabijena čestica uđe u ovo područje, uzrokuje ionizaciju, elektroni se pojavljuju u pojasu provodljivosti, a rupe se pojavljuju u valentnom pojasu. Pod utjecajem napona primijenjenog na površinu elektroda osjetljive zone dolazi do pomicanja elektrona i rupa i formira se strujni impuls. Naboj strujnog impulsa nosi informaciju o broju elektrona i rupa i, shodno tome, o energiji koju je nabijena čestica izgubila u osjetljivom području. A, ako je čestica potpuno izgubila energiju u osjetljivom području, integracijom strujnog impulsa dobija se informacija o energiji čestice. Poluvodički detektori imaju visoku energetsku rezoluciju.

Broj jonskih parova niona u poluvodičkom brojaču određen je formulom N ion = E/W,

gdje je E kinetička energija čestice, W je energija potrebna za formiranje jednog para jona. Za germanij i silicijum, W ~ 3-4 eV i jednaka je energiji potrebnoj za prijelaz elektrona iz valentnog pojasa u pojas provodljivosti. Mala vrijednost W određuje visoku rezoluciju poluvodičkih detektora, u poređenju sa drugim detektorima u kojima se energija primarne čestice troši na jonizaciju (Eion >> W).

5. Oblačna komora. Princip rada komore za oblake zasniva se na kondenzaciji prezasićene pare i formiranju vidljivih kapi tečnosti na jonima duž traga naelektrisane čestice koja leti kroz komoru. Za stvaranje prezasićene pare dolazi do brzog adijabatskog širenja plina pomoću mehaničkog klipa. Nakon fotografisanja staze, gas u komori se ponovo komprimira, a kapljice na jonima isparavaju. Električno polje u komori služi za "čišćenje" komore od jona nastalih tokom prethodne jonizacije gasa

6. Komora s mjehurićima. Princip rada zasniva se na ključanju pregrijane tekućine duž staze nabijene čestice. Komora s mjehurićima je posuda ispunjena prozirnom pregrijanom tekućinom. Uz brzo smanjenje tlaka, duž staze ionizirajuće čestice formira se lanac mjehurića pare, koji se osvjetljavaju vanjskim izvorom i fotografiraju. Nakon fotografisanja traga, pritisak u komori se povećava, mjehurići plina kolabiraju i kamera je ponovo spremna za upotrebu. Kao radni fluid u komori koristi se tečni vodonik, koji istovremeno služi i kao vodikova meta za proučavanje interakcije čestica sa protonima.

Oblačna komora i komora s mjehurićima imaju veliku prednost što se sve nabijene čestice nastale u svakoj reakciji mogu direktno promatrati. Da bi se odredila vrsta čestice i njen impuls, komore oblaka i komore s mjehurićima postavljaju se u magnetsko polje. Komora s mjehurićima ima veću gustinu detektorskog materijala u odnosu na komoru za oblak i stoga su putevi nabijenih čestica u potpunosti sadržani u zapremini detektora. Dešifrovanje fotografija iz mjehurastih komora predstavlja poseban, radno intenzivan problem.

7. Nuklearne emulzije. Slično, kao što se događa u običnoj fotografiji, nabijena čestica duž svoje putanje narušava strukturu kristalne rešetke zrna srebrnog halogenida, čineći ih sposobnima za razvoj. Nuklearna emulzija je jedinstveno sredstvo za snimanje rijetkih događaja. Gomile nuklearnih emulzija omogućavaju detekciju čestica vrlo visokih energija. Uz njihovu pomoć moguće je odrediti koordinate staze nabijene čestice s točnošću od ~1 mikrona. Nuklearne emulzije se široko koriste za detekciju kosmičkih čestica na sondažnim balonima i svemirskim letjelicama.

8. Komora za varnice. Komora za varnice se sastoji od nekoliko ravnih iskrišta kombinovanih u jednom volumenu. Nakon što nabijena čestica prođe kroz varničku komoru, na njene elektrode se primjenjuje kratki impuls visokog napona. Kao rezultat, duž staze se formira vidljivi kanal iskri. Varnična komora postavljena u magnetsko polje omogućava ne samo detekciju smjera kretanja čestice, već i određivanje vrste čestice i njenog impulsa prema zakrivljenosti putanje. Dimenzije elektroda komore za varnice mogu doseći nekoliko metara.

9. Streamer komora. Ovo je analog varnične komore, sa velikim međuelektrodnim rastojanjem od ~0,5 m. Trajanje visokonaponskog pražnjenja koji se dovodi do iskrišta je ~10 -8 s. Dakle, ne nastaje iskri, već odvojeni kratki svijetleći svjetlosni kanali - strimeri. Nekoliko nabijenih čestica može se detektirati istovremeno u komori streamera.

10. Proporcionalna komora. Proporcionalna komora obično ima ravan ili cilindrični oblik i u nekom je smislu analogna višeelektrodnom proporcionalnom brojaču. Visokonaponske žičane elektrode su međusobno udaljene nekoliko mm. Nabijene čestice, prolazeći kroz sistem elektroda, stvaraju strujni impuls na žicama u trajanju od ~10 -7 s. Snimanjem ovih impulsa sa pojedinačnih žica, moguće je rekonstruisati putanju čestice sa tačnošću od nekoliko mikrona. Vrijeme rezolucije proporcionalne kamere je nekoliko mikrosekundi. Energetska rezolucija proporcionalne komore je ~5-10%.

11. Drift komora. Ovo je analog proporcionalne komore, koja vam omogućava da vratite putanju čestica s još većom preciznošću.

Spark, streamer, proporcionalne i drift komore imaju mnoge prednosti komora s mjehurićima, omogućavajući im da se aktiviraju iz događaja od interesa, koristeći ih da se poklope sa scintilacijskim detektorima.

12. Scintilacioni detektor. Scintilacijski detektor koristi svojstvo određenih tvari da svijetle kada nabijena čestica prođe kroz njega. Kvanti svjetlosti proizvedeni u scintilatoru se zatim detektuju pomoću fotomultiplikatora. Koriste se i kristalni scintilatori, na primjer, NaI, BGO, te plastični i tekući. Kristalni scintilatori se uglavnom koriste za snimanje gama zraka i rendgenskih zraka, plastični i tekući scintilatori se koriste za snimanje neutrona i mjerenja vremena. Velike količine scintilatora omogućavaju stvaranje detektora vrlo visoke efikasnosti za detekciju čestica sa malim poprečnim presjekom za interakciju sa materijom.

13. Kalorimetri. Kalorimetri su naizmjenični slojevi tvari u kojima se usporavaju čestice visoke energije (obično slojevi željeza i olova) i detektori, koji koriste varničke i proporcionalne komore ili slojeve scintilatora. Jonizujuća čestica visoka energija(E > 1010 eV), prolazeći kroz kalorimetar, stvara veliki broj sekundarnih čestica, koje, u interakciji sa materijalom kalorimetra, zauzvrat stvaraju sekundarne čestice - formiraju pljusak čestica u pravcu kretanja primarne čestice. . Mjerenjem jonizacije u iskričnim ili proporcionalnim komorama ili svjetlosnog izlaza scintilatora, može se odrediti energija i vrsta čestice.

14. Čerenkov brojač. Rad Čerenkovljevog brojača zasniva se na snimanju Čerenkov-Vavilovljevog zračenja, koje nastaje kada se čestica kreće u mediju brzinom v koja prelazi brzinu prostiranja svjetlosti u mediju (v > c/n). Svjetlost Čerenkovljevog zračenja usmjerena je naprijed pod uglom u smjeru kretanja čestica.

Svjetlosno zračenje se snima pomoću fotomultiplikatora. Koristeći Čerenkov brojač, možete odrediti brzinu čestice i odabrati čestice po brzini.

Najveći detektor vode u kojem se čestice detektuju pomoću Čerenkovljevog zračenja je SuperKamiokande detektor (Japan). Detektor ima cilindrični oblik. Prečnik radne zapremine detektora je 39,3 m, visina 41,4 m Masa detektora je 50 ktona, radna zapremina za snimanje solarnih neutrina je 22 ktona. SuperKamiokande detektor ima 11.000 fotomultiplikatora koje skeniraju ~40% površine detektora.

igra aviator za novac bez registracije