클라우드 챔버를 사용하는 것이 가능합니까? 소립자를 관찰하고 기록하는 방법. 가이거 계수기의 작동 원리는 다음과 같습니다.

먼저 원자핵과 소립자의 물리학이 생겨나고 발전하기 시작한 장치에 대해 알아 보겠습니다. 핵과 소립자의 충돌과 상호 변형을 기록하고 연구하는 장치입니다. 그들은 마이크로 월드의 이벤트에 대해 필요한 정보를 제공합니다. 소립자를 기록하는 장치의 작동 원리. 기본 입자나 움직이는 원자핵을 감지하는 모든 장치는 망치가 장전된 장전된 총과 같습니다. 총의 방아쇠를 누를 때 약간의 힘을 가하면 소비된 노력과 비교할 수 없는 효과, 즉 사격이 발생합니다. 기록 장치는 불안정한 상태에 있을 수 있는 다소 복잡한 거시적 시스템입니다. 지나가는 입자로 인한 작은 교란으로 인해 시스템이 새롭고 보다 안정적인 상태로 전환되는 과정이 시작됩니다. 이 프로세스를 통해 입자를 등록할 수 있습니다. 현재 다양한 입자 탐지 방법이 사용됩니다. 실험 목적과 실험 수행 조건에 따라 주요 특성이 서로 다른 특정 기록 장치가 사용됩니다. 가스 방전 가이거 계수기. 가이거 계수기는 자동 입자 계수에 가장 중요한 장치 중 하나입니다. 카운터(그림 253)는 내부가 금속층(음극)으로 코팅된 유리관과 관의 축(양극)을 따라 이어지는 얇은 금속 실로 구성됩니다. 튜브는 일반적으로 아르곤 가스로 채워져 있습니다. 카운터는 충격 이온화를 기반으로 작동합니다. 가스 속을 날아다니는 하전 입자(전자, 알파 입자 등)는 원자에서 전자를 제거하고 양이온과 자유 전자를 생성합니다. 양극과 음극 사이의 전기장(공급됨) 높은 전압 ) 충격 이온화가 시작되는 에너지로 전자를 가속합니다. 이온의 눈사태가 발생하고 카운터를 통과하는 전류가 급격히 증가합니다. 이 경우, 기록 장치에 공급되는 부하 저항 R 양단에 전압 펄스가 생성됩니다. 카운터가 충돌하는 다음 입자를 등록하려면 눈사태 방전이 꺼져야 합니다. 이는 자동으로 발생합니다. 전류 펄스가 나타나는 순간 부하 저항 R의 전압 강하가 크고 양극과 음극 사이의 전압이 급격하게 감소하여 방전이 중지됩니다. 가이거 계수기는 주로 전자와 y양자(고에너지 광자)를 기록하는 데 사용됩니다. 그러나 y-양자는 낮은 이온화 능력으로 인해 직접 기록되지 않습니다. 이를 감지하기 위해 튜브의 내벽은 y-양자가 전자를 녹아웃시키는 물질로 코팅됩니다. 카운터는 입력되는 거의 모든 전자를 기록합니다. y-양자의 경우, 100개 중 대략 1개의 y-양자만 등록됩니다. 무거운 입자(예: a-입자)의 등록은 어렵습니다. 왜냐하면 이러한 입자에 대해 투명한 카운터에서 충분히 얇은 창을 만드는 것이 어렵기 때문입니다. 현재 가이거 계수기 이외의 원리로 작동하는 계수기가 만들어졌습니다. 윌슨 챔버. 카운터를 사용하면 입자가 통과한다는 사실을 등록하고 그 특성 중 일부를 기록할 수 있습니다. 1912년에 만들어진 구름 상자에서 빠르게 하전된 입자는 직접 관찰하거나 사진으로 찍을 수 있는 흔적을 남깁니다. 이 장치는 미시세계, 즉 소립자와 이들로 구성된 시스템의 세계를 들여다보는 창이라고 할 수 있습니다. 구름 상자의 작용은 물방울을 형성하기 위해 이온에 과포화 증기가 응축되는 것을 기반으로 합니다. 이러한 이온은 움직이는 하전 입자에 의해 궤적을 따라 생성됩니다. 안개상자는 포화 상태에 가까운 물이나 알코올 증기로 채워진 밀폐된 용기입니다(그림 254). 피스톤 아래의 압력 감소로 인해 피스톤이 급격히 낮아지면 챔버의 증기가 단열 팽창합니다. 결과적으로 냉각이 발생하고 증기는 과포화 상태가 됩니다. 이는 증기의 불안정한 상태입니다. 증기가 쉽게 응축됩니다. 응축의 중심은 이온이 되며, 이는 비행 입자에 의해 챔버의 작업 공간에서 형성됩니다. 팽창 직전이나 직후에 입자가 챔버에 들어가면 경로에 물방울이 나타납니다. 이 물방울은 비행 입자의 눈에 보이는 흔적, 즉 트랙을 형성합니다(그림 1). 255). 그런 다음 챔버는 원래 상태로 돌아가고 전기장에 의해 이온이 제거됩니다. 카메라 크기에 따라 작동 모드를 복원하는 데 걸리는 시간은 몇 초에서 수십 분까지 다양합니다. 안개상자의 추적이 제공하는 정보는 카운터가 제공할 수 있는 것보다 훨씬 더 풍부합니다. 트랙의 길이를 통해 입자의 에너지를 확인할 수 있고, 트랙의 단위 길이당 물방울 수를 통해 입자의 속도를 추정할 수 있습니다. 입자의 트랙이 길수록 에너지가 커집니다. 그리고 트랙의 단위 길이당 더 많은 물방울이 형성될수록 속도는 느려집니다. 전하가 높은 입자는 더 두꺼운 트랙을 남깁니다. 소련 물리학자 P. L. Kapitsa와 D. V. Skobeltsyn은 균일한 자기장에 구름 상자를 배치할 것을 제안했습니다. 자기장은 특정 힘(로렌츠 힘)으로 움직이는 하전 입자에 작용합니다. 이 힘은 속도 계수를 변경하지 않고 입자의 궤적을 구부립니다. 입자의 전하가 크고 질량이 낮을수록 트랙의 곡률이 커집니다. 트랙의 곡률을 통해 입자의 전하와 질량의 비율을 결정할 수 있습니다. 이들 수량 중 하나를 알고 있으면 다른 수량을 계산할 수 있습니다. 예를 들어, 입자의 전하와 입자 궤도의 곡률을 통해 질량을 계산합니다. 버블 챔버. 1952년 미국 과학자 D. Glazer는 입자 추적을 탐지하기 위해 과열된 액체를 사용할 것을 제안했습니다. 이러한 액체에서는 빠르게 하전된 입자가 이동하는 동안 형성된 이온에 증기 기포가 나타나 눈에 보이는 흔적을 제공합니다. 카메라 이런 유형의 소포체라고 불렸습니다. 초기 상태에서 챔버의 액체는 고압하에 있으므로 액체의 온도가 대기압의 끓는점보다 높다는 사실에도 불구하고 끓는 것을 방지합니다. 압력이 급격히 감소하면 액체가 과열되어 짧은 시간 동안 불안정한 상태가 됩니다. 정확하게 이때 날아오는 하전 입자는 증기 기포로 구성된 궤도를 형성합니다(그림 256). 사용되는 액체는 주로 액체수소와 프로판이다. 버블 챔버의 작동 주기는 약 0.1초로 짧습니다. 윌슨 챔버에 비해 버블 챔버의 장점은 작업 물질의 밀도가 더 높다는 점입니다. 결과적으로 입자 경로가 매우 짧아지고 에너지가 높은 입자라도 챔버에 갇히게 됩니다. 이를 통해 입자의 일련의 연속적인 변형과 그에 따른 반응을 관찰할 수 있습니다. 구름상자와 기포상자 트랙은 입자의 거동과 특성에 대한 정보를 얻을 수 있는 주요 소스 중 하나입니다. 소립자의 흔적을 관찰하면 강한 인상을 받고 소우주와 직접적으로 접촉하는 느낌을 갖게 됩니다. 두꺼운 층의 사진 유제의 방법. 입자를 탐지하기 위해 구름 상자 및 거품 상자와 함께 두꺼운 층의 사진 유제가 사용됩니다. 사진 건판의 유제에 대한 고속 하전 입자의 이온화 효과를 통해 프랑스 물리학자 A. 베크렐은 1896년에 방사능을 발견했습니다. 광에멀젼 방법은 소련 물리학자 L.V. Mysovsky, A.P. Zhdanov 등에 의해 개발되었으며, 광에멀젼에는 수많은 브롬화은의 미세한 결정이 포함되어 있습니다. 결정을 관통하는 고속 하전 입자는 개별 브롬 원자에서 전자를 제거합니다. 이러한 결정의 사슬은 잠상을 형성합니다. 현상되면 금속 은이 이러한 결정에 복원되고 은 알갱이 사슬이 입자 트랙을 형성합니다(그림 257). 트랙의 길이와 두께는 입자의 에너지와 질량을 추정하는 데 사용될 수 있습니다. 사진 유제의 밀도가 높기 때문에 트랙은 매우 짧지만(방사성 원소에 의해 방출되는 a 입자의 경우 약 1(G3 cm)), 사진 촬영 시 트랙이 증가할 수 있습니다. 사진 유제의 장점은 다음과 같습니다. 노출 시간은 임의로 길 수 있으며 이는 드문 현상을 등록할 수 있습니다. 광유제의 높은 저지력으로 인해 입자와 핵 사이에서 관찰되는 흥미로운 반응의 수가 증가하는 것도 중요합니다. 우리는 소립자를 기록하는 모든 장치에 대해 이야기하지 않았습니다. 희귀하고 수명이 매우 짧은 입자를 탐지하는 현대 장비는 매우 정교합니다. 수백 명의 사람들이 건설에 참여합니다. E 1- 안개상자를 사용하여 대전되지 않은 입자를 등록하는 것이 가능합니까? 2. 버블 챔버는 윌슨 챔버에 비해 어떤 장점이 있습니까?

구름 상자는 입자의 궤도(추적)가 운동 궤적을 따라 작은 액체 방울의 사슬로 형성되는 기본 하전 입자의 궤도 검출기입니다. 1912년 찰스 윌슨(Charles Wilson)이 발명했습니다(1927년 노벨상 수상). 구름상자(그림 7.2 참조)에서는 하전 입자에 의해 형성된 가스 이온에 과포화 증기가 응결되어 대전 입자의 흔적이 보입니다. 관찰(10 -3 -10 -4 cm) 및 좋은 조명에서의 사진 촬영에 충분한 크기로 자라는 이온에 액체 방울이 형성됩니다. 안개상자의 공간 분해능은 일반적으로 0.3mm입니다. 작동 매체는 대부분 0.1-2 기압의 압력에서 물과 알코올 증기의 혼합물입니다 (수증기는 주로 음이온으로 응축되고 알코올 증기는 양이온으로 응축됩니다). 과포화는 작업 부피의 확장으로 인해 압력을 빠르게 감소시켜 달성됩니다. 과포화가 이온 응축에 충분하게 유지되고 부피 자체가 허용 가능한 수준으로 투명한(배경 방울을 포함하여 물방울로 과부하되지 않음) 카메라의 감도 시간은 100분의 1초에서 몇 초까지 다양합니다. 그런 다음 카메라의 작업량을 청소하고 감도를 복원해야 합니다. 따라서 구름상자는 순환 모드로 작동합니다. 풀 타임보통 주기 > 1 분.

자기장에 놓이면 안개 상자의 성능이 크게 향상됩니다. 자기장에 의해 구부러진 하전 입자의 궤적을 기반으로 전하의 부호와 운동량이 결정됩니다. 1932년에 구름상자를 사용하여 K. Anderson은 우주선에서 양전자를 발견했습니다.

1948년에 노벨상을 받은 중요한 개선 사항(P. Blackett)은 제어된 구름 상자를 만든 것입니다. 특수 카운터는 안개상자에서 기록해야 하는 이벤트를 선택하고 그러한 이벤트를 관찰하기 위해서만 카메라를 "실행"합니다. 이 모드에서 작동하는 안개상자의 효율성은 몇 배로 증가합니다. 클라우드 챔버의 "제어 가능성"은 매우 보장할 수 있다는 사실로 설명됩니다. 고속가스 환경이 확장되고 카메라는 외부 카운터의 트리거 신호에 응답할 시간을 갖습니다.

11학년

1 옵션

1. 가이거 계수기의 작동 원리는 다음과 같습니다.

A. 움직이는 하전 입자에 의한 분자 분리 B. 충격 이온화.

B. 입자에 의한 에너지 방출. D. 과열된 액체에서 증기의 형성.

D. 과포화 증기의 응축.

2. 소립자를 기록하는 장치로서 그 작용은 다음과 같다.

과열된 액체에서 증기 기포의 형성을 호출합니다.

A. 후막 유제. B. 가이거 계수기. B. 카메라.

G. 윌슨 챔버. D. 버블 챔버.

3. 방사성 방사선을 연구하는 데 구름 상자가 사용됩니다. 그 작용은 빠르게 하전된 입자가 통과할 때 다음과 같은 사실에 기초합니다.
A. 가스에 액체 방울의 흔적이 나타납니다. B. 가스에 충격이 나타납니다. 전류;
V. 이 입자의 흔적에 대한 잠상이 플레이트에 형성됩니다.

G. 액체에 섬광이 나타난다.

4.후막 사진 유제법으로 형성된 트랙이란 무엇입니까?

A 물방울 사슬 B. 증기 기포 사슬

V. 전자의 눈사태 G. 은 알갱이의 사슬

5. 안개상자를 사용하여 대전되지 않은 입자를 감지할 수 있습니까?

A. 질량(전자)이 작으면 가능합니다.

나. 작은 충동이라도 있으면 가능하다.

나. 질량(중성자)이 크다면 가능하다

D. 충동이 크면 가능하다 D. 불가능하다

6. 윌슨 방은 무엇으로 채워져 있나요?

A. 물 또는 알코올 증기. B. 가스, 일반적으로 아르곤. B. 화학 시약

D. 거의 끓을 때까지 가열된 액체수소 또는 프로판

7. 방사능은...

A. 핵이 스스로 입자를 방출하면서 다른 핵으로 변하는 능력

화학 원소

B. 핵이 입자를 방출하면서 다른 화학 물질의 핵으로 변하는 능력

강요

B. 자발적으로 입자를 방출하는 핵의 능력

D. 입자를 방출하는 핵의 능력

8. 알파 - 방사능- 이것

9. 감마선- 이것

A. 양성 입자의 흐름 B. 음성 입자의 흐름 C. 중성 입자의 흐름

10. 베타 방사선이란 무엇입니까?

11. α-붕괴 동안 핵은...

A. 더 가까운 두 개의 세포인 다른 화학 원소의 핵으로 변환됩니다.

주기율표의 시작

B. 한 세포 더 멀리 위치한 다른 화학 원소의 핵으로 변환됩니다.

주기율표의 처음부터

G. 질량수가 1 감소된 동일한 원소의 핵으로 남아 있습니다.

12. 방사성 방사선 검출기는 벽 두께가 1mm 이상인 닫힌 판지 상자에 배치됩니다. 어떤 방사선을 감지할 수 있나요?

13. 우라늄-238은 나중에 무엇으로 변합니까?α - 그리고 둘β - 이별?

14. X를 대체해야 할 요소는 무엇입니까?

204 79 Au X + 0 -1e

11학년

테스트 “기본 입자 등록 방법. 방사능".

옵션 2.

1. 소립자를 기록하는 장치로서 그 작용은 다음과 같다.

과포화 증기가 응축되는 것을 응결이라고 한다.

A. 사진 카메라 B. 윌슨 챔버 C. 후막 유제

D. 가이거 계수기 D. 버블 챔버

2. 빠르게 충전된 핵 방사선을 기록하는 장치

입자는 가스에 액체 방울의 흔적을 남기는 원인이 됩니다.

A. 가이거 계수기 B. 운량실 C. 후막 유제

D. 버블 챔버 D. 황화아연으로 코팅된 스크린

3.핵방사선을 기록하는 장치는 다음 중 어느 것입니까?

빠르게 하전된 입자가 통과하면 전기 충격이 발생합니다.

현재 가스에?

A. 가이거 계수기 B. 안개 상자 C. 사진 유제

D. 섬광 계수기에서.

4. 하전입자를 기록하는 광유화법은 다음과 같다.

A. 충격 이온화. B. 움직이는 하전 입자에 의한 분자 분리.

B. 과열된 액체에서 증기의 형성. D. 과포화 증기의 응축.

D. 입자에 의한 에너지 방출

5. 하전된 입자는 액체 증기 기포의 흔적을 나타냅니다.

A. 가이거 계수기. B. 윌슨 챔버 B. 사진 유제.

D. 섬광 계수기. D. 버블 챔버

6. 버블 챔버는 무엇으로 채워져 있나요?

A. 물 또는 알코올 증기. B. 가스, 일반적으로 아르곤. B. 화학 시약.

D. 거의 끓을 때까지 가열된 액체 수소 또는 프로판.

7. 방사성 물질이 담긴 용기가 놓여 있습니다.

자기장으로 인해 빔이 발생함

방사능은 3개로 붕괴한다.

구성 요소(그림 참조). 구성품 (3)

해당

A. 감마선 B. 알파선

B. 베타 방사선

8. 베타 방사선- 이것

A. 양성 입자의 흐름 B. 음성 입자의 흐름 C. 중성 입자의 흐름

9. 알파 방사선이란 무엇입니까?

A. 헬륨 핵의 흐름 B. 양성자의 흐름 C. 전자의 흐름

D. 고주파 전자파

10. 감마선이란 무엇입니까?

A. 헬륨 핵의 흐름 B. 양성자의 흐름 C. 전자의 흐름

D. 고주파 전자파

11. β-붕괴 동안 핵은...

A. 한 세포 더 멀리 위치한 다른 화학 원소의 핵으로 변환됩니다.

주기율표의 처음부터

B. 다른 화학 원소의 핵으로 변환됩니다. 이는 두 세포에 더 가깝습니다.

주기율표의 시작

B. 동일한 질량수를 갖는 동일한 원소의 핵으로 남아 있음

G. 질량수가 1 감소된 동일한 원소의 핵으로 남아 있음

12 세 가지 유형의 방사선 중 투과력이 가장 큰 것은 무엇입니까?

A. 감마선 B. 알파선 C. 베타선

13. 화학 원소가 하나의 알파 붕괴의 산물인 핵

그리고 주어진 원소 핵의 두 베타붕괴 214 90 목?

14.대신 어떤 요소가 있어야 할까요?엑스?

모든 물리학 수업 11학년
학업 수준

2학기

원자 및 핵물리학

11/88과

주제. 전리 방사선을 기록하는 방법

수업의 목적 : 학생들에게 친숙해지도록 현대적인 방법하전입자 검출 및 연구.

수업 유형: 새로운 자료 학습에 대한 수업.

강의 계획

지식 통제		1. 반감기. 2. 방사성 붕괴의 법칙. 3. 반감기 상수와 방사성 방사선 강도 사이의 관계.
시연		2. 안개상자 내 입자 궤적 관찰. 3. 버블 챔버의 하전 입자 트랙 사진.
새로운 자료를 학습		1. 가이거-뮐러 계수기의 구조와 작동 원리. 2. 이온화실. 3. 클라우드 챔버. 4. 버블 챔버. 5. 두꺼운 층의 광유화법.
배운 내용을 강화		1. 질적 질문. 2. 문제 해결 방법을 학습합니다.

새로운 자료 학습

핵 입자 및 방사선에 대한 모든 현대 등록은 두 그룹으로 나눌 수 있습니다.

a) 도구 사용에 기초한 계산 방법은 한 유형 또는 다른 유형의 입자 수를 계산합니다.

b) 입자를 재현할 수 있는 추적 방법. Geiger-Muller 계수기는 자동 입자 계수에 가장 중요한 장치 중 하나입니다. 카운터는 충격 이온화를 기반으로 작동합니다. 하전 입자가 가스 속을 날아가면서 원자에서 전자를 떼어내고 양이온과 자유 전자를 생성합니다. 양극과 음극 사이의 전기장은 전자를 이온화가 시작되는 에너지로 가속시킵니다. 가이거-뮐러 계수기는 주로 전자와 γ선을 기록하는 데 사용됩니다.

이 카메라를 사용하면 전리 방사선량을 측정할 수 있습니다. 일반적으로 이는 플레이트 사이에 가스가 있는 원통형 커패시터입니다. 플레이트 사이에 고전압이 가해집니다. 전리 방사선이 없으면 전류가 거의 흐르지 않으며, 가스를 조사하면 자유 하전 입자(전자 및 이온)가 나타나 약한 전류가 흐릅니다. 이 약한 전류가 증폭되어 측정됩니다. 현재 강도는 방사선(γ-양자)의 이온화 효과를 나타냅니다.

1912년에 만들어진 윌슨 방은 미시세계를 연구할 수 있는 훨씬 더 많은 기회를 제공합니다. 이 카메라에서는 빠르게 하전된 입자가 직접 관찰하거나 사진으로 찍을 수 있는 흔적을 남깁니다.

구름 상자의 작용은 물방울을 형성하기 위해 이온에 과포화 증기가 응축되는 것을 기반으로 합니다. 이러한 이온은 움직이는 하전 입자에 의해 궤적을 따라 생성됩니다. 물방울은 날아간 입자의 눈에 보이는 흔적, 즉 트랙을 형성합니다.

안개상자에서 추적되는 정보는 카운터가 제공할 수 있는 것보다 훨씬 더 완전합니다. 입자의 에너지는 트랙의 길이에 따라 결정될 수 있으며, 입자의 속도는 트랙의 단위 길이당 물방울 수로 추정할 수 있습니다.

러시아 물리학자 P. L. Kapitsa와 D. V. Skobeltsin은 균일한 자기장에 구름 상자를 배치할 것을 제안했습니다. 자기장은 특정 힘으로 전하를 띤 움직이는 입자에 작용합니다. 이 힘은 속도 계수를 변경하지 않고 입자의 궤적을 구부립니다. 트랙 곡률 뒤에서 입자의 전하와 질량의 비율을 결정할 수 있습니다.

일반적으로 안개상자의 입자 흔적은 관찰될 뿐만 아니라 사진으로도 촬영됩니다.

1952년 미국 과학자 D. Glaser는 입자 추적을 탐지하기 위해 과열된 액체를 사용할 것을 제안했습니다. 이 액체에서는 빠르게 하전된 입자가 이동하는 동안 형성된 이온에 증기 기포가 나타나 눈에 보이는 흔적을 제공합니다. 이러한 유형의 챔버를 버블 챔버라고 합니다.

윌슨 챔버에 비해 버블 챔버의 장점은 작업 물질의 밀도가 더 높다는 점입니다. 결과적으로 입자 경로는 상당히 짧아지고 에너지가 높은 입자라도 챔버에 "갇히게" 됩니다. 이를 통해 입자의 일련의 연속적인 변형과 그에 따른 반응을 관찰할 수 있습니다.

구름상자와 기포상자 트랙은 입자의 거동과 특성에 대한 정보를 얻을 수 있는 주요 소스 중 하나입니다.

입자와 방사선을 탐지하는 가장 저렴한 방법은 광유화법입니다. 이는 사진 유제에서 이동하는 하전 입자가 통과하는 입자의 브롬화은 분자를 파괴한다는 사실에 기초합니다. 현상 중에 금속 은이 결정에 복원되고 은 알갱이 사슬이 입자 트랙을 형성합니다. 트랙의 길이와 두께는 입자의 에너지와 질량을 추정하는 데 사용될 수 있습니다.

새로운 자료를 발표하는 동안 학생들에게 하는 질문

첫 번째 수준

1. 안개상자를 사용하여 대전되지 않은 입자를 감지할 수 있습니까?

2. 버블 챔버는 클라우드 챔버에 비해 어떤 장점이 있습니까?

두 번째 수준

1. Geiger-Muller 계수기를 사용하여 알파 입자가 감지되지 않는 이유는 무엇입니까?

2. 자기장에 놓인 안개 상자를 사용하여 입자의 어떤 특성을 결정할 수 있습니까?

학습 자료의 구성

1. 안개상자를 통해 흐르는 입자의 특성, 에너지 및 속도를 결정하기 위해 안개상자를 어떻게 사용할 수 있습니까?

2. 윌슨방은 어떤 목적으로 때때로 납층으로 막혀 있습니까?

3. 입자의 평균 자유 경로가 더 큰 곳은 지구 표면인가요, 아니면 대기권 상층인가요?

1. 그림은 100mT의 자기 유도로 균일한 자기장에서 그림의 평면에 수직으로 이동하는 입자의 트랙을 보여줍니다. 그림의 격자선 사이의 거리는 1 cm 입니다. 입자의 속도는 얼마입니까?

2. 그림에 표시된 사진은 수증기가 채워진 안개상자에서 촬영되었습니다. 구름상자를 통해 날아갈 수 있는 입자는 무엇입니까? 화살표는 입자의 초기 속도 방향을 나타냅니다.

2. 토요일: 17.49; 17.77; 17.78; 17.79; 17.80.

3. D: 준비하다 독립적 인 일 № 14.

자작 작업 14번 “원자핵. 핵전력. 방사능"

라듐 226 88 Ra의 붕괴가 발생했습니다.

A 핵의 양성자 수가 1개 감소했습니다.

원자번호 90번의 핵이 형성될 것이다.

B 질량수 224의 핵이 형성되었다.

D 다른 화학 원소의 원자핵이 형성됩니다.

하전 입자를 탐지하기 위해 구름 상자가 사용됩니다.

그리고 Cloud Chamber를 사용하면 날아다니는 입자의 수만 결정할 수 있습니다.

중성자는 안개 상자를 사용하여 감지할 수 있습니다.

구름 상자를 통해 날아가는 하전 입자는 과열된 액체를 끓게 만듭니다.

D 자기장 안에 구름상자를 놓으면 날아다니는 입자의 전하 표시를 확인할 수 있습니다.

작업 3은 대응(논리적 쌍)을 설정하는 것을 목표로 합니다. 문자로 표시된 각 줄에 대해 숫자로 표시된 설명을 선택하세요.

그리고 양성자.

뉴트론이겠죠.

동위원소에서.

G 알파 입자.

1 양성자 1개와 중성자 1개로 구성된 중성 입자.

2 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성된 양전하 입자입니다. 헬륨 원자의 핵과 동일

3 전하가 없고 질량이 1.67·10-27kg인 입자.

4 전자의 전하와 크기가 같고 질량이 1.67 10-27 kg인 양전하를 갖는 입자.

동일한 코어 5개 전하, 그러나 질량이 다릅니다.

두 번의 β-붕괴와 한 번의 -붕괴 후에 우라늄 23992 U에서 어떤 동위원소가 형성됩니까? 반응식을 적어보세요.

등록 방법 및 입자 탐지기

§ 열량 측정(방출된 에너지 기준)

§ 사진 유제

§ 버블 및 스파크 챔버

§ 섬광 검출기

§ 반도체 검출기

오늘날 원자핵 물리학에서 몇 MeV의 에너지를 갖는 천연 방사성 방사선원과 간단한 감지 장치를 사용하여 얼마나 많은 발견이 이루어졌는지 거의 믿을 수 없을 것 같습니다. 원자핵이 발견되고, 그 크기가 결정되고, 처음으로 핵반응이 관찰되고, 방사능 현상이 발견되고, 중성자와 양성자가 발견되고, 중성미자의 존재가 예측되는 등. 주요 입자 검출기 오랫동안황화아연 층이 도포된 판이 있었습니다. 입자는 황화아연에서 생성된 빛의 섬광에 의해 눈으로 등록되었습니다. 체렌코프 방사선은 처음으로 육안으로 관찰되었습니다. Glaser가 입자 흔적을 관찰한 첫 번째 버블 챔버는 골무 크기였습니다. 당시 고에너지 입자의 근원은 우주공간에서 형성된 입자인 우주선(Cosmic Ray)이었다. 우주선에서 처음으로 새로운 소립자가 관찰됐다. 1932 - 양전자 발견(K. Anderson), 1937 - 뮤온 발견(K. Anderson, S. Nedermeyer), 1947 - 중간자 발견(Powell), 1947 - 이상한 입자 발견(J. Rochester, K .집사).

시간이 지남에 따라 실험 설정은 점점 더 복잡해졌습니다. 입자 가속 및 탐지 기술과 핵전자공학이 개발되었습니다. 핵 및 입자 물리학의 발전은 이러한 분야의 발전에 따라 점점 더 결정되고 있습니다. 노벨 물리학상은 종종 물리적 실험 기술 분야의 연구로 수여됩니다.

검출기는 입자 존재 사실을 등록하고 입자의 에너지와 운동량, 입자의 궤적 및 기타 특성을 결정하는 역할을 합니다. 입자를 등록하기 위해 특정 입자의 감지에 최대로 민감하고 다른 입자에 의해 생성된 큰 배경을 감지하지 못하는 감지기가 종종 사용됩니다.

일반적으로 핵 및 입자 물리학 실험에서는 "불필요한" 사건의 거대한 배경에서 "필요한" 사건을 분리해야 합니다(아마도 10억분의 1 정도). 이를 위해 그들은 카운터와 등록 방법의 다양한 조합을 사용하고, 다양한 감지기에 의해 기록된 이벤트 간의 일치 또는 반대 일치 방식을 사용하고, 신호의 진폭 및 모양을 기반으로 이벤트를 선택합니다. 검출기 사이의 특정 거리의 비행 시간을 기반으로 한 입자 선택, 자기 분석 및 기타 방법을 사용하여 다양한 입자를 안정적으로 식별할 수 있습니다.

하전 입자의 검출은 검출 물질에서 발생하는 원자의 이온화 또는 여기 현상을 기반으로 합니다. 이는 구름 상자, 기포 상자, 스파크 상자, 사진 유제, 가스 섬광 및 반도체 탐지기와 같은 탐지기 작업의 기초입니다. 비하전 입자(양자, 중성자, 중성미자)는 검출 물질과의 상호작용으로 인해 발생하는 2차 하전 입자에 의해 검출됩니다.

중성미자는 검출기에 의해 직접 검출되지 않습니다. 그들은 특정한 에너지와 충동을 가지고 있습니다. 에너지와 운동량의 부족은 반응에서 감지된 다른 입자에 에너지와 운동량 보존 법칙을 적용하여 감지할 수 있습니다.

빠르게 부패하는 입자는 분해 생성물로 기록됩니다. 입자 궤적을 직접 관찰할 수 있는 검출기는 폭넓게 응용되고 있습니다. 따라서 자기장에 배치된 윌슨 챔버의 도움으로 양전자, 뮤온 및 중간자가 발견되었으며 버블 챔버의 도움으로 스파크 챔버의 도움으로 중성미자 현상이 기록되었습니다. .

1. 가이거 계수기. 가이거 계수기는 일반적으로 와이어가 늘어나는 축, 즉 양극을 따라 원통형 음극입니다. 시스템은 가스 혼합물로 채워져 있습니다.

카운터를 통과할 때 하전 입자가 가스를 이온화합니다. 양극(강한 전기장의 영역으로 들어가는 필라멘트)을 향해 이동하는 생성된 전자는 가속되고 차례로 가스 분자를 이온화하여 코로나 방전을 유발합니다. 신호 진폭은 수 볼트에 도달하며 쉽게 기록됩니다. 가이거 계수기는 입자가 계수기를 통과한다는 사실을 기록하지만 입자의 에너지를 측정하지는 않습니다.

2. 비례 카운터.비례 계수기는 가이거 계수기와 동일한 디자인을 가지고 있습니다. 그러나 공급전압의 선택과 비례카운터의 혼합기체 조성으로 인해 기체가 날아다니는 하전입자에 의해 이온화되면 코로나 방전이 발생하지 않습니다. 양극 근처에서 생성된 전기장의 영향으로 1차 입자는 2차 이온화를 생성하고 전기 눈사태를 생성하며, 이로 인해 카운터를 통해 날아가는 생성된 입자의 1차 이온화가 10 3 - 10 6 배 증가합니다. 비례 카운터를 사용하면 입자 에너지를 기록할 수 있습니다.

3. 이온화실.가이거 계수기 및 비례 계수기와 마찬가지로 이온화실에서는 가스 혼합물이 사용됩니다. 그러나 비례 카운터에 비해 이온화 챔버의 공급 전압이 낮고 이온화가 증가하지 않습니다. 실험 요구 사항에 따라 전류 펄스의 전자 구성 요소만 사용하거나 전자 및 이온 구성 요소를 사용하여 입자 에너지를 측정합니다.

4. 반도체 검출기. 일반적으로 실리콘이나 게르마늄으로 만들어지는 반도체 검출기의 설계는 이온화실의 설계와 유사합니다. 반도체 감지기에서 가스의 역할은 특정 방식으로 생성된 민감한 영역에 의해 수행됩니다. 정상적인 상태무료 충전 캐리어가 없습니다. 이 영역에 하전입자가 들어오면 이온화가 일어나 전도대에는 전자가 나타나고 가전자대에는 정공이 나타납니다. 민감 영역 전극 표면에 가해지는 전압의 영향으로 전자와 정공의 이동이 일어나고 전류 펄스가 형성됩니다. 전류 펄스의 전하는 전자와 정공의 수에 대한 정보, 그에 따라 민감한 영역에서 하전 입자가 손실한 에너지에 대한 정보를 전달합니다. 그리고 입자가 민감한 영역에서 에너지를 완전히 상실한 경우 전류 펄스를 적분하여 입자의 에너지에 대한 정보를 얻습니다. 반도체 검출기는 높은 에너지 분해능을 가지고 있습니다.

반도체 카운터에서 이온쌍 nion의 수는 N 이온 = E/W 공식으로 결정됩니다.

여기서 E는 입자의 운동 에너지이고, W는 한 쌍의 이온을 형성하는 데 필요한 에너지입니다. 게르마늄과 실리콘의 경우 W ~ 3-4 eV이며 가전자대에서 전도대로 전자를 전이하는 데 필요한 에너지와 같습니다. 1차 입자의 에너지가 이온화(Eion >> W)에 소비되는 다른 검출기에 비해 W의 작은 값은 반도체 검출기의 높은 분해능을 결정합니다.

5. 클라우드 챔버.안개상자의 작동 원리는 과포화 증기의 응축과 챔버를 통과하는 하전 입자의 흔적을 따라 이온에 눈에 보이는 액체 방울이 형성되는 것을 기반으로 합니다. 과포화 증기를 생성하려면 기계식 피스톤을 사용하여 가스의 급속한 단열 팽창이 발생합니다. 트랙을 촬영한 후 챔버 내의 가스가 다시 압축되고 이온 위의 물방울이 증발합니다. 챔버의 전기장은 가스의 이전 이온화 중에 형성된 이온 챔버를 "청소"하는 역할을 합니다.

6. 버블 챔버.작동 원리는 하전 입자의 궤적을 따라 과열된 액체가 끓는 것에 기초합니다. 버블 챔버는 투명한 과열 액체로 채워진 용기입니다. 압력이 급격히 감소하면 이온화 입자의 궤적을 따라 일련의 증기 기포가 형성되고 외부 소스에 의해 조명되어 사진이 촬영됩니다. 흔적을 촬영한 후 챔버의 압력이 증가하고 기포가 붕괴되며 카메라를 다시 사용할 수 있습니다. 액체 수소는 챔버의 작동 유체로 사용되며, 동시에 입자와 양성자의 상호 작용을 연구하기 위한 수소 타겟으로도 사용됩니다.

구름상자와 기포상자는 각 반응에서 생성되는 모든 하전입자를 직접 관찰할 수 있다는 큰 장점이 있습니다. 입자의 유형과 운동량을 결정하기 위해 구름 상자와 거품 상자가 자기장에 배치됩니다. 버블 챔버는 구름 챔버에 비해 검출기 재료의 밀도가 높으므로 하전 입자의 경로가 검출기의 부피에 완전히 포함됩니다. 버블 챔버의 사진을 해독하는 것은 별도의 노동 집약적 문제를 나타냅니다.

7. 핵 유제.마찬가지로 일반 사진에서 발생하는 것처럼 경로를 따라 전하를 띤 입자가 할로겐화은 입자의 결정 격자 구조를 파괴하여 현상이 가능하도록 만듭니다. 핵 유제는 희귀 사건을 기록하는 독특한 수단입니다. 핵 유제의 스택을 사용하면 매우 높은 에너지의 입자를 감지할 수 있습니다. 이들의 도움으로 ~1 미크론의 정확도로 하전 입자 트랙의 좌표를 결정하는 것이 가능합니다. 핵 유제는 소리가 나는 풍선과 우주선에서 우주 입자를 탐지하는 데 널리 사용됩니다.

8. 스파크 챔버.스파크 챔버는 하나의 볼륨에 결합된 여러 개의 평평한 스파크 갭으로 구성됩니다. 하전 입자가 스파크 챔버를 통과한 후 짧은 고전압 전압 펄스가 전극에 적용됩니다. 결과적으로 눈에 보이는 스파크 채널이 트랙을 따라 형성됩니다. 자기장에 배치된 스파크 챔버를 사용하면 입자의 이동 방향을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 궤적의 곡률을 통해 입자의 유형과 운동량을 결정할 수도 있습니다. 스파크 챔버 전극의 크기는 수 미터에 달할 수 있습니다.

9. 스트리머 챔버.이는 전극 간 거리가 ~0.5m로 긴 스파크 챔버와 유사하며, 스파크 갭에 공급되는 고전압 방전 지속 시간은 ~10 -8초입니다. 따라서 형성되는 것은 스파크 고장이 아니라 별도의 짧은 발광 광 채널(스트리머)입니다. 여러 개의 하전 입자를 스트리머 챔버에서 동시에 감지할 수 있습니다.

10. 비례실.비례실은 일반적으로 편평하거나 원통형 모양을 가지며 어떤 의미에서는 다중 전극 비례 계수기와 유사합니다. 고전압 와이어 전극은 수 mm 간격으로 배치되어 있습니다. 전극 시스템을 통과하는 하전 입자는 ~10 -7초 동안 와이어에 전류 펄스를 생성합니다. 개별 와이어에서 이러한 펄스를 기록하면 수 미크론의 정확도로 입자 궤적을 재구성할 수 있습니다. 비례 카메라의 분해 시간은 수 마이크로초입니다. 비례실의 에너지 분해능은 ~5-10%입니다.

11. 드리프트 챔버.이는 비례 챔버와 유사하여 훨씬 더 정확하게 입자의 궤적을 복원할 수 있습니다.

스파크, 스트리머, 비례 및 드리프트 챔버는 버블 챔버의 많은 장점을 갖고 있어 관심 있는 이벤트에서 트리거할 수 있으며 섬광 감지기와 일치하도록 사용할 수 있습니다.

12. 섬광 검출기. 섬광 검출기는 하전 입자가 통과할 때 빛을 발하는 특정 물질의 특성을 사용합니다. 신틸레이터에서 생성된 광양자는 광전자 증배관을 사용하여 검출됩니다. NaI, BGO와 같은 결정성 신틸레이터와 플라스틱 및 액체 신틸레이터가 모두 사용됩니다. 결정성 신틸레이터는 감마선과 X선을 기록하는 데 주로 사용되며, 플라스틱과 액체 신틸레이터는 중성자와 시간 측정에 사용됩니다. 대량의 신틸레이터를 사용하면 물질과의 상호작용을 위해 작은 단면적을 가진 입자를 감지하는 매우 높은 효율의 감지기를 만들 수 있습니다.

13. 열량계.열량계는 고에너지 입자가 감속되는 물질(일반적으로 철과 납의 층)과 스파크 및 비례 챔버 또는 신틸레이터 층을 사용하는 검출기로 구성된 교대 층입니다. 열량계를 통과하는 고에너지(E > 1010 eV)의 이온화 입자는 많은 수의 2차 입자를 생성하며, 이는 열량계의 물질과 상호 작용하여 차례로 2차 입자를 생성합니다. - 방향으로 입자 샤워를 형성합니다. 1차 입자의 움직임. 스파크나 비례 챔버의 이온화 또는 신틸레이터의 광 출력을 측정하여 입자의 에너지와 유형을 결정할 수 있습니다.

14. 체렌코프 카운터.체렌코프 카운터의 작동은 입자가 매질 내에서 빛의 전파 속도(v > c/n)를 초과하는 속도 v로 매질 내에서 이동할 때 발생하는 체렌코프-바빌로프 복사 기록을 기반으로 합니다. 체렌코프 방사선의 빛은 입자 운동 방향의 각도로 앞으로 향합니다.

빛의 복사는 광전자 증배관을 사용하여 기록됩니다. Cherenkov 카운터를 사용하면 입자의 속도를 결정하고 속도에 따라 입자를 선택할 수 있습니다.

Cherenkov 방사선을 사용하여 입자를 감지하는 가장 큰 물 감지기는 SuperKamiokande 감지기(일본)입니다. 검출기는 원통형 모양을 가지고 있습니다. 감지기의 작업 부피 직경은 39.3m, 높이는 41.4m, 감지기의 질량은 50kton, 태양 중성미자 기록을 위한 작업 부피는 22kton입니다. SuperKamiokande 감지기에는 감지기 표면의 ~40%를 스캔하는 11,000개의 광전자 증배관이 있습니다.