Este posibil să folosiți o cameră cu nor? Metode de observare și înregistrare a particulelor elementare. Funcționarea unui contor Geiger se bazează pe

În primul rând, să ne familiarizăm cu dispozitivele datorită cărora a apărut și a început să se dezvolte fizica nucleului atomic și a particulelor elementare. Acestea sunt dispozitive pentru înregistrarea și studierea coliziunilor și transformărilor reciproce ale nucleelor ​​și particulelor elementare. Ele oferă informațiile necesare despre evenimentele din microlume. Principiul de funcționare a dispozitivelor pentru înregistrarea particulelor elementare. Orice dispozitiv care detectează particule elementare sau nuclee atomice în mișcare este ca un pistol încărcat cu ciocanul armat. O cantitate mică de forță atunci când apăsați trăgaciul unui pistol provoacă un efect care nu este comparabil cu efortul depus - o lovitură. Un dispozitiv de înregistrare este un sistem macroscopic mai mult sau mai puțin complex care poate fi într-o stare instabilă. Cu o mică perturbare cauzată de o particule care trece, începe procesul de tranziție a sistemului la o stare nouă, mai stabilă. Acest proces face posibilă înregistrarea unei particule. În prezent, sunt utilizate multe metode diferite de detectare a particulelor. În funcție de scopurile experimentului și de condițiile în care se desfășoară, se folosesc anumite dispozitive de înregistrare, care diferă unele de altele prin caracteristicile lor principale. Contor Geiger cu descărcare de gaz. Contorul Geiger este unul dintre cele mai importante dispozitive pentru numărarea automată a particulelor. Contorul (Fig. 253) este alcătuit dintr-un tub de sticlă acoperit la interior cu un strat metalic (catod) și un fir subțire de metal care trece de-a lungul axei tubului (anod). Tubul este umplut cu gaz, de obicei argon. Contorul funcționează pe baza ionizării de impact. O particulă încărcată (electron, particulă alfa etc.), care zboară printr-un gaz, elimină electroni din atomi și creează ioni pozitivi și electroni liberi. Câmpul electric dintre anod și catod (furnizat acestora tensiune înaltă ) accelerează electronii până la energiile la care începe ionizarea de impact. Are loc o avalanșă de ioni, iar curentul prin contor crește brusc. În acest caz, un impuls de tensiune este generat peste rezistorul de sarcină R, care este alimentat dispozitivului de înregistrare. Pentru ca contorul să înregistreze următoarea particulă care o lovește, descărcarea de avalanșă trebuie să fie stinsă. Acest lucru se întâmplă automat. Deoarece în momentul în care apare impulsul de curent, căderea de tensiune pe rezistorul de sarcină R este mare, tensiunea dintre anod și catod scade brusc - atât de mult încât descărcarea se oprește. Contorul Geiger este folosit în principal pentru înregistrarea electronilor și a cuantei y (fotoni de înaltă energie). Cu toate acestea, y-quanta nu sunt înregistrate direct din cauza capacității lor scăzute de ionizare. Pentru a le detecta, peretele interior al tubului este acoperit cu un material din care y-quanta elimina electronii. Contorul înregistrează aproape toți electronii care intră în el; În ceea ce privește y-quanta, acesta înregistrează aproximativ doar un y-quante din o sută. Înregistrarea particulelor grele (de exemplu, particule a) este dificilă, deoarece este dificil să se realizeze o fereastră suficient de subțire în contor, care să fie transparentă pentru aceste particule. În prezent, au fost create contoare care funcționează pe alte principii decât contorul Geiger. Camera Wilson. Contoarele vă permit doar să înregistrați faptul că o particule trece prin ele și să înregistrați unele dintre caracteristicile acesteia. Într-o cameră cu nor, creată în 1912, o particulă încărcată rapid lasă o urmă care poate fi observată direct sau fotografiată. Acest dispozitiv poate fi numit o fereastră către microlume, adică lumea particulelor elementare și a sistemelor formate din ele. Acțiunea unei camere cu nori se bazează pe condensarea vaporilor suprasaturați pe ioni pentru a forma picături de apă. Acești ioni sunt creați de-a lungul traiectoriei sale de o particulă încărcată în mișcare. O cameră cu nori este un vas închis ermetic umplut cu apă sau vapori de alcool aproape de saturație (Fig. 254). Când pistonul este coborât brusc, cauzat de o scădere a presiunii sub acesta, vaporii din cameră se extind adiabatic. Ca urmare, are loc răcirea și aburul devine suprasaturat. Aceasta este o stare instabilă a aburului: aburul se condensează ușor. Centrele de condensare devin ioni, care se formează în spațiul de lucru al camerei de o particulă zburătoare. Dacă o particulă intră în cameră imediat înainte sau imediat după expansiune, în cale apar picături de apă. Aceste picături formează o urmă vizibilă a particulei zburătoare - o urmă (Fig. 255). Camera revine apoi la starea inițială, iar ionii sunt îndepărtați de un câmp electric. În funcție de dimensiunea camerei, timpul de restabilire a modului de funcționare variază de la câteva secunde la zeci de minute. Informațiile pe care le oferă pistele camerei de nor sunt mult mai bogate decât cele pe care le pot oferi contoarele. Din lungimea pistei, puteți determina energia particulei și din numărul de picături pe unitatea de lungime a pistei, puteți estima viteza acesteia. Cu cât traseul unei particule este mai lung, cu atât energia acesteia este mai mare. Și cu cât se formează mai multe picături de apă pe unitatea de lungime a căii, cu atât viteza acesteia este mai mică. Particulele cu o sarcină mai mare lasă o urmă mai groasă. Fizicienii sovietici P. L. Kapitsa și D. V. Skobeltsyn au propus plasarea unei camere cu nori într-un câmp magnetic uniform. Un câmp magnetic acționează asupra unei particule încărcate în mișcare cu o anumită forță (forța Lorentz). Această forță îndoaie traiectoria particulei fără a modifica modulul vitezei acesteia. Cu cât sarcina particulei este mai mare și cu cât masa acesteia este mai mică, cu atât curbura pistei este mai mare. Din curbura pistei, se poate determina raportul dintre sarcina particulei și masa acesteia. Dacă una dintre aceste cantități este cunoscută, atunci cealaltă poate fi calculată. De exemplu, din sarcina unei particule și curbura traseului acesteia, calculați masa. Camera cu bule. În 1952, omul de știință american D. Glazer a propus utilizarea lichidului supraîncălzit pentru a detecta urmele de particule. Într-un astfel de lichid, pe ionii formați în timpul mișcării unei particule încărcate rapid apar bule de vapori, dând o urmă vizibilă. Camere de luat vederi de acest tip au fost numite veziculoase. În starea inițială, lichidul din cameră este sub presiune ridicată, ceea ce împiedică fierberea acestuia, în ciuda faptului că temperatura lichidului este mai mare decât punctul de fierbere la presiunea atmosferică. Cu o scădere bruscă a presiunii, lichidul se supraîncălzi și pentru o perioadă scurtă de timp va fi într-o stare instabilă. Particulele încărcate care zboară exact în acest moment provoacă apariția unor urme formate din bule de vapori (Fig. 256). Lichidele utilizate sunt în principal hidrogen lichid și propan. Ciclul de funcționare al camerei cu bule este scurt - aproximativ 0,1 s. Avantajul camerei cu bule față de camera Wilson se datorează densității mai mari a substanței de lucru. Ca rezultat, traseele particulelor se dovedesc a fi destul de scurte, iar particulele chiar și cu energii mari se blochează în cameră. Acest lucru permite observarea unei serii de transformări succesive ale unei particule și reacțiile pe care le provoacă. Camerele cu nori și camerele cu bule sunt una dintre principalele surse de informații despre comportamentul și proprietățile particulelor. Observarea urmelor de particule elementare produce o impresie puternică și creează o senzație de contact direct cu microcosmosul. Metoda emulsiilor fotografice în strat gros. Pentru a detecta particulele, împreună cu camerele cu nori și camerele cu bule, se folosesc emulsii fotografice în strat gros. Efectul ionizant al particulelor încărcate rapid asupra emulsiei unei plăci fotografice i-a permis fizicianului francez A. Becquerel să descopere radioactivitatea în 1896. Metoda de fotoemulsie a fost dezvoltată de fizicienii sovietici L.V. Mysovsky, A.P. Zhdanov și alții. Fotoemulsia conține un număr mare de cristale microscopice de bromură de argint. O particulă încărcată rapid, care pătrunde în cristal, elimină electronii din atomii individuali de brom. Un lanț de astfel de cristale formează o imagine latentă. Când este dezvoltat, argintul metalic este restaurat în aceste cristale și un lanț de granule de argint formează o urmă de particule (Fig. 257). Lungimea și grosimea pistei pot fi utilizate pentru a estima energia și masa particulei. Datorită densității mari a emulsiei fotografice, urmele sunt foarte scurte (de ordinul a 1(G3 cm pentru particulele a emise de elementele radioactive), dar la fotografiere pot fi mărite. Avantajul emulsiilor fotografice este că timpul de expunere poate fi arbitrar lung. Acest lucru permite înregistrarea fenomenelor rare. Este de asemenea important ca, datorită puterii mari de oprire a fotoemulsiilor, să crească numărul de reacții interesante între particule și nuclei. Nu am vorbit despre toate dispozitivele care înregistrează particule elementare. Instrumentele moderne pentru detectarea particulelor rare și de scurtă durată sunt foarte sofisticate. La construcția lor iau parte sute de oameni. E 1- Este posibil să se înregistreze particule neîncărcate folosind o cameră cu nor? 2. Ce avantaje are o cameră cu bule față de o cameră Wilson!

O cameră cu nori este un detector de urmărire a particulelor încărcate elementare, în care urma (urma) unei particule este formată dintr-un lanț de picături mici de lichid de-a lungul traiectoriei mișcării sale. Inventat de Charles Wilson în 1912 (Premiul Nobel 1927). Într-o cameră cu nori (vezi Fig. 7.2), urmele de particule încărcate devin vizibile datorită condensării vaporilor suprasaturați pe ionii de gaz formați de particulele încărcate. Pe ioni se formează picături de lichid, care cresc la o dimensiune suficientă pentru observare (10 -3 -10 -4 cm) și fotografiere în lumină bună. Rezoluția spațială a unei camere cu nori este de obicei de 0,3 mm. Mediul de lucru este cel mai adesea un amestec de apă și vapori de alcool sub o presiune de 0,1-2 atmosfere (vaporii de apă se condensează în principal pe ionii negativi, vaporii de alcool pe cei pozitivi). Suprasaturarea se realizează prin reducerea rapidă a presiunii datorită extinderii volumului de lucru. Timpul de sensibilitate al camerei, timp în care suprasaturația rămâne suficientă pentru condensarea ionilor, iar volumul în sine este acceptabil de transparent (nu este supraîncărcat cu picături, inclusiv cu cele de fundal), variază de la sutimi de secundă la câteva secunde. După aceasta, este necesar să curățați volumul de lucru al camerei și să-i restabiliți sensibilitatea. Astfel, camera de nor funcționează într-un mod ciclic. Cu normă întreagă ciclu de obicei > 1 min.

Capacitățile unei camere cu nori cresc semnificativ atunci când este plasată într-un câmp magnetic. Pe baza traiectoriei unei particule încărcate curbate de un câmp magnetic, se determină semnul sarcinii și impulsul acesteia. Folosind o cameră cu nori în 1932, K. Anderson a descoperit un pozitron în razele cosmice.

O îmbunătățire importantă, distinsă cu Premiul Nobel în 1948 (P. Blackett), a fost crearea unei camere cu nori controlate. Contoarele speciale selectează evenimentele care ar trebui să fie înregistrate de camera de nor și „lansează” camera doar pentru a observa astfel de evenimente. Eficiența unei camere cu nor care funcționează în acest mod crește de multe ori. „Controlabilitatea” camerei de nor se explică prin faptul că este posibil să se asigure foarte de mare viteză extinderea mediului gazos și camera are timp să răspundă la semnalul de declanșare al contoarelor externe.

clasa a 11-a

1 Opțiune

1. Funcționarea contorului Geiger se bazează pe

A. Divizarea moleculelor de către o particulă încărcată în mișcare B. Ionizare prin impact.

B. Eliberarea de energie de către o particulă. D. Formarea aburului într-un lichid supraîncălzit.

D. Condensarea vaporilor suprasaturaţi.

2. Un dispozitiv pentru înregistrarea particulelor elementare, a cărui acțiune se bazează pe

formarea bulelor de abur într-un lichid supraîncălzit se numește

A. Emulsie cu peliculă groasă. B. Contor Geiger. B. Aparat foto.

G. camera Wilson. D. Camera cu bule.

3. O cameră cu nori este folosită pentru a studia radiațiile radioactive. Acțiunea sa se bazează pe faptul că atunci când o particulă încărcată rapid trece prin ea:
A. în gaz apare o dâră de picături de lichid; B. în gaz apare un impuls curent electric;
V. în placă se formează o imagine latentă a urmei acestei particule;

În lichid apare un fulger de lumină.

4.Ce este o pistă formată prin metoda emulsiei fotografice în strat gros?

A Lanț de picături de apă B. Lanț de bule de abur

V. Avalanșă de electroni G. Lanț de boabe de argint

5. Este posibilă detectarea particulelor neîncărcate folosind o cameră cu nor?

A. Este posibil dacă au o masă mică (electron)

B. Este posibil dacă au un mic impuls

B. Este posibil dacă au o masă mare (neutroni)

D. Este posibil dacă au un impuls mare D. Este imposibil

6. Cu ce ​​este umplută camera Wilson?

A. Apă sau vapori de alcool. B. Gaz, de obicei argon. B. Reactivi chimici

D. Hidrogen lichid sau propan încălzit aproape până la fierbere

7. Radioactivitatea este...

A. Capacitatea nucleelor ​​de a emite în mod spontan particule, în timp ce se transformă în nucleele altora

elemente chimice

B. Capacitatea nucleelor ​​de a emite particule, transformându-se în nuclee ale altor substanțe chimice

elemente

B. Capacitatea nucleelor ​​de a emite în mod spontan particule

D. Capacitatea nucleelor ​​de a emite particule

8. Alfa - radiatii- Acest

9. Radiația gamma- Acest

A. Fluxul de particule pozitive B. Fluxul de particule negative C. Fluxul de particule neutre

10. Ce este radiația beta?

11. În timpul dezintegrarii α, nucleul...

A. Se transformă în nucleul altui element chimic, care este mai aproape de două celule

începutul tabelului periodic

B. Se transformă în nucleul altui element chimic, care se află o celulă mai departe

de la începutul tabelului periodic

G. Rămâne nucleul aceluiași element cu numărul de masă redus cu unu.

12. Detectorul de radiații radioactive este plasat într-un loc închis cutie de carton cu o grosime a peretelui mai mare de 1 mm. Ce radiații poate detecta?

13. În ce se transformă uraniul-238 dupăα - si doiβ - despartiri?

14. Ce element ar trebui să înlocuiască X?

204 79 Au X + 0 -1 e

clasa a 11-a

Testul „Metode de înregistrare a particulelor elementare. Radioactivitate".

Opțiunea 2.

1. Un dispozitiv pentru înregistrarea particulelor elementare, a cărui acțiune se bazează pe

se numeste condensarea aburului suprasaturat

A. Camera B. Camera Wilson C. Emulsie cu peliculă groasă

D. Contor Geiger D. Camera cu bule

2.Un dispozitiv pentru înregistrarea radiațiilor nucleare, în care trecerea unui încărcat rapid

particulele provoacă apariția unei urme de picături de lichid într-un gaz, numit

A. Contor Geiger B. Camera de nor C. Emulsie cu peliculă groasă

D. Camera cu bule D. Ecran acoperit cu sulfură de zinc

3.Care dintre următoarele dispozitive pentru înregistrarea radiațiilor nucleare

trecerea unei particule încărcate rapid determină apariția unui impuls electric

curent în gaz?

A. Într-un contor Geiger B. Într-o cameră cu nori C. În emulsie fotografică

D. Într-un contor de scintilaţii.

4. Metoda de fotoemulsie pentru înregistrarea particulelor încărcate se bazează pe

A. Ionizare prin impact. B. Divizarea moleculelor de către o particulă încărcată în mișcare.

B. Formarea aburului într-un lichid supraîncălzit. D. Condensarea vaporilor suprasaturaţi.

D. Eliberarea de energie de către o particulă

5. O particulă încărcată face să apară o dâră de bule de vapori de lichid

A. Contor Geiger. B. Camera Wilson B. Emulsie foto.

D. Contor de scintilaţii. D. Camera cu bule

6. Cu ce ​​este umplută camera cu bule?

A. Apă sau vapori de alcool. B. Gaz, de obicei argon. B. Reactivi chimici.

D. Hidrogen lichid sau propan încălzit aproape până la fierbere.

7. Se introduce un recipient cu o substanță radioactivă

câmp magnetic, care provoacă fasciculul

radiațiile radioactive se descompun în trei

componente (vezi poza). Componente (3)

corespunde

A. Radiația gamma B. Radiația alfa

B. Radiația beta

8. Radiația beta- Acest

A. Fluxul de particule pozitive B. Fluxul de particule negative C. Fluxul de particule neutre

9. Ce este radiația alfa?

A. Fluxul de nuclee de heliu B. Fluxul de protoni C. Fluxul de electroni

D. Unde electromagnetice de înaltă frecvență

10. Ce este radiația gamma?

A. Fluxul de nuclee de heliu B. Fluxul de protoni C. Fluxul de electroni

D. Unde electromagnetice de înaltă frecvență

11. În timpul dezintegrarii β, nucleul...

A. Se transformă în nucleul altui element chimic, care se află o celulă mai departe

de la începutul tabelului periodic

B. Se transformă în nucleul altui element chimic, care este cu două celule mai aproape

începutul tabelului periodic

B. Rămâne nucleul aceluiași element cu același număr de masă

G. Rămâne nucleul aceluiași element cu numărul de masă redus cu unu

12 Care dintre cele trei tipuri de radiații are cea mai mare putere de penetrare?

A. Radiația gamma B. Radiația alfa C. Radiația beta

13. Nucleul cărui element chimic este produsul unei dezintegrare alfa

și două dezintegrari beta ale nucleului unui element dat 214 90 Th?

14.Ce element ar trebui să stea în schimbX?

TOATE LECȚIILE DE FIZICĂ Clasa a 11-a
NIVEL ACADEMIC

semestrul 2

FIZICA ATOMICA SI NUCLARA

LECȚIA 11/88

Subiect. Metode de înregistrare a radiațiilor ionizante

Scopul lecției: familiarizarea elevilor cu metode moderne detectarea și cercetarea particulelor încărcate.

Tip de lecție: lecție despre învățarea de material nou.

PLANUL LECȚIEI

Controlul cunoștințelor		1. Timpul de înjumătățire. 2. Legea dezintegrarii radioactive. 3. Relația dintre constanta timpului de înjumătățire și intensitatea radiației radioactive.
Demonstrații		2. Observarea urmelor de particule într-o cameră cu nori. 3. Fotografii ale urmelor de particule încărcate într-o cameră cu bule.
Învățarea de materiale noi		1. Structura și principiul de funcționare al contorului Geiger-Muller. 2. Camera de ionizare. 3. Camera de nor. 4. Camera cu bule. 5. Metoda fotoemulsie în strat gros.
Consolidarea materialului învățat		1. Întrebări calitative. 2. Învățarea rezolvării problemelor.

MATERIAL DE ÎNVĂȚARE NOU

Toate înregistrările moderne ale particulelor nucleare și radiațiilor pot fi împărțite în două grupuri:

a) metodele de calcul bazate pe utilizarea instrumentelor numără numărul de particule de un tip sau altul;

b) metode de urmărire care vă permit să recreați particule. Contorul Geiger-Muller este unul dintre cele mai importante dispozitive pentru numărarea automată a particulelor. Contorul funcționează pe baza ionizării de impact. O particulă încărcată zboară prin gaz, eliminând electronii din atomi și creând ioni pozitivi și electroni liberi. Câmpul electric dintre anod și catod accelerează electronii până la energiile la care începe ionizarea. Contorul Geiger-Muller este folosit în principal pentru înregistrarea electronilor și a razelor y.

Această cameră vă permite să măsurați dozele de radiații ionizante. De obicei, acesta este un condensator cilindric cu gaz între plăcile sale. Între plăci se aplică tensiune înaltă. În absența radiațiilor ionizante, practic nu există curent, iar în cazul iradierii unui gaz, în el apar particule încărcate libere (electroni și ioni) și curge un curent slab. Acest curent slab este amplificat și măsurat. Puterea curentului caracterizează efectul ionizant al radiațiilor (γ-quanta).

Camera Wilson creată în 1912 oferă oportunități mult mai mari pentru studierea microlumii. În această cameră, o particulă încărcată rapid lasă o urmă care poate fi observată direct sau fotografiată.

Acțiunea unei camere cu nori se bazează pe condensarea vaporilor suprasaturați pe ioni pentru a forma picături de apă. Acești ioni sunt creați de-a lungul traiectoriei sale de o particulă încărcată în mișcare. Picăturile formează o urmă vizibilă a particulei care a zburat pe lângă - o urmă.

Informațiile pe care le oferă urmările într-o cameră de nor este mult mai completă decât ceea ce pot oferi contoarele. Energia particulei poate fi determinată de lungimea pistei, iar viteza acesteia poate fi estimată prin numărul de picături pe unitatea de lungime a pistei.

Fizicienii ruși P. L. Kapitsa și D. V. Skobeltsin au propus plasarea unei camere cu nori într-un câmp magnetic uniform. Un câmp magnetic acționează asupra unei particule încărcate în mișcare cu o anumită forță. Această forță îndoaie traiectoria particulei fără a modifica modulul vitezei acesteia. În spatele curburii căii, se poate determina raportul dintre sarcina particulei și masa acesteia.

De obicei, urmele de particule într-o cameră cu nori nu sunt doar observate, ci și fotografiate.

în 1952, omul de știință american D. Glaser a propus utilizarea lichidului supraîncălzit pentru a detecta urmele de particule. În acest lichid, pe ionii formați în timpul mișcării unei particule încărcate rapid apar bule de vapori, care dau o urmă vizibilă. Camerele de acest tip au fost numite camere cu bule.

Avantajul camerei cu bule față de camera Wilson se datorează densității mai mari a substanței de lucru. Ca rezultat, traseele particulelor se dovedesc a fi destul de scurte, iar particulele chiar și cu energii mari „se blochează” în cameră. Acest lucru face posibilă observarea unei serii de transformări succesive ale unei particule și a reacțiilor provocate de aceasta.

Camerele cu nori și camerele cu bule sunt una dintre principalele surse de informații despre comportamentul și proprietățile particulelor.

Cea mai ieftină metodă de detectare a particulelor și radiațiilor este fotoemulsia. Se bazează pe faptul că o particulă încărcată, deplasându-se într-o emulsie fotografică, distruge moleculele de bromură de argint din boabele prin care a trecut. În timpul dezvoltării, argintul metalic este restabilit în cristale și un lanț de boabe de argint formează o urmă de particule. Lungimea și grosimea pistei pot fi utilizate pentru a estima energia și masa particulei.

ÎNTREBĂRI CĂTRE STUDENTI ÎN TIMPUL PREZENTĂRII DE MATERIAL NOU

Primul nivel

1. Este posibilă detectarea particulelor neîncărcate folosind o cameră cu nor?

2. Ce avantaje are o cameră cu bule față de o cameră cu nor?

Al doilea nivel

1. De ce particulele alfa nu sunt detectate folosind un contor Geiger-Muller?

2. Ce caracteristici ale particulelor pot fi determinate folosind o cameră cu nori plasată într-un câmp magnetic?

CONSTRUCȚIA MATERIALELOR ÎNVĂȚATE

1. Cum puteți folosi o cameră cu nor pentru a determina natura unei particule care a zburat prin cameră, energia și viteza acesteia?

2. În ce scop camera Wilson este uneori blocată cu un strat de plumb?

3. Unde este mai mare calea liberă medie a unei particule: la suprafața Pământului sau în straturile superioare ale atmosferei?

1. Figura prezintă o pistă a unei particule care se mișcă într-un câmp magnetic uniform cu o inducție magnetică de 100 mT, perpendicular pe planul figurii. Distanța dintre liniile grilei din figură este de 1 cm Care este viteza particulei?

2. Fotografia prezentată în figură a fost făcută într-o cameră cu nori umplută cu vapori de apă. Ce particulă ar putea zbura printr-o cameră cu nori? Săgeata arată direcția vitezei inițiale a particulei.

2. Sâmbătă: Nr. 17.49; 17,77; 17,78; 17,79; 17.80.

3. D: pregătiți pentru muncă independentă № 14.

SARCINI DIN AUTOMUNCĂ Nr.14 „NUCLEU ATOM. FORȚELE NUCLARE. RADIOACTIVITATE"

S-a produs dezintegrarea radiului 226 88 Ra

A Numărul de protoni din nucleu a scăzut cu 1.

S-ar forma un nucleu cu număr atomic 90.

B S-a format un nucleu cu numărul de masă 224.

D Se formează nucleul unui atom al altui element chimic.

O cameră cu nor este folosită pentru a detecta particulele încărcate.

Iar Camera Cloud vă permite să determinați doar numărul de particule care zboară.

Neutronii pot fi detectați folosind o cameră cu nori.

O particulă încărcată care zboară printr-o cameră cu nori face ca un lichid supraîncălzit să fiarbă.

D Prin plasarea unei camere cu nori într-un câmp magnetic, puteți determina semnul sarcinii particulelor care zboară.

Sarcina 3 are ca scop stabilirea unei corespondențe (pereche logică). Pentru fiecare rând indicat printr-o literă, selectați o declarație indicată printr-un număr.

Și Proton.

Ar Neutron.

În izotopi.

G particulă alfa.

1 Particulă neutră formată dintr-un proton și un neutron.

2 O particulă încărcată pozitiv formată din doi protoni și doi neutroni. Identic cu nucleul atomului de heliu

3 O particulă care nu are sarcină electrică și are o masă de 1,67 · 10-27 kg.

4 O particulă cu sarcină pozitivă, egală ca mărime cu sarcina unui electron și cu o masă de 1,67 × 10-27 kg.

5 nuclee cu același incarcare electrica, dar de mase diferite.

Ce izotop se formează din uraniu 23992 U după două descompuneri β și o descompunere? Scrieți ecuația reacției.

Metode de înregistrare și detectoare de particule

§ Calorimetric (pe baza energiei eliberate)

§ Emulsie foto

§ Camere cu bule și scântei

§ Detectoare de scintilaţie

§ Detectoare cu semiconductori

Astăzi pare aproape de necrezut câte descoperiri în fizica nucleului atomic au fost făcute folosind surse naturale de radiații radioactive cu energii de doar câțiva MeV și dispozitive simple de detectare. S-a descoperit nucleul atomic, s-au determinat dimensiunile lui, s-a observat pentru prima dată o reacție nucleară, s-a descoperit fenomenul de radioactivitate, s-a descoperit neutronul și protonul, s-a prezis existența neutrinilor etc. Detector principal de particule pentru o lungă perioadă de timp era o placă cu un strat de sulfură de zinc aplicat pe ea. Particulele au fost înregistrate cu ochii prin fulgerele de lumină pe care le-au produs în sulfura de zinc. Radiația Cherenkov a fost observată vizual pentru prima dată. Prima cameră cu bule în care Glaser a observat urme de particule a fost de dimensiunea unui degetar. Sursa particulelor de înaltă energie la acea vreme erau razele cosmice - particulele formate în spațiul cosmic. Noi particule elementare au fost observate pentru prima dată în razele cosmice. 1932 - a fost descoperit pozitronul (K. Anderson), 1937 - a fost descoperit muonul (K. Anderson, S. Nedermeyer), 1947 - a fost descoperit mezonul (Powell), 1947 - au fost descoperite particule ciudate (J. Rochester, K . Majordomul).

În timp, configurațiile experimentale au devenit din ce în ce mai complexe. Au fost dezvoltate tehnologia de accelerare și detecție a particulelor și electronică nucleară. Progresele în fizica nucleară și a particulelor sunt din ce în ce mai mult determinate de progresul în aceste domenii. Premiile Nobel pentru fizică sunt adesea acordate pentru munca în domeniul tehnologiei experimentale fizice.

Detectoarele servesc atât pentru a înregistra însuși faptul prezenței unei particule, cât și pentru a determina energia și impulsul acesteia, traiectoria particulei și alte caracteristici. Pentru a înregistra particulele, se folosesc adesea detectoare care sunt maxim sensibile la detectarea unei anumite particule și nu simt fondul mare creat de alte particule.

De obicei, în experimentele de fizică nucleară și a particulelor este necesar să se izoleze evenimentele „necesare” dintr-un fundal gigantic de evenimente „inutile”, poate unul la un miliard. Pentru a face acest lucru, folosesc diverse combinații de contoare și metode de înregistrare, folosesc scheme de coincidențe sau anti-coincidențe între evenimentele înregistrate de diverși detectoare, selectează evenimente în funcție de amplitudinea și forma semnalelor etc. Selectarea particulelor pe baza timpului lor de zbor la o anumită distanță între detectoare, analiza magnetică și alte metode sunt adesea utilizate care fac posibilă identificarea fiabilă a diferitelor particule.

Detectarea particulelor încărcate se bazează pe fenomenul de ionizare sau excitare a atomilor pe care aceștia îl provoacă în materialul detectorului. Aceasta este baza pentru lucrul unor detectoare precum o cameră cu nori, o cameră cu bule, o cameră cu scânteie, emulsii fotografice, scintilație de gaz și detectoare cu semiconductor. Particulele neîncărcate (cuante, neutroni, neutrini) sunt detectate de particulele încărcate secundare rezultate din interacțiunea lor cu substanța detector.

Neutrinii nu sunt detectați direct de detector. Ei poartă cu ei o anumită energie și un impuls. Lipsa energiei și impulsului poate fi detectată prin aplicarea legii conservării energiei și impulsului altor particule detectate în reacție.

Particulele care se descompun rapid sunt înregistrate de produsele lor de descompunere. Detectoarele care permit observarea directă a traiectoriilor particulelor au găsit o aplicație largă. Astfel, cu ajutorul unei camere Wilson plasate într-un câmp magnetic, s-au descoperit pozitronii, muonii și -mezonii, cu ajutorul unei camere cu bule - au fost înregistrate multe particule ciudate, cu ajutorul unei camere cu scântei, evenimente de neutrini etc. .

1. Contor Geiger. Un contor Geiger este, de regulă, un catod cilindric, de-a lungul axei căruia este întins un fir - anodul. Sistemul este umplut cu un amestec de gaze.

Când trece prin contor, o particulă încărcată ionizează gazul. Electronii rezultați, deplasându-se spre electrodul pozitiv - filamentul, care intră în regiunea unui câmp electric puternic, sunt accelerați și, la rândul lor, ionizează moleculele de gaz, ceea ce duce la o descărcare corona. Amplitudinea semnalului atinge câțiva volți și este ușor de înregistrat. Un contor Geiger înregistrează faptul că o particulă trece prin contor, dar nu măsoară energia particulei.

2. Contor proportional. Contorul proporțional are același design ca și contorul Geiger. Cu toate acestea, datorită selecției tensiunii de alimentare și a compoziției amestecului de gaz în contorul proporțional, atunci când gazul este ionizat de o particulă încărcată zburătoare, nu are loc o descărcare corona. Sub influența câmpului electric creat în apropierea electrodului pozitiv, particulele primare produc ionizare secundară și creează avalanșe electrice, ceea ce duce la o creștere a ionizării primare a particulei create care zboară prin contor de 10 3 - 10 6 ori. Un contor proporțional vă permite să înregistrați energia particulelor.

3. Camera de ionizare. La fel ca în contorul Geiger și contorul proporțional, în camera de ionizare este utilizat un amestec de gaz. Cu toate acestea, în comparație cu un contor proporțional, tensiunea de alimentare în camera de ionizare este mai mică și ionizarea nu crește în ea. În funcție de cerințele experimentului, fie numai componenta electronică a impulsului de curent, fie componentele electronice și ionice sunt utilizate pentru măsurarea energiei particulelor.

4. Detector cu semiconductor. Designul unui detector cu semiconductor, care este de obicei realizat din siliciu sau germaniu, este similar cu cel al unei camere de ionizare. Rolul gazului într-un detector cu semiconductor este jucat de o regiune sensibilă creată într-un anumit fel, în care stare normală nu există transportatori de taxe gratuite. Odată ce o particulă încărcată intră în această regiune, provoacă ionizarea în consecință, electronii apar în banda de conducție, iar găurile apar în banda de valență. Sub influența tensiunii aplicate pe suprafața electrozilor zonei sensibile, are loc mișcarea electronilor și a găurilor și se formează un impuls de curent. Încărcarea pulsului de curent transportă informații despre numărul de electroni și găuri și, în consecință, despre energia pe care particula încărcată a pierdut-o în regiunea sensibilă. Și, dacă particula a pierdut complet energie în zona sensibilă, prin integrarea pulsului de curent, se obține informații despre energia particulei. Detectoarele cu semiconductori au o rezoluție ridicată de energie.

Numărul de perechi de ioni nion într-un contor semiconductor este determinat de formula N ion = E/W,

unde E este energia cinetică a particulei, W este energia necesară pentru a forma o pereche de ioni. Pentru germaniu și siliciu, W ~ 3-4 eV și este egal cu energia necesară pentru tranziția unui electron din banda de valență în banda de conducție. Valoarea mică a lui W determină rezoluția mare a detectorilor cu semiconductori, în comparație cu alți detectoare în care energia particulei primare este cheltuită pentru ionizare (Eion >> W).

5. Camera de nor. Principiul de funcționare al unei camere cu nori se bazează pe condensarea vaporilor suprasaturați și pe formarea de picături vizibile de lichid pe ioni de-a lungul urmei unei particule încărcate care zboară prin cameră. Pentru a crea abur suprasaturat, are loc o expansiune adiabatică rapidă a gazului folosind un piston mecanic. După fotografiarea pistei, gazul din cameră este comprimat din nou, iar picăturile de pe ioni se evaporă. Câmpul electric din cameră servește la „curățarea” camerei de ioni formați în timpul ionizării anterioare a gazului

6. Camera cu bule. Principiul de funcționare se bazează pe fierberea lichidului supraîncălzit de-a lungul pistei unei particule încărcate. Camera cu bule este un vas umplut cu un lichid transparent supraîncălzit. Cu o scădere rapidă a presiunii, se formează un lanț de bule de vapori de-a lungul pistei particulei ionizante, care sunt iluminate de o sursă externă și fotografiate. După fotografiarea urmei, presiunea din cameră crește, bulele de gaz se prăbușesc și camera este gata de utilizare din nou. Hidrogenul lichid este utilizat ca fluid de lucru în cameră, care servește simultan ca țintă de hidrogen pentru studiul interacțiunii particulelor cu protonii.

Camera cu nori și camera cu bule au marele avantaj că toate particulele încărcate produse în fiecare reacție pot fi observate direct. Pentru a determina tipul de particule și impulsul acesteia, camerele cu nori și camerele cu bule sunt plasate într-un câmp magnetic. Camera cu bule are o densitate mai mare a materialului detector în comparație cu o cameră cu nor și, prin urmare, căile particulelor încărcate sunt complet conținute în volumul detectorului. Descifrarea fotografiilor din camerele cu bule prezintă o problemă separată, care necesită multă muncă.

7. Emulsii nucleare.În mod similar, așa cum se întâmplă în fotografia obișnuită, o particulă încărcată de-a lungul drumului său perturbă structura rețelei cristaline a granulelor de halogenură de argint, făcându-le capabile de dezvoltare. Emulsia nucleară este un mijloc unic pentru înregistrarea evenimentelor rare. Stivele de emulsii nucleare fac posibilă detectarea particulelor de energii foarte mari. Cu ajutorul lor, este posibil să se determine coordonatele traseului unei particule încărcate cu o precizie de ~ 1 micron. Emulsiile nucleare sunt utilizate pe scară largă pentru a detecta particulele cosmice pe baloane de sondare și nave spațiale.

8. Camera de scânteie. Camera de scânteie este formată din mai multe eclatoare plate combinate într-un singur volum. După ce o particulă încărcată trece prin camera de scânteie, un impuls scurt de tensiune de înaltă tensiune este aplicat electrozilor săi. Ca rezultat, de-a lungul pistei se formează un canal de scânteie vizibil. O cameră de scânteie plasată într-un câmp magnetic permite nu numai detectarea direcției de mișcare a unei particule, ci și determinarea tipului de particule și impulsul acesteia prin curbura traiectoriei. Dimensiunile electrozilor camerei de scânteie pot ajunge la câțiva metri.

9. Camera streamer. Acesta este un analog al unei camere de scânteie, cu o distanță mare între electrozi de ~ 0,5 m. Durata descărcării de înaltă tensiune furnizată eclatoarelor este de ~ 10 -8 s. Prin urmare, nu se formează o defalcare a scânteii, ci canale de lumină luminoase scurte separate - streamers. Mai multe particule încărcate pot fi detectate simultan într-o cameră streamer.

10. Camera proporțională. Camera proporțională are de obicei o formă plată sau cilindrică și este într-un anumit sens analogă cu un contor proporțional cu mai mulți electrozi. Electrozii de înaltă tensiune sunt distanțați la câțiva mm unul de celălalt. Particulele încărcate, care trec prin sistemul de electrozi, creează un impuls de curent pe fire cu o durată de ~10 -7 s. Prin înregistrarea acestor impulsuri din fire individuale, este posibil să se reconstituie traiectoria particulelor cu o precizie de câțiva microni. Timpul de rezoluție al unei camere proporționale este de câteva microsecunde. Rezoluția energetică a camerei proporționale este de ~5-10%.

11. Camera de deriva. Acesta este un analog al unei camere proporționale, care vă permite să restabiliți traiectoria particulelor cu o precizie și mai mare.

Camerele cu scânteie, streamer, proporționale și în derivă au multe dintre avantajele camerelor cu bule, permițându-le să fie declanșate de la un eveniment de interes, folosindu-le pentru a coincide cu detectoarele de scintilație.

12. Detector de scintilație. Un detector de scintilație folosește proprietatea anumitor substanțe de a străluci atunci când o particulă încărcată trece prin el. Cuantele de lumină produse în scintilator sunt apoi detectate folosind tuburi fotomultiplicatoare. Sunt utilizate atât scintilatoare cristaline, de exemplu NaI, BGO, cât și cele din plastic și lichide. Scintilatoarele cristaline sunt folosite în principal pentru înregistrarea razelor gamma și a razelor X, scintilatoarele din plastic și lichide sunt folosite pentru înregistrarea neutronilor și măsurători de timp. Volume mari de scintilatoare fac posibilă crearea de detectoare cu eficiență foarte mare pentru detectarea particulelor cu o secțiune transversală mică pentru interacțiunea cu materia.

13. Calorimetre. Calorimetrele sunt straturi alternative ale unei substanțe în care particulele de înaltă energie sunt decelerate (de obicei straturi de fier și plumb) și detectoare, care folosesc camere de scânteie și proporționale sau straturi de scintilatoare. Particulă ionizantă energie mare(E > 1010 eV), trecând prin calorimetru, creează un număr mare de particule secundare, care, interacționând cu materialul calorimetrului, la rândul lor creează particule secundare - formează o ploaie de particule în direcția de mișcare a particulei primare. . Măsurând ionizarea în camere de scânteie sau proporționale sau puterea de lumină a scintilatoarelor, pot fi determinate energia și tipul de particule.

14. Contor Cerenkov. Funcționarea unui contor Cherenkov se bazează pe înregistrarea radiației Cherenkov-Vavilov, care apare atunci când o particulă se mișcă într-un mediu cu o viteză v care depășește viteza de propagare a luminii în mediu (v > c/n). Lumina radiației Cherenkov este îndreptată înainte sub un unghi în direcția mișcării particulelor.

Radiația luminoasă este înregistrată cu ajutorul unui tub fotomultiplicator. Folosind un contor Cherenkov, puteți determina viteza unei particule și puteți selecta particulele după viteză.

Cel mai mare detector de apă în care sunt detectate particule folosind radiația Cherenkov este detectorul SuperKamiokande (Japonia). Detectorul are o formă cilindrică. Diametrul volumului de lucru al detectorului este de 39,3 m, înălțimea este de 41,4 m Masa detectorului este de 50 de tone, volumul de lucru pentru înregistrarea neutrinilor solari este de 22 de tone. Detectorul SuperKamiokande are 11.000 de tuburi fotomultiplicatoare care scanează ~40% din suprafața detectorului.

joc de aviator pentru bani fără înregistrare