11 клас
1 опция
1. Работата на брояча на Гайгер се основава на
А. Разделяне на молекули от движеща се заредена частица Б. Ударна йонизация.
Б. Освобождаване на енергия от частица. D. Образуване на пара в прегрята течност.
D. Кондензация на пренаситени пари.
2. Устройство за записване на елементарни частици, чието действие се основава на
образуването на парни мехурчета в прегрята течност се нарича
А. Дебел филм емулсия. Б. Гайгеров брояч. Б. Камера.
Камера на Г. Уилсън. D. Балонна камера.
3. За изследване на радиоактивното излъчване се използва облачна камера. Действието му се основава на факта, че когато бързо заредена частица преминава през него:
A. следа от течни капчици се появява в газа; Б. в газа се появява импулс на електрически ток;
V. в плочата се образува латентен образ на следата от тази частица;
В течността се появява светкавица.
4.Какво представлява пътека, образувана по метода на дебелослойна фотографска емулсия?
A Верига от водни капки B. Верига от парни мехурчета
V. Лавина от електрони G. Верига от сребърни зърна
5. Възможно ли е да се открият незаредени частици с помощта на облачна камера?
А. Възможно е, ако имат малка маса (електрон)
Б. Възможно е, ако имат малък импулс
B. Възможно е, ако имат голяма маса (неутрони)
Г. Възможно е, ако имат голям импулс Г. Невъзможно е
6. С какво е пълна камерата на Wilson?
А. Водни или алкохолни пари. B. Газ, обикновено аргон. Б. Химически реактиви
D. Течен водород или пропан, нагрят почти до кипене
7. Радиоактивността е...
А. Способността на ядрата спонтанно да излъчват частици, докато се превръщат в ядра на други
химически елементи
Б. Способността на ядрата да излъчват частици, докато се превръщат в ядра на други химикали
елементи
Б. Способността на ядрата спонтанно да излъчват частици
D. Способността на ядрата да излъчват частици
8. Алфа - радиация- Това
9. Гама радиация- Това
A. Поток от положителни частици B. Поток от отрицателни частици C. Поток от неутрални частици
10. Какво е бета радиация?
11. По време на α-разпадане ядрото...
А. Превръща се в ядрото на друг химичен елемент, който е с две клетки по-близо
началото на периодичната таблица
Б. Превръща се в ядрото на друг химичен елемент, който се намира една клетка по-нататък
от началото на периодичната система
G. Остава ядрото на същия елемент с масово число, намалено с единица.
12. Детекторът за радиоактивно излъчване се поставя в затворена картонена кутия с дебелина на стената над 1 mm. Каква радиация може да открие?
13. В какво се превръща уран-238 след товаα - и двеβ - раздяла?
14. Какъв елемент трябва да замени X?
204 79 Au X + 0 -1 e
11 клас
Тест „Методи за регистриране на елементарни частици. Радиоактивност“.
Вариант 2.
1. Устройство за записване на елементарни частици, чието действие се основава на
се нарича кондензация на пренаситена пара
A. Камера B. Камера на Wilson C. Емулсия с дебел слой
D. Гайгеров брояч D. Балонна камера
2.Уред за регистриране на ядрена радиация, при който преминаването на бърз зар
частици предизвиква появата на следа от течни капчици в газ, т.нар
A. Гайгеров брояч B. Облачна камера C. Емулсия с дебел слой
D. Балонна камера D. Сито, покрито с цинков сулфид
3. Кои от следните устройства за регистриране на ядрена радиация
преминаването на бърза заредена частица предизвиква появата на електрически импулс
ток в газ?
А. В брояч на Гайгер Б. В облачна камера В. Във фотографска емулсия
D. В сцинтилационен брояч.
4. Фотоемулсионният метод за запис на заредени частици се основава на
А. Ударна йонизация. Б. Разделяне на молекули от движеща се заредена частица.
Б. Образуване на пара в прегрята течност. D. Кондензация на пренаситени пари.
D. Освобождаване на енергия от частица
5. Заредена частица предизвиква появата на следа от мехурчета течна пара
А. Брояч на Гайгер. Б. Камера на Уилсън Б. Фотоемулсия.
D. Сцинтилационен брояч. D. Балонна камера
6. С какво се пълни мехурчестата камера?
А. Водни или алкохолни пари. B. Газ, обикновено аргон. Б. Химически реактиви.
D. Течен водород или пропан, нагрят почти до кипене.
7
. Поставен е контейнер с радиоактивно вещество
магнитно поле, предизвикващо лъча
радиоактивното излъчване се разпада на три
компоненти (вижте снимката). Компоненти (3)
отговаря
А. Гама лъчение Б. Алфа лъчение
Б. Бета радиация
8. Бета радиация- Това
A. Поток от положителни частици B. Поток от отрицателни частици C. Поток от неутрални частици
9. Какво е алфа радиация?
A. Поток на хелиеви ядра B. Поток на протони C. Поток на електрони
Г. Електромагнитни вълни с висока честота
10. Какво е гама лъчение?
A. Поток на хелиеви ядра B. Поток на протони C. Поток на електрони
Г. Електромагнитни вълни с висока честота
11. По време на β-разпадане ядрото...
А. Превръща се в ядрото на друг химичен елемент, който се намира една клетка по-нататък
от началото на периодичната система
Б. Трансформира се в ядрото на друг химичен елемент, който е с две клетки по-близо
началото на периодичната таблица
Б. Остава ядрото на същия елемент със същото масово число
G. Остава ядрото на същия елемент с масово число, намалено с единица
12 Кой от трите вида радиация има най-голяма проникваща способност?
A. Гама лъчение B. Алфа лъчение C. Бета лъчение
13. Ядрото на кой химичен елемент е продукт на един алфа разпад
и два бета разпада на ядрото на даден елемент 214 90 Th?
14. Кой елемент трябва да стои вместо негоX?
Методи за регистриране и детектори на частици
§ Калориметрични (на базата на освободена енергия)
§ Фото емулсия
§ Мехурчета и искрови камери
§ Сцинтилационни детектори
§ Полупроводникови детектори
Днес изглежда почти невероятно колко много открития във физиката на атомното ядро са направени с помощта на естествени източници на радиоактивно лъчение с енергия от само няколко MeV и прости устройства за откриване. Открито е атомното ядро, определени са неговите размери, за първи път е наблюдавана ядрена реакция, открито е явлението радиоактивност, открити са неутронът и протонът, предсказано е съществуването на неутрино и др. Дълго време основният детектор на частици беше плоча със слой от цинков сулфид, нанесен върху нея. Частиците са регистрирани с око от светлинните проблясъци, които произвеждат в цинковия сулфид. Лъчението на Черенков за първи път е наблюдавано визуално. Първата балонна камера, в която Глейзър наблюдава следи от частици, е с размерите на напръстник. Източник на високоенергийни частици по това време са космическите лъчи - частици, образувани в космическото пространство. Нови елементарни частици са наблюдавани за първи път в космическите лъчи. 1932 - открит е позитронът (К. Андерсън), 1937 - открит е мюонът (К. Андерсън, С. Недермайер), 1947 - открит е мезонът (Пауъл), 1947 - открити са странни частици (Дж. Рочестър, К. .Бътлър).
С течение на времето експерименталните настройки стават все по-сложни. Бяха разработени технологията за ускоряване и откриване на частици и ядрената електроника. Напредъкът в ядрената физика и физиката на елементарните частици все повече се определя от напредъка в тези области. Нобеловите награди по физика често се присъждат за работа в областта на физическите експериментални техники.
Детекторите служат както за регистриране на самия факт на присъствие на частица, така и за определяне на нейната енергия и импулс, траекторията на частицата и други характеристики. За регистриране на частици често се използват детектори, които са максимално чувствителни към детекцията на определена частица и не усещат големия фон, създаден от други частици.
Обикновено при експерименти в ядрената физика и физиката на елементарните частици е необходимо да се изолират „необходимите“ събития от гигантски фон от „ненужни“ събития, може би едно на милиард. За да направят това, те използват различни комбинации от броячи и методи за регистрация, използват схеми на съвпадения или антисъвпадения между събития, записани от различни детектори, избират събития въз основа на амплитудата и формата на сигналите и т.н. Често се използват селекция на частици въз основа на времето им на полет на определено разстояние между детекторите, магнитен анализ и други методи, които позволяват надеждно идентифициране на различни частици.
Откриването на заредени частици се основава на явлението йонизация или възбуждане на атоми, което те предизвикват в материала на детектора. Това е основата за работата на такива детектори като облачна камера, камера с мехурчета, камера с искри, фотографски емулсии, газови сцинтилационни и полупроводникови детектори. Незаредените частици (кванти, неутрони, неутрино) се откриват от вторично заредени частици в резултат на взаимодействието им с веществото на детектора.
Неутриното не се откриват директно от детектора. Те носят със себе си определена енергия и импулс. Липсата на енергия и импулс може да бъде открита чрез прилагане на закона за запазване на енергията и импулса към други частици, открити в реакцията.
Бързо разпадащите се частици се записват от техните разпадни продукти. Детектори, които позволяват директно наблюдение на траекториите на частиците, намериха широко приложение. Така с помощта на камера на Уилсън, поставена в магнитно поле, са открити позитроните, мюоните и -мезоните, с помощта на балонна камера - много странни частици, с помощта на искрова камера са записани неутрино събития и т.н. .
1. Гайгеров брояч. Броячът на Гайгер е като правило цилиндричен катод, по оста на който е опъната жица - анод. Системата е пълна с газова смес.
При преминаване през брояча заредена частица йонизира газа. Получените електрони, движейки се към положителния електрод - нишката, навлизайки в областта на силно електрическо поле, се ускоряват и от своя страна йонизират газовите молекули, което води до коронен разряд. Амплитудата на сигнала достига няколко волта и лесно се записва. Броячът на Гайгер записва факта, че една частица преминава през брояча, но не измерва енергията на частицата.
2. Пропорционален брояч.Пропорционалният брояч има същия дизайн като брояча на Гайгер. Въпреки това, поради избора на захранващото напрежение и състава на газовата смес в пропорционалния брояч, когато газът се йонизира от летяща заредена частица, не възниква коронен разряд. Под въздействието на електрическото поле, създадено в близост до положителния електрод, първичните частици произвеждат вторична йонизация и създават електрически лавини, което води до увеличаване на първичната йонизация на създадената частица, прелитаща през брояча, с 10 3 - 10 6 пъти. Пропорционален брояч ви позволява да записвате енергията на частиците.
3. Йонизационна камера.Точно както при брояча на Гайгер и пропорционалния брояч, в йонизационната камера се използва газова смес. Въпреки това, в сравнение с пропорционалния брояч, захранващото напрежение в йонизационната камера е по-ниско и йонизацията в нея не се увеличава. В зависимост от изискванията на експеримента, или само електронният компонент на токовия импулс, или електронните и йонните компоненти се използват за измерване на енергията на частиците.
4. Полупроводников детектор. Дизайнът на полупроводников детектор, който обикновено е направен от силиций или германий, е подобен на този на йонизационна камера. Ролята на газ в полупроводниковия детектор играе създадена по определен начин чувствителна област, в която в нормално състояние няма свободни носители на заряд. След като заредена частица навлезе в тази област, тя предизвиква йонизация; съответно в зоната на проводимост се появяват електрони, а във валентната зона се появяват дупки. Под въздействието на напрежението, приложено към повърхността на електродите на чувствителната зона, възниква движение на електрони и дупки и се образува токов импулс. Зарядът на токовия импулс носи информация за броя на електроните и дупките и съответно за енергията, която заредената частица е загубила в чувствителната област. И, ако частицата е загубила напълно енергия в чувствителната зона, чрез интегриране на токовия импулс се получава информация за енергията на частицата. Полупроводниковите детектори имат висока енергийна разделителна способност.
Броят на йонните двойки nion в полупроводников брояч се определя по формулата N ion = E/W,
където E е кинетичната енергия на частицата, W е енергията, необходима за образуване на една двойка йони. За германий и силиций W ~ 3-4 eV и е равна на енергията, необходима за прехода на електрона от валентната зона към зоната на проводимост. Малката стойност на W определя високата разделителна способност на полупроводниковите детектори, в сравнение с други детектори, в които енергията на първичната частица се изразходва за йонизация (Eion >> W).
5. Облачна камера.Принципът на работа на облачната камера се основава на кондензацията на свръхнаситени пари и образуването на видими капки течност върху йони по следите на заредена частица, летяща през камерата. За да се създаде свръхнаситена пара, се получава бързо адиабатно разширение на газа с помощта на механично бутало. След заснемане на пистата, газът в камерата се компресира отново и капчиците върху йоните се изпаряват. Електрическото поле в камерата служи за "почистване" на камерата от йони, образувани при предишната йонизация на газа
6. Балонна камера.Принципът на действие се основава на кипенето на прегрята течност по пистата на заредена частица. Балонната камера е съд, пълен с прозрачна прегрята течност. При бързо намаляване на налягането по пътя на йонизиращата частица се образува верига от мехурчета пара, които се осветяват от външен източник и се фотографират. След заснемане на следата, налягането в камерата се повишава, газовите мехурчета се свиват и камерата отново е готова за работа. Като работна течност в камерата се използва течен водород, който едновременно служи като водородна мишена за изследване на взаимодействието на частиците с протоните.
Облачната камера и камерата с мехурчета имат голямото предимство, че всички заредени частици, произведени при всяка реакция, могат да бъдат директно наблюдавани. За да се определи вида на частицата и нейния импулс, облачните камери и камерите с мехурчета се поставят в магнитно поле. Балонната камера има по-висока плътност на материала на детектора в сравнение с облачната камера и следователно пътищата на заредените частици се съдържат изцяло в обема на детектора. Дешифрирането на снимки от балонни камери представлява отделен, трудоемък проблем.
7. Ядрени емулсии.По същия начин, както се случва в обикновената фотография, заредена частица по пътя си нарушава структурата на кристалната решетка на зърната от сребърен халид, което ги прави способни да се развиват. Ядрената емулсия е уникално средство за запис на редки събития. Купчините ядрени емулсии позволяват откриването на частици с много висока енергия. С тяхна помощ можете да определите координатите на следа от заредена частица с точност до ~1 микрон. Ядрените емулсии се използват широко за откриване на космически частици върху сондажни балони и космически кораби.
8. Искрова камера.Искровата камера се състои от няколко плоски искрови междини, комбинирани в един обем. След като заредена частица премине през искровата камера, към нейните електроди се прилага кратък импулс с високо напрежение. В резултат на това по протежение на пистата се образува видим искров канал. Искрова камера, поставена в магнитно поле, позволява не само да се открие посоката на движение на частица, но и да се определи вида на частицата и нейния импулс по кривината на траекторията. Размерите на електродите на искровата камера могат да достигнат няколко метра.
9. Стримерна камера.Това е аналог на искрова камера, с голямо междуелектродно разстояние ~0,5 m. Продължителността на високоволтовия разряд, подаван към искровите междини, е ~10 -8 s. Следователно не се образува искров пробив, а отделни къси светещи светлинни канали - стримери. Няколко заредени частици могат да бъдат открити едновременно в стримерна камера.
10. Пропорционална камера.Пропорционалната камера обикновено има плоска или цилиндрична форма и в известен смисъл е аналогична на многоелектродния пропорционален брояч. Високоволтовите жични електроди са разположени на няколко mm един от друг. Заредените частици, преминавайки през системата от електроди, създават токов импулс върху проводниците с продължителност ~10 -7 s. Чрез записване на тези импулси от отделни проводници е възможно да се реконструира траекторията на частиците с точност до няколко микрона. Времето за разделителна способност на пропорционална камера е няколко микросекунди. Енергийната разделителна способност на пропорционалната камера е ~5-10%.
11. Дрифтова камера.Това е аналог на пропорционална камера, която ви позволява да възстановите траекторията на частиците с още по-голяма точност.
Искровите, стримерните, пропорционалните и дрейф камерите имат много от предимствата на камерите с мехурчета, позволявайки им да бъдат задействани от интересно събитие, като ги използват за съвпадане със сцинтилационни детектори.
12. Сцинтилационен детектор. Сцинтилационният детектор използва свойството на определени вещества да светят, когато заредена частица премине през него. Светлинните кванти, произведени в сцинтилатора, след това се откриват с помощта на фотоумножителни тръби. Използват се както кристални сцинтилатори, например NaI, BGO, така и пластмасови и течни. Кристалните сцинтилатори се използват главно за записване на гама лъчи и рентгенови лъчи, пластмасовите и течните сцинтилатори се използват за записване на неутрони и измервания на времето. Големите обеми сцинтилатори позволяват създаването на детектори с много висока ефективност за откриване на частици с малко напречно сечение за взаимодействие с материята.
13. Калориметри.Калориметрите са редуващи се слоеве от вещество, в което се забавят високоенергийни частици (обикновено слоеве от желязо и олово) и детектори, които използват искрови и пропорционални камери или слоеве от сцинтилатори. Йонизираща частица с висока енергия (E > 1010 eV), преминавайки през калориметъра, създава голям брой вторични частици, които, взаимодействайки с материала на калориметъра, от своя страна създават вторични частици - образуват дъжд от частици в посока на движение на първичната частица. Чрез измерване на йонизацията в искрови или пропорционални камери или светлинния изход на сцинтилатори може да се определи енергията и вида на частицата.
14. Брояч на Черенков.Работата на брояча на Черенков се основава на запис на лъчение на Черенков-Вавилов, което възниква, когато частица се движи в среда със скорост v, превишаваща скоростта на разпространение на светлината в средата (v > c/n). Светлината на лъчението на Черенков е насочена напред под ъгъл в посоката на движение на частиците.
Светлинното лъчение се записва с помощта на фотоумножителна тръба. С помощта на брояч на Черенков можете да определите скоростта на частица и да изберете частици по скорост.
Най-големият детектор за вода, в който се откриват частици с помощта на радиация на Черенков, е детекторът SuperKamiokande (Япония). Детекторът е с цилиндрична форма. Диаметърът на работния обем на детектора е 39,3 m, височината е 41,4 m, масата на детектора е 50 kton, работният обем за запис на слънчеви неутрино е 22 kton. Детекторът SuperKamiokande има 11 000 фотоумножителни тръби, които сканират ~40% от повърхността на детектора.
Първо, нека се запознаем с устройствата, благодарение на които възниква и започва да се развива физиката на атомното ядро и елементарните частици. Това са устройства за записване и изследване на сблъсъци и взаимни трансформации на ядра и елементарни частици. Те предоставят необходимата информация за събитията в микросвета. Принципът на действие на устройствата за запис на елементарни частици. Всяко устройство, което открива елементарни частици или движещи се атомни ядра, е като зареден пистолет с наведен чук. Малка сила при натискане на спусъка на пистолет предизвиква ефект, който не е сравним с изразходваното усилие - изстрел. Записващото устройство е повече или по-малко сложна макроскопична система, която може да е в нестабилно състояние. С малко смущение, причинено от преминаваща частица, започва процесът на преход на системата към ново, по-стабилно състояние. Този процес прави възможно регистриране на частица. В момента се използват много различни методи за откриване на частици. В зависимост от целите на експеримента и условията, в които се провежда, се използват определени записващи устройства, различаващи се помежду си по основните си характеристики. Газоразряден брояч на Гайгер. Броячът на Гайгер е едно от най-важните устройства за автоматично броене на частици. Броячът (фиг. 253) се състои от стъклена тръба, покрита отвътре с метален слой (катод) и тънка метална нишка, минаваща по оста на тръбата (анод). Тръбата е пълна с газ, обикновено аргон. Броячът работи на базата на ударна йонизация. Заредена частица (електрон, алфа частица и т.н.), прелитайки през газ, отнема електрони от атоми и създава положителни йони и свободни електрони. Електрическото поле между анода и катода (към тях се прилага високо напрежение) ускорява електроните до енергии, при които започва ударна йонизация. Получава се лавина от йони и токът през брояча рязко се увеличава. В този случай през товарния резистор R се генерира импулс на напрежение, който се подава към записващото устройство. За да може броячът да регистрира следващата частица, която го удари, лавинообразният разряд трябва да бъде угасен. Това става автоматично. Тъй като в момента на възникване на токовия импулс спадът на напрежението върху товарния резистор R е голям, напрежението между анода и катода намалява рязко - толкова много, че разрядът спира. Броячът на Гайгер се използва главно за запис на електрони и у-кванти (високоенергийни фотони). Въпреки това, y-квантите не се записват директно поради тяхната ниска йонизираща способност. За да ги открие, вътрешната стена на тръбата е покрита с материал, от който y-квантите избиват електрони. Броячът записва почти всички електрони, които влизат в него; Що се отнася до y-квантите, той регистрира приблизително само един y-квант от сто. Регистрацията на тежки частици (например a-частици) е трудна, тъй като е трудно да се направи достатъчно тънък прозорец в брояча, който да е прозрачен за тези частици. Понастоящем са създадени броячи, които работят на принципи, различни от брояча на Гайгер. Камера на Уилсън. Броячите ви позволяват само да регистрирате факта на преминаване на частица през тях и да записвате някои от неговите характеристики. В облачна камера, създадена през 1912 г., бързо заредена частица оставя следа, която може да бъде наблюдавана директно или фотографирана. Това устройство може да се нарече прозорец в микросвета, тоест света на елементарните частици и системите, състоящи се от тях. Действието на облачната камера се основава на кондензацията на свръхнаситени пари върху йони за образуване на водни капчици. Тези йони се създават по неговата траектория от движеща се заредена частица. Облачната камера е херметически затворен съд, пълен с вода или алкохолни пари, близки до насищане (фиг. 254). При рязко спускане на буталото, причинено от намаляване на налягането под него, парата в камерата се разширява адиабатично. В резултат на това се получава охлаждане и парата се пренасища. Това е нестабилно състояние на парата: парата кондензира лесно. Центровете на кондензация стават йони, които се образуват в работното пространство на камерата от летяща частица. Ако частица навлезе в камерата непосредствено преди или непосредствено след разширяването, по пътя й се появяват капчици вода. Тези капчици образуват видима следа от летящата частица - следа (фиг. 255). След това камерата се връща в първоначалното си състояние и йоните се отстраняват от електрическо поле. В зависимост от размера на камерата, времето за възстановяване на работния режим варира от няколко секунди до десетки минути. Информацията, която пистите в облачната камера предоставят, е много по-богата от тази, която могат да предоставят броячите. От дължината на пистата можете да определите енергията на частицата, а от броя на капчиците на единица дължина на пистата можете да оцените нейната скорост. Колкото по-дълга е следата на частицата, толкова по-голяма е нейната енергия. И колкото повече водни капки се образуват на единица дължина на пистата, толкова по-ниска е нейната скорост. Частиците с по-висок заряд оставят по-дебела следа. Съветските физици П. Л. Капица и Д. В. Скобелцин предложиха поставянето на облачна камера в еднородно магнитно поле. Магнитното поле действа върху движеща се заредена частица с определена сила (сила на Лоренц). Тази сила огъва траекторията на частицата, без да променя модула на нейната скорост. Колкото по-голям е зарядът на частицата и колкото по-малка е нейната маса, толкова по-голяма е кривината на пистата. От кривината на пистата може да се определи съотношението на заряда на частицата към нейната маса. Ако една от тези величини е известна, тогава другата може да бъде изчислена. Например, изчислете масата от заряда на частица и кривината на нейния път. Балонна камера. През 1952 г. американският учен Д. Глейзър предлага използването на прегрята течност за откриване на следи от частици. В такава течност се появяват парни мехурчета върху йоните, образувани по време на движението на бързо заредена частица, което дава видима следа. Камери от този тип се наричат балонни камери. В първоначалното си състояние течността в камерата е под високо налягане, което не позволява да кипи, въпреки факта, че температурата на течността е по-висока от точката на кипене при атмосферно налягане. При рязко намаляване на налягането течността се прегрява и за кратко време ще бъде в нестабилно състояние. Заредените частици, летящи точно по това време, причиняват появата на следи, състоящи се от парни мехурчета (фиг. 256). Използваните течности са основно течен водород и пропан. Работният цикъл на балонната камера е кратък - около 0,1 s. Предимството на балонната камера пред камерата на Уилсън се дължи на по-високата плътност на работното вещество. В резултат на това пътищата на частиците се оказват доста къси и частици дори с висока енергия се забиват в камерата. Това позволява да се наблюдават серия от последователни трансформации на частица и реакциите, които предизвиква. Следите от облачна камера и камера с мехурчета са един от основните източници на информация за поведението и свойствата на частиците. Наблюдаването на следи от елементарни частици създава силно впечатление и създава усещане за пряк контакт с микрокосмоса. Метод на дебелослойните фотоемулсии. За откриване на частици, наред с облачните камери и камерите с мехурчета, се използват дебелослойни фотографски емулсии. Йонизиращият ефект на бързо заредените частици върху емулсията на фотографска плака позволи на френския физик А. Бекерел да открие радиоактивността през 1896 г. Методът на фотоемулсията е разработен от съветските физици Л. В. Мисовски, А. П. Жданов и др. Фотоемулсията съдържа голям брой микроскопични кристали от сребърен бромид. Бързо заредена частица, проникваща в кристала, премахва електрони от отделни бромни атоми. Верига от такива кристали образува латентен образ. Когато се развие, металното сребро се редуцира в тези кристали и верига от сребърни зърна образува следа от частици (фиг. 257). Дължината и дебелината на следата могат да се използват за оценка на енергията и масата на частицата. Поради високата плътност на фотографската емулсия следите са много къси (от порядъка на 1(G3 cm за a-частици, излъчвани от радиоактивни елементи), но при фотографиране те могат да бъдат увеличени. Предимството на фотографските емулсии е, че Времето на експозиция може да бъде произволно. Това позволява да се регистрират редки явления. Важно е също така, че поради високата спирателна способност на фотоемулсиите се увеличава броят на интересните реакции между частиците и ядрата елементарни частици.Съвременните устройства за откриване на редки и много краткотрайни частици са много сложни.Е 1- Възможно ли е да се регистрират незаредени частици с помощта на облачна камера? имате над облачна камера?
ВСИЧКИ УРОЦИ ПО ФИЗИКА 11 клас
АКАДЕМИЧНО НИВО
2-ри семестър
АТОМНА И ЯДРЕНА ФИЗИКА
УРОК 11/88
Предмет. Методи за регистриране на йонизиращи лъчения
Цел на урока: запознаване на учениците със съвременните методи за откриване и изследване на заредени частици.
Тип урок: урок за изучаване на нов материал.
ПЛАН НА УРОКА
Контрол на знанията |
1. Период на полуразпад. 2. Законът за радиоактивното разпадане. 3. Връзка между константата на полуразпада и интензитета на радиоактивното излъчване. |
|
Демонстрации |
2. Наблюдение на следи от частици в облачна камера. 3. Снимки на следи от заредени частици в мехурчеста камера. |
|
Учене на нов материал |
1. Структурата и принципът на работа на брояча на Гайгер-Мюлер. 2. Йонизационна камера. 3. Облачна камера. 4. Балонна камера. 5. Метод на дебелослойна фотоемулсия. |
|
Затвърдяване на научения материал |
1. Качествени въпроси. 2. Научаване за решаване на проблеми. |
УЧЕНЕ НА НОВ МАТЕРИАЛ
Всички съвременни регистрации на ядрени частици и радиация могат да бъдат разделени на две групи:
а) изчислителни методи, базирани на използването на инструменти, отчитат броя на частиците от един или друг тип;
б) методи за проследяване, които ви позволяват да пресъздавате частици. Броячът на Гайгер-Мюлер е едно от най-важните устройства за автоматично броене на частици. Броячът работи на базата на ударна йонизация. Заредена частица лети през газа, отнемайки електрони от атомите и създавайки положителни йони и свободни електрони. Електрическото поле между анода и катода ускорява електроните до енергии, при които започва йонизацията. Броячът на Гайгер-Мюлер се използва главно за запис на електрони и γ-лъчи.
Тази камера ви позволява да измервате дози йонизиращо лъчение. Обикновено това е цилиндричен кондензатор с газ между плочите му. Между плочите се прилага високо напрежение. При липса на йонизиращо лъчение ток практически няма, а при облъчване на газ в него се появяват свободни заредени частици (електрони и йони) и протича слаб ток. Този слаб ток се усилва и измерва. Силата на тока характеризира йонизиращия ефект на радиацията (γ-кванти).
Камерата на Уилсън, създадена през 1912 г., предоставя много по-големи възможности за изучаване на микросвета. В тази камера бърза заредена частица оставя следа, която може да се наблюдава директно или да се снима.
Действието на облачната камера се основава на кондензацията на свръхнаситени пари върху йони за образуване на водни капчици. Тези йони се създават по неговата траектория от движеща се заредена частица. Капките образуват видима следа от прелетялата частица – следа.
Информацията, която пистите в облачната камера предоставят, е много по-пълна от това, което броячите могат да предоставят. Енергията на частицата може да се определи от дължината на пистата, а нейната скорост може да бъде оценена чрез броя на капчиците на единица дължина на пистата.
Руските физици П. Л. Капица и Д. В. Скобелцин предложиха поставянето на облачна камера в еднородно магнитно поле. Магнитното поле действа върху заредена движеща се частица с определена сила. Тази сила огъва траекторията на частицата, без да променя модула на нейната скорост. Зад кривината на пистата може да се определи съотношението на заряда на частицата към нейната маса.
Обикновено следите от частици в облачна камера не само се наблюдават, но и се фотографират.
през 1952 г. американският учен Д. Глейзър предложи използването на прегрята течност за откриване на следи от частици. В тази течност върху йоните, образувани по време на движението на бързо заредена частица, се появяват парни мехурчета, които дават видима следа. Камери от този тип се наричат балонни камери.
Предимството на балонната камера пред камерата на Уилсън се дължи на по-високата плътност на работното вещество. В резултат на това пътищата на частиците се оказват доста къси и частици дори с високи енергии „засядат“ в камерата. Това дава възможност да се наблюдават поредица от последователни трансформации на частица и предизвиканите от нея реакции.
Следите от облачна камера и камера с мехурчета са един от основните източници на информация за поведението и свойствата на частиците.
Най-евтиният метод за откриване на частици и радиация е фотоемулсията. Основава се на факта, че заредена частица, движейки се във фотографска емулсия, разрушава молекулите на сребърния бромид в зърната, през които е преминала. По време на разработката металното сребро се възстановява в кристалите и верига от сребърни зърна образува следа от частици. Дължината и дебелината на следата могат да се използват за оценка на енергията и масата на частицата.
ВЪПРОСИ КЪМ УЧЕНИЦИТЕ ПО ВРЕМЕ НА ПРЕДСТАВЯНЕ НА НОВ МАТЕРИАЛ
Първо ниво
1. Възможно ли е да се открият незаредени частици с помощта на облачна камера?
2. Какви предимства има камерата с мехурчета пред камерата с облак?
Второ ниво
1. Защо алфа частиците не се откриват с брояч на Гайгер-Мюлер?
2. Какви характеристики на частиците могат да бъдат определени с помощта на облачна камера, поставена в магнитно поле?
КОНСТРУКЦИЯ НА УЧЕБЕН МАТЕРИАЛ
1. Как можете да използвате облачна камера, за да определите природата на частица, която е прелетяла през камерата, нейната енергия и скорост?
2. С каква цел камерата на Wilson понякога се блокира със слой олово?
3. Къде свободният път на една частица е по-голям: на повърхността на Земята или в горните слоеве на атмосферата?
1. Фигурата показва следа на частица, движеща се в еднородно магнитно поле с магнитна индукция 100 mT, насочена перпендикулярно на равнината на фигурата. Разстоянието между линиите на решетката на фигурата е 1 см. Каква е скоростта на частицата?
2. Снимката, показана на фигурата, е направена в облачна камера, пълна с водна пара. Каква частица може да прелети през облачна камера? Стрелката показва посоката на началната скорост на частицата.
2. събота: 17.49 ч.; 17,77; 17,78; 17,79; 17.80.
3. Г: подготовка за самостоятелна работа №14.
ЗАДАЧИ ОТ САМОСТОЯТЕЛНА РАБОТА № 14 „АТОМНО ЯДРО. ЯДРЕНИ СИЛИ. РАДИОАКТИВНОСТ"
Настъпил е разпад на радий 226 88 Ra
A Броят на протоните в ядрото е намалял с 1.
Ще се образува ядро с атомен номер 90.
B Образува се ядро с масово число 224.
D Образува се ядрото на атом на друг химичен елемент.
За откриване на заредени частици се използва облачна камера.
А Cloud Chamber ви позволява да определите само броя на частиците, които прелитат.
Неутроните могат да бъдат открити с помощта на облачна камера.
Заредена частица, летяща през облачна камера, предизвиква кипене на прегрята течност.
D Като поставите облачна камера в магнитно поле, можете да определите знака на заряда на частиците, които летят.
Задача 3 има за цел установяване на съответствие (логическа двойка). За всеки ред, обозначен с буква, изберете твърдение, обозначено с число.
И Протон.
Би Неутрон.
В изотопи.
G Алфа частица.
1 Неутрална частица, образувана от един протон и един неутрон.
2 Положително заредена частица, образувана от два протона и два неутрона. Идентичен с ядрото на атома на хелия
3 Частица, която няма електрически заряд и има маса 1,67 · 10-27 kg.
4 Частица с положителен заряд, равен по големина на заряда на електрона и с маса 1,67 · 10-27 kg.
5 Ядра с еднакъв електрически заряд, но различни маси.
Какъв изотоп се образува от уран 23992 U след два β-разпада и един -разпад? Запишете уравнението на реакцията.
Облачната камера е детектор на елементарни заредени частици, в който следата (следата) на частица се образува от верига от малки капчици течност по траекторията на нейното движение. Изобретен от Чарлз Уилсън през 1912 г. (Нобелова награда 1927 г.). В облачна камера (виж Фиг. 7.2) следите от заредени частици стават видими поради кондензацията на пренаситени пари върху газови йони, образувани от заредената частица. Върху йоните се образуват капки течност, които нарастват до размер, достатъчен за наблюдение (10 -3 -10 -4 cm) и фотографиране при добро осветление. Пространствената разделителна способност на облачна камера обикновено е 0,3 mm. Работната среда най-често е смес от вода и алкохолни пари под налягане 0,1-2 атмосфери (водната пара кондензира главно върху отрицателни йони, алкохолната пара върху положителни). Пренасищането се постига чрез бързо намаляване на налягането поради разширяване на работния обем. Времето на чувствителност на камерата, през което свръхнасищането остава достатъчно за кондензация върху йоните, а самият обем е приемливо прозрачен (не е претоварен с капчици, включително фонови), варира от стотни от секундата до няколко секунди. След това е необходимо да почистите работния обем на камерата и да възстановите нейната чувствителност. Така облачната камера работи в цикличен режим. Общото време на цикъла обикновено е > 1 мин.
Възможностите на облачната камера се увеличават значително, когато се постави в магнитно поле. Въз основа на траекторията на заредена частица, извита от магнитно поле, се определя знакът на нейния заряд и импулс. С помощта на облачна камера през 1932 г. К. Андерсън открива позитрон в космическите лъчи.
Важно подобрение, удостоено с Нобелова награда през 1948 г. (P. Blackett), е създаването на контролирана камера на Wilson. Специални броячи избират събития, които трябва да бъдат записани от облачната камера, и „пускат“ камерата само за наблюдение на такива събития. Ефективността на облачна камера, работеща в този режим, се увеличава многократно. „Управляемостта“ на облачната камера се обяснява с факта, че е възможно да се осигури много висока скорост на разширение на газовата среда и камерата има време да реагира на задействащия сигнал на външните броячи.