11. klasse
1 Mulighed
1.Geigertællerens funktion er baseret på
A. Spaltning af molekyler af en bevægelig ladet partikel B. Impact ionization.
B. Frigivelse af energi fra en partikel. D. Dannelse af damp i en overophedet væske.
D. Kondensation af overmættede dampe.
2. En anordning til optagelse af elementære partikler, hvis virkning er baseret på
dannelsen af dampbobler i en overophedet væske kaldes
A. Tykfilmemulsion. B. Geigertæller. B. Kamera.
G. Wilson kammer. D. Boblekammer.
3. Et skykammer bruges til at studere radioaktiv stråling. Dens handling er baseret på det faktum, at når en hurtigt ladet partikel passerer gennem den:
A. et spor af væskedråber vises i gassen; B. en elektrisk strømimpuls opstår i gassen;
V. et latent billede af sporet af denne partikel dannes i pladen;
G. der kommer et lysglimt i væsken.
4.Hvad er et spor dannet af den tyktlags fotografiske emulsionsmetode?
A Kæde af vanddråber B. Kæde af dampbobler
V. Lavine af elektroner G. Kæde af sølvkorn
5. Er det muligt at detektere uladede partikler ved hjælp af et skykammer?
A. Det er muligt, hvis de har en lille masse (elektron)
B. Det er muligt, hvis de har en lille impuls
B. Det er muligt, hvis de har en stor masse (neutroner)
D. Det er muligt, hvis de har en stor impuls D. Det er umuligt
6. Hvad er Wilson-kammeret fyldt med?
A. Vand eller alkoholdamp. B. Gas, normalt argon. B. Kemiske reagenser
D. Flydende brint eller propan opvarmet næsten til kogning
7. Radioaktivitet er...
A. Kerners evne til spontant at udsende partikler, mens de bliver til andres kerner
kemiske elementer
B. Kerners evne til at udsende partikler, mens de bliver til kerner af andre kemikalier
elementer
B. Kerners evne til spontant at udsende partikler
D. Kerners evne til at udsende partikler
8. Alfa - stråling- Det her
9. Gammastråling- Det her
A. Strøm af positive partikler B. Strøm af negative partikler C. Strøm af neutrale partikler
10. Hvad er betastråling?
11. Under α-henfald vil kernen...
A. Forvandles til kernen af et andet kemisk grundstof, som er to celler tættere på
begyndelsen af det periodiske system
B. Omdannes til kernen af et andet kemisk grundstof, som er placeret en celle længere
fra begyndelsen af det periodiske system
G. Forbliver kernen af det samme grundstof med massetallet reduceret med én.
12. Den radioaktive strålingsdetektor placeres i en lukket papkasse med en vægtykkelse på mere end 1 mm. Hvilken stråling kan den registrere?
13. Hvad bliver uran-238 til efterα - og toβ - brud?
14. Hvilket element skal erstatte X?
204 79 Au X + 0 -1 e
11. klasse
Test "Metoder til registrering af elementarpartikler. Radioaktivitet".
Mulighed 2.
1. En anordning til optagelse af elementære partikler, hvis virkning er baseret på
kondensering af overmættet damp kaldes
A. Kamera B. Wilson-kammer C. Tykfilmemulsion
D. Geigertæller D. Boblekammer
2.En enhed til optagelse af nuklear stråling, hvor passage af en hurtig opladet
partikler forårsager udseendet af et spor af væskedråber i en gas, kaldet
A. Geigertæller B. Skykammer C. Tykfilmemulsion
D. Boblekammer D. Skærm belagt med zinksulfid
3.Hvilke af følgende anordninger til optagelse af nuklear stråling
passage af en hurtigt ladet partikel forårsager fremkomsten af en elektrisk impuls
strøm i gas?
A. I en geigertæller B. I et skykammer C. I fotografisk emulsion
D. I en scintillationstæller.
4. Fotoemulsionsmetoden til registrering af ladede partikler er baseret på
A. Impaktionisering. B. Spaltning af molekyler af en ladet partikel i bevægelse.
B. Dannelse af damp i en overophedet væske. D. Kondensation af overmættede dampe.
D. Frigivelse af energi fra en partikel
5. En ladet partikel får et spor af flydende dampbobler til at dukke op i
A. Geigertæller. B. Wilson-kammer B. Fotoemulsion.
D. Scintillationstæller. D. Boblekammer
6. Hvad er boblekammeret fyldt med?
A. Vand eller alkoholdamp. B. Gas, sædvanligvis argon. B. Kemiske reagenser.
D. Flydende brint eller propan opvarmet næsten til kogning.
7
. En beholder med et radioaktivt stof anbringes i
magnetisk felt, der forårsager strålen
radioaktiv stråling henfalder til tre
komponenter (se billede). Komponenter (3)
svarer
A. Gammastråling B. Alfastråling
B. Betastråling
8. Betastråling- Det her
A. Strøm af positive partikler B. Strøm af negative partikler C. Strøm af neutrale partikler
9. Hvad er alfastråling?
A. Flow af heliumkerner B. Flow af protoner C. Flow af elektroner
D. Elektromagnetiske bølger med høj frekvens
10. Hvad er gammastråling?
A. Flow af heliumkerner B. Flow af protoner C. Flow af elektroner
D. Elektromagnetiske bølger med høj frekvens
11. Under β-henfald vil kernen...
A. Omdannes til kernen af et andet kemisk grundstof, som er placeret en celle længere
fra begyndelsen af det periodiske system
B. Forvandles til kernen af et andet kemisk grundstof, som er to celler tættere på
begyndelsen af det periodiske system
B. Forbliver kernen af det samme grundstof med samme massetal
G. Forbliver kernen af det samme grundstof med massetallet reduceret med én
12 Hvilken af de tre typer stråling har den største gennemtrængende kraft?
A. Gammastråling B. Alfastråling C. Betastråling
13. Kernen af hvilket kemisk grundstof er produktet af et alfa-henfald
og to beta-henfald af kernen af et givet grundstof 214 90 Th?
14.Hvilket element skal stå i stedet forx?
Registreringsmetoder og partikeldetektorer
§ Kalorimetrisk (baseret på frigivet energi)
§ Fotoemulsion
§ Boble- og gnistkamre
§ Scintillationsdetektorer
§ Halvlederdetektorer
I dag virker det næsten utroligt, hvor mange opdagelser i atomkernens fysik, der er blevet gjort ved hjælp af naturlige kilder til radioaktiv stråling med energier på kun få MeV og simple detekteringsanordninger. Atomkernen blev opdaget, dens dimensioner blev bestemt, en nuklear reaktion blev observeret for første gang, fænomenet radioaktivitet blev opdaget, neutronen og protonen blev opdaget, eksistensen af neutrinoer blev forudsagt osv. I lang tid var hovedpartikeldetektoren en plade med et lag af zinksulfid aflejret på den. Partiklerne blev registreret med øjet af de lysglimt, de producerede i zinksulfidet. Cherenkov-stråling blev observeret visuelt for første gang. Det første boblekammer, hvor Glaser observerede partikelspor, var på størrelse med et fingerbøl. Kilden til højenergipartikler på det tidspunkt var kosmiske stråler - partikler dannet i det ydre rum. Nye elementarpartikler blev observeret for første gang i kosmiske stråler. 1932 - positronen blev opdaget (K. Anderson), 1937 - myonen blev opdaget (K. Anderson, S. Nedermeyer), 1947 - mesonen blev opdaget (Powell), 1947 - mærkelige partikler blev opdaget (J. Rochester, K. Butler).
Med tiden blev eksperimentelle opstillinger mere og mere komplekse. Teknologien til partikelacceleration og detektion og nuklear elektronik blev udviklet. Fremskridt inden for kerne- og partikelfysik er i stigende grad bestemt af fremskridt på disse områder. Nobelpriser i fysik uddeles ofte for arbejde inden for fysiske eksperimentelle teknikker.
Detektorer tjener både til at registrere selve tilstedeværelsen af en partikel og til at bestemme dens energi og momentum, partiklens bane og andre egenskaber. Til at registrere partikler bruges ofte detektorer, der er maksimalt følsomme over for detektion af en bestemt partikel og ikke fornemmer den store baggrund, der skabes af andre partikler.
Normalt i eksperimenter i kerne- og partikelfysik er det nødvendigt at isolere "nødvendige" begivenheder fra en gigantisk baggrund af "unødvendige" begivenheder, måske én ud af en milliard. For at gøre dette bruger de forskellige kombinationer af tællere og registreringsmetoder, bruger skemaer af tilfældigheder eller anti-sammenfald mellem hændelser optaget af forskellige detektorer, vælger hændelser baseret på amplitude og form af signaler osv. Udvælgelse af partikler baseret på deres flyvetid på en vis afstand mellem detektorer, magnetisk analyse og andre metoder bruges ofte, der gør det muligt pålideligt at identificere forskellige partikler.
Påvisningen af ladede partikler er baseret på fænomenet ionisering eller excitation af atomer, som de forårsager i detektormaterialet. Dette er grundlaget for arbejdet med sådanne detektorer som et skykammer, boblekammer, gnistkammer, fotografiske emulsioner, gasscintillations- og halvlederdetektorer. Uladede partikler (kvanter, neutroner, neutrinoer) detekteres af sekundært ladede partikler som følge af deres interaktion med detektorstoffet.
Neutrinoer detekteres ikke direkte af detektoren. De har en vis energi og impuls med sig. Manglen på energi og momentum kan detekteres ved at anvende loven om bevarelse af energi og momentum på andre partikler detekteret i reaktionen.
Hurtigt henfaldende partikler registreres af deres nedbrydningsprodukter. Detektorer, der tillader direkte observation af partikelbaner, har fundet bred anvendelse. Således blev ved hjælp af et Wilson-kammer placeret i et magnetfelt opdaget positron, myon og -mesoner, ved hjælp af et boblekammer - mange mærkelige partikler, ved hjælp af et gnistkammer, blev neutrino-begivenheder registreret mv. .
1. Geigertæller. En Geiger-tæller er som regel en cylindrisk katode, langs hvis akse en ledning strækkes - anoden. Systemet er fyldt med en gasblanding.
Når den passerer gennem tælleren, ioniserer en ladet partikel gassen. De resulterende elektroner, der bevæger sig mod den positive elektrode - glødetråden, der kommer ind i området af et stærkt elektrisk felt, accelereres og ioniserer igen gasmolekyler, hvilket fører til en koronaudladning. Signalamplituden når op på flere volt og registreres let. En geigertæller registrerer det faktum, at en partikel passerer gennem tælleren, men måler ikke partiklens energi.
2. Proportionaltæller. Proportionaltælleren har samme design som Geigertælleren. Men på grund af valget af forsyningsspændingen og sammensætningen af gasblandingen i proportionaltælleren, når gassen ioniseres af en flyvende ladet partikel, sker der ikke en koronaudladning. Under påvirkning af det elektriske felt, der dannes nær den positive elektrode, producerer de primære partikler sekundær ionisering og skaber elektriske laviner, hvilket fører til en stigning i den primære ionisering af den skabte partikel, der flyver gennem tælleren med 10 3 - 10 6 gange. En proportional tæller giver dig mulighed for at registrere partikelenergi.
3. Ioniseringskammer. Ligesom i Geigertælleren og proportionaltælleren bruges en gasblanding i ioniseringskammeret. Men sammenlignet med en proportional tæller er forsyningsspændingen i ioniseringskammeret lavere, og ioniseringen stiger ikke i det. Afhængigt af kravene til eksperimentet bruges enten kun den elektroniske komponent af strømimpulsen, eller elektronik- og ionkomponenterne til at måle partikelenergien.
4. Halvlederdetektor. Designet af en halvlederdetektor, som normalt er lavet af silicium eller germanium, svarer til et ioniseringskammers. Rollen af en gas i en halvlederdetektor spilles af et følsomt område skabt på en bestemt måde, hvor der i normal tilstand ikke er nogen gratis ladningsbærere. Når en ladet partikel kommer ind i denne region, forårsager den ionisering; følgelig opstår elektroner i ledningsbåndet, og huller vises i valensbåndet. Under påvirkning af spænding påført overfladen af de følsomme zoneelektroder opstår bevægelsen af elektroner og huller, og der dannes en strømimpuls. Ladningen af strømimpulsen bærer information om antallet af elektroner og huller og følgelig om den energi, som den ladede partikel har mistet i det følsomme område. Og hvis partiklen helt har mistet energi i det følsomme område, opnås information om partiklens energi ved at integrere den aktuelle puls. Halvlederdetektorer har høj energiopløsning.
Antallet af ionpar nion i en halvledertæller bestemmes af formlen N ion = E/W,
hvor E er partiklens kinetiske energi, W er den energi, der kræves for at danne ét par ioner. For germanium og silicium er W ~ 3-4 eV og er lig med den energi, der kræves til overgangen af en elektron fra valensbåndet til ledningsbåndet. Den lille værdi af W bestemmer den høje opløsning af halvlederdetektorer sammenlignet med andre detektorer, hvor energien af den primære partikel bruges på ionisering (Eion >> W).
5. Skykammer. Driftsprincippet for et skykammer er baseret på kondensering af overmættet damp og dannelsen af synlige dråber af væske på ioner langs sporet af en ladet partikel, der flyver gennem kammeret. For at skabe overmættet damp sker hurtig adiabatisk udvidelse af gassen ved hjælp af et mekanisk stempel. Efter fotografering af sporet komprimeres gassen i kammeret igen, og dråberne på ionerne fordamper. Det elektriske felt i kammeret tjener til at "rense" kammeret for ioner dannet under den tidligere ionisering af gassen
6. Boblekammer. Funktionsprincippet er baseret på kogning af overophedet væske langs sporet af en ladet partikel. Boblekammeret er en beholder fyldt med en gennemsigtig overophedet væske. Med et hurtigt fald i trykket dannes en kæde af dampbobler langs sporet af den ioniserende partikel, som belyses af en ekstern kilde og fotograferes. Efter at have fotograferet sporet stiger trykket i kammeret, gasboblerne kollapser og kameraet er klar til brug igen. Flydende brint bruges som arbejdsvæske i kammeret, der samtidig tjener som brintmål til undersøgelse af partiklers interaktion med protoner.
Skykammeret og boblekammeret har den store fordel, at alle de ladede partikler, der produceres i hver reaktion, kan observeres direkte. For at bestemme typen af partikel og dens momentum placeres skykamre og boblekamre i et magnetfelt. Boblekammeret har en højere densitet af detektormateriale sammenlignet med et skykammer, og derfor er stierne af ladede partikler fuldstændig indeholdt i detektorens volumen. Dechifrering af fotografier fra boblekamre udgør et separat, arbejdskrævende problem.
7. Nukleare emulsioner. På samme måde, som det sker i almindelig fotografering, forstyrrer en ladet partikel langs sin vej strukturen af krystalgitteret af sølvhalogenidkorn, hvilket gør dem i stand til at udvikle sig. Nuklear emulsion er et unikt middel til at registrere sjældne hændelser. Stabler af nukleare emulsioner gør det muligt at detektere partikler med meget høj energi. Med deres hjælp er det muligt at bestemme koordinaterne for sporet af en ladet partikel med en nøjagtighed på ~1 mikron. Nukleare emulsioner bruges i vid udstrækning til at detektere kosmiske partikler på balloner og rumfartøjer.
8. Gnistkammer. Gnistkammeret består af flere flade gnistgab kombineret i et volumen. Efter at en ladet partikel passerer gennem gnistkammeret, påføres en kort højspændingspuls til dens elektroder. Som et resultat dannes en synlig gnistkanal langs sporet. Et gnistkammer placeret i et magnetfelt gør det ikke kun muligt at detektere en partikels bevægelsesretning, men også at bestemme typen af partikel og dens momentum ved krumningen af banen. Dimensionerne af gnistkammerelektroderne kan nå flere meter.
9. Streamerkammer. Dette er en analog af et gnistkammer med en stor interelektrodeafstand på ~0,5 m. Varigheden af højspændingsudladningen, der leveres til gnistgabene, er ~10 -8 s. Derfor er det ikke et gnistsammenbrud, der dannes, men separate korte lysende lyskanaler - streamere. Flere ladede partikler kan detekteres samtidigt i et streamerkammer.
10. Proportionalt kammer. Proportionalkammeret har sædvanligvis en flad eller cylindrisk form og er i en vis forstand analog med en multielektrode-proportionaltæller. Højspændingsledningselektroderne er placeret flere mm fra hinanden. Ladede partikler, der passerer gennem elektrodersystemet, skaber en strømpuls på ledningerne med en varighed på ~10 -7 s. Ved at optage disse impulser fra individuelle ledninger er det muligt at rekonstruere partikelbanen med en nøjagtighed på flere mikrometer. Opløsningstiden for et proportionalkamera er flere mikrosekunder. Energiopløsningen af proportionalkammeret er ~5-10%.
11. Drivkammer. Dette er en analog af et proportionalkammer, som giver dig mulighed for at genoprette partiklernes bane med endnu større nøjagtighed.
Gnist-, streamer-, proportional- og driftkamre har mange af fordelene ved boblekamre, hvilket gør det muligt at udløse dem fra en begivenhed af interesse, ved at bruge dem til at falde sammen med scintillationsdetektorer.
12. Scintillationsdetektor. En scintillationsdetektor bruger visse stoffers egenskaber til at gløde, når en ladet partikel passerer gennem den. Lyskvanta produceret i scintillatoren detekteres derefter ved hjælp af fotomultiplikatorrør. Både krystallinske scintillatorer, f.eks. NaI, BGO, og plastik og flydende anvendes. Krystallinske scintillatorer bruges hovedsageligt til optagelse af gammastråler og røntgenstråler, plastik- og væskescintillatorer bruges til optagelse af neutroner og tidsmålinger. Store mængder scintillatorer gør det muligt at skabe detektorer med meget høj effektivitet til at detektere partikler med et lille tværsnit til interaktion med stof.
13. Kalorimetre. Kalorimetre er vekslende lag af et stof, hvori højenergipartikler decelereres (normalt lag af jern og bly) og detektorer, som bruger gnist- og proportionalkamre eller lag af scintillatorer. En ioniserende partikel med høj energi (E > 1010 eV), der passerer gennem kalorimeteret, danner et stort antal sekundære partikler, som i vekselvirkning med materialet i kalorimeteret igen skaber sekundære partikler - danner et regn af partikler i retningen bevægelse af den primære partikel. Ved at måle ionisering i gnist- eller proportionalkamre eller lysudbyttet fra scintillatorer kan energien og typen af partikel bestemmes.
14. Cherenkov tæller. Betjeningen af en Cherenkov-tæller er baseret på registrering af Cherenkov-Vavilov-stråling, som opstår, når en partikel bevæger sig i et medium med en hastighed v, der overstiger lysets udbredelseshastighed i mediet (v > c/n). Lyset af Cherenkov-stråling er rettet fremad i en vinkel i retning af partikelbevægelse.
Lysstråling optages ved hjælp af et fotomultiplikatorrør. Ved hjælp af en Cherenkov-tæller kan du bestemme hastigheden af en partikel og vælge partikler efter hastighed.
Den største vanddetektor, hvori partikler detekteres ved hjælp af Cherenkov-stråling, er SuperKamiokande-detektoren (Japan). Detektoren har en cylindrisk form. Diameteren af detektorens arbejdsvolumen er 39,3 m, højden er 41,4 m. Detektorens masse er 50 kton, arbejdsvolumen til optagelse af solneutrinoer er 22 kton. SuperKamiokande-detektoren har 11.000 fotomultiplikatorrør, der scanner ~40 % af detektoroverfladen.
Lad os først stifte bekendtskab med enheder, takket være hvilke atomkernens fysik og elementære partikler opstod og begyndte at udvikle sig. Disse er enheder til registrering og undersøgelse af kollisioner og gensidige transformationer af kerner og elementarpartikler. De giver den nødvendige information om begivenheder i mikroverdenen. Driftsprincippet for enheder til optagelse af elementære partikler. Enhver enhed, der registrerer elementære partikler eller bevægelige atomkerner, er som en ladet pistol med hammeren spændt. En lille mængde kraft, når du trykker på aftrækkeren på en pistol, forårsager en effekt, der ikke kan sammenlignes med den brugte indsats - et skud. En optageenhed er et mere eller mindre komplekst makroskopisk system, der kan være i en ustabil tilstand. Med en lille forstyrrelse forårsaget af en forbipasserende partikel begynder processen med overgangen af systemet til en ny, mere stabil tilstand. Denne proces gør det muligt at registrere en partikel. I øjeblikket anvendes mange forskellige partikeldetektionsmetoder. Afhængigt af formålet med eksperimentet og betingelserne, hvorunder det udføres, bruges visse optageapparater, der adskiller sig fra hinanden i deres hovedegenskaber. Gasudladningsgeigertæller. Geigertælleren er en af de vigtigste enheder til automatisk partikeltælling. Tælleren (fig. 253) består af et glasrør belagt på indersiden med et metallag (katode) og en tynd metaltråd, der løber langs rørets akse (anode). Røret er fyldt med gas, normalt argon. Tælleren fungerer baseret på stødionisering. En ladet partikel (elektron, alfapartikel osv.), der flyver gennem en gas, fjerner elektroner fra atomer og skaber positive ioner og frie elektroner. Det elektriske felt mellem anoden og katoden (højspænding påføres dem) accelererer elektronerne til energier, hvorved stødioniseringen begynder. En lavine af ioner opstår, og strømmen gennem tælleren stiger kraftigt. I dette tilfælde genereres en spændingsimpuls over belastningsmodstanden R, som føres til registreringsenheden. For at tælleren kan registrere den næste partikel, der rammer den, skal lavineudledningen slukkes. Dette sker automatisk. Da i det øjeblik strømimpulsen opstår, er spændingsfaldet over belastningsmodstanden R stort, falder spændingen mellem anode og katode kraftigt - så meget, at udladningen stopper. Geigertælleren bruges hovedsageligt til optagelse af elektroner og y-kvanter (højenergifotoner). Imidlertid registreres y-kvanter ikke direkte på grund af deres lave ioniserende evne. For at detektere dem er den indre væg af røret belagt med et materiale, hvorfra y-kvanter slår elektroner ud. Tælleren registrerer næsten alle de elektroner, der kommer ind i den; Hvad angår y-kvante, registrerer den cirka kun et y-kvantum ud af hundrede. Registrering af tunge partikler (f.eks. a-partikler) er vanskelig, da det er svært at lave et tilstrækkeligt tyndt vindue i tælleren, der er gennemsigtigt for disse partikler. I øjeblikket er der skabt tællere, der fungerer efter andre principper end Geiger-tælleren. Wilson kammer. Tællere giver dig kun mulighed for at registrere det faktum, at en partikel passerer gennem dem og registrere nogle af dens karakteristika. I et skykammer, skabt i 1912, efterlader en hurtigt ladet partikel et spor, som kan observeres direkte eller fotograferes. Denne enhed kan kaldes et vindue ind i mikroverdenen, det vil sige en verden af elementære partikler og systemer, der består af dem. Virkningen af et skykammer er baseret på kondensering af overmættet damp på ioner for at danne vanddråber. Disse ioner skabes langs dens bane af en ladet partikel i bevægelse. Et skykammer er et hermetisk lukket kar fyldt med vand eller alkoholdamp tæt på mætning (fig. 254). Når stemplet sænkes kraftigt, forårsaget af et fald i trykket under det, udvider dampen i kammeret sig adiabatisk. Som et resultat sker der afkøling, og dampen bliver overmættet. Dette er en ustabil tilstand af damp: damp kondenserer let. Kondensationscentrene bliver ioner, som dannes i kammerets arbejdsrum af en flyvende partikel. Hvis en partikel kommer ind i kammeret umiddelbart før eller umiddelbart efter ekspansion, dukker der vanddråber op på dens vej. Disse dråber danner et synligt spor af den flyvende partikel - et spor (fig. 255). Kammeret vender derefter tilbage til sin oprindelige tilstand, og ionerne fjernes af et elektrisk felt. Afhængigt af kameraets størrelse varierer tiden til at genoprette driftstilstanden fra flere sekunder til ti minutter. Den information, som spor i et skykammer giver, er meget rigere, end hvad tællere kan give. Ud fra sporets længde kan du bestemme partiklens energi, og ud fra antallet af dråber pr. længdeenhed af sporet kan du estimere dens hastighed. Jo længere partiklens spor, jo større er dens energi. Og jo flere vanddråber der dannes pr. længdeenhed af banen, jo lavere er dens hastighed. Partikler med en højere ladning efterlader et tykkere spor. De sovjetiske fysikere P. L. Kapitsa og D. V. Skobeltsyn foreslog at placere et skykammer i et ensartet magnetfelt. Et magnetfelt virker på en ladet partikel i bevægelse med en vis kraft (Lorentz-kraft). Denne kraft bøjer partiklens bane uden at ændre dens hastighedsmodul. Jo større ladning partiklen er og jo lavere dens masse, jo større krumning af sporet. Ud fra sporets krumning kan man bestemme forholdet mellem partiklens ladning og dens masse. Hvis en af disse mængder er kendt, så kan den anden beregnes. For eksempel, ud fra ladningen af en partikel og krumningen af dens spor, beregne massen. Boblekammer. I 1952 foreslog den amerikanske videnskabsmand D. Glazer at bruge overophedet væske til at detektere partikelspor. I en sådan væske opstår der dampbobler på ionerne dannet under bevægelsen af en hurtigt ladet partikel, hvilket giver et synligt spor. Kamre af denne type blev kaldt boblekamre. I starttilstanden er væsken i kammeret under højt tryk, hvilket forhindrer den i at koge, på trods af at væskens temperatur er højere end kogepunktet ved atmosfærisk tryk. Med et kraftigt fald i trykket bliver væsken overophedet, og i kort tid vil den være i en ustabil tilstand. Ladede partikler, der flyver på netop dette tidspunkt forårsager fremkomsten af spor bestående af dampbobler (fig. 256). De anvendte væsker er hovedsageligt flydende brint og propan. Boblekammerets driftscyklus er kort - omkring 0,1 s. Fordelen ved boblekammeret i forhold til Wilson-kammeret skyldes den højere densitet af arbejdsstoffet. Som følge heraf viser partikelvejene sig at være ret korte, og partikler med selv høje energier sætter sig fast i kammeret. Dette gør det muligt at observere en række successive transformationer af en partikel og de reaktioner, den forårsager. Skykammer- og boblekammerspor er en af de vigtigste kilder til information om partiklernes adfærd og egenskaber. At observere spor af elementarpartikler giver et stærkt indtryk og skaber en følelse af direkte kontakt med mikrokosmos. Metode til tyktlags fotografiske emulsioner. For at detektere partikler anvendes sammen med skykamre og boblekamre tyktlagsfotografiske emulsioner. Den ioniserende virkning af hurtigt ladede partikler på emulsionen af en fotografisk plade gjorde det muligt for den franske fysiker A. Becquerel at opdage radioaktivitet i 1896. Fotoemulsionsmetoden er udviklet af sovjetiske fysikere L.V. Mysovsky, A.P. Zhdanov m.fl. Fotoemulsionen indeholder et stort antal mikroskopiske krystaller af sølvbromid. En hurtigt ladet partikel, der trænger ind i krystallen, fjerner elektroner fra individuelle bromatomer. En kæde af sådanne krystaller danner et latent billede. Når det udvikles, reduceres metallisk sølv i disse krystaller, og en kæde af sølvkorn danner et partikelspor (fig. 257). Længden og tykkelsen af sporet kan bruges til at estimere energien og massen af partiklen. På grund af den fotografiske emulsions høje tæthed er sporene meget korte (i størrelsesordenen 1(G3 cm for a-partikler udsendt af radioaktive grundstoffer), men ved fotografering kan de øges. Fordelen ved fotografiske emulsioner er, at eksponeringstiden kan være vilkårligt lang. Dette tillader registrere sjældne fænomener. Det er også vigtigt, at antallet af observerede interessante reaktioner mellem partikler og kerner på grund af fotografiske emulsioners høje standseevne øges. Vi har ikke talt om alle de enheder, der registrerer elementarpartikler Moderne apparater til at detektere sjældne og meget kortlivede partikler er meget komplekse I Hundredvis af mennesker deltog i deres konstruktion E 1- Er det muligt at registrere uladede partikler ved hjælp af et skykammer 2. Hvilke fordele har en boble kammer have over et skykammer?
ALLE FYSIKUNDERVISNINGER 11. klasse
Akademisk NIVEAU
2. semester
ATOM- OG KERNEFYSIK
LEKTION 11/88
Emne. Metoder til registrering af ioniserende stråling
Formål med lektionen: at gøre eleverne fortrolige med moderne metoder til at detektere og studere ladede partikler.
Lektionstype: lektion om at lære nyt materiale.
LEKTIONSPLAN
Videnskontrol |
1. Halveringstid. 2. Loven om radioaktivt henfald. 3. Sammenhæng mellem halveringstidskonstanten og intensiteten af radioaktiv stråling. |
|
Demonstrationer |
2. Observation af partikelspor i et skykammer. 3. Fotografier af spor af ladede partikler i et boblekammer. |
|
At lære nyt stof |
1. Strukturen og funktionsprincippet for Geiger-Muller-tælleren. 2. Ioniseringskammer. 3. Skykammer. 4. Boblekammer. 5. Tyktlagsfotoemulsionsmetode. |
|
Forstærkning af det lærte materiale |
1. Kvalitative spørgsmål. 2. At lære at løse problemer. |
LÆR NYT MATERIALE
Alle moderne registreringer af nukleare partikler og stråling kan opdeles i to grupper:
a) beregningsmetoder baseret på brug af instrumenter tæller antallet af partikler af en eller anden type;
b) sporingsmetoder, der giver dig mulighed for at genskabe partikler. Geiger-Muller-tælleren er en af de vigtigste enheder til automatisk partikeltælling. Tælleren fungerer baseret på stødionisering. En ladet partikel flyver gennem gassen, fjerner elektroner fra atomer og skaber positive ioner og frie elektroner. Det elektriske felt mellem anoden og katoden accelererer elektronerne til energier, hvor ioniseringen begynder. Geiger-Muller-tælleren bruges hovedsageligt til optagelse af elektroner og γ-stråler.
Dette kamera giver dig mulighed for at måle doser af ioniserende stråling. Typisk er dette en cylindrisk kondensator med gas mellem pladerne. Der påføres højspænding mellem pladerne. I mangel af ioniserende stråling er der praktisk talt ingen strøm, og i tilfælde af bestråling af en gas opstår frie ladede partikler (elektroner og ioner) i den, og en svag strøm flyder. Denne svage strøm forstærkes og måles. Strømstyrken karakteriserer den ioniserende effekt af stråling (γ-kvanter).
Wilson-kammeret, der blev oprettet i 1912, giver meget større muligheder for at studere mikroverdenen. I dette kamera efterlader en hurtigt ladet partikel et spor, som kan observeres direkte eller fotograferes.
Virkningen af et skykammer er baseret på kondensering af overmættet damp på ioner for at danne vanddråber. Disse ioner skabes langs dens bane af en ladet partikel i bevægelse. Dråberne danner et synligt spor af den partikel, der fløj forbi - et spor.
Den information, som spor i et skykammer giver, er meget mere komplet, end hvad tællere kan give. Partiklens energi kan bestemmes af sporets længde, og dens hastighed kan estimeres ved antallet af dråber pr. længdeenhed af sporet.
Russiske fysikere P. L. Kapitsa og D. V. Skobeltsin foreslog at placere et skykammer i et ensartet magnetfelt. Et magnetfelt virker på en ladet partikel i bevægelse med en vis kraft. Denne kraft bøjer partiklens bane uden at ændre dens hastighedsmodul. Bag sporkrumningen kan man bestemme forholdet mellem partiklens ladning og dens masse.
Typisk bliver partikelspor i et skykammer ikke kun observeret, men også fotograferet.
i 1952 foreslog den amerikanske videnskabsmand D. Glaser at bruge overophedet væske til at detektere partikelspor. I denne væske opstår der dampbobler på ionerne dannet under bevægelsen af en hurtigt ladet partikel, som giver et synligt spor. Kamre af denne type blev kaldt boblekamre.
Fordelen ved boblekammeret i forhold til Wilson-kammeret skyldes den højere densitet af arbejdsstoffet. Som et resultat viser sig partikelveje at være ret korte, og partikler med selv høje energier "sætter sig fast" i kammeret. Dette gør det muligt at observere en række successive transformationer af en partikel og de reaktioner, den forårsager.
Skykammer- og boblekammerspor er en af de vigtigste kilder til information om partiklernes adfærd og egenskaber.
Den billigste metode til påvisning af partikler og stråling er fotoemulsion. Det er baseret på det faktum, at en ladet partikel, der bevæger sig i en fotografisk emulsion, ødelægger sølvbromidmolekylerne i de korn, som den passerede igennem. Under udviklingen genoprettes metallisk sølv i krystallerne, og en kæde af sølvkorn danner et partikelspor. Længden og tykkelsen af sporet kan bruges til at estimere energien og massen af partiklen.
SPØRGSMÅL TIL STUDENTER UNDER PRÆSENTATION AF NYT MATERIALE
Første niveau
1. Er det muligt at detektere uladede partikler ved hjælp af et skykammer?
2. Hvilke fordele har et boblekammer i forhold til et skykammer?
Andet niveau
1. Hvorfor detekteres alfapartikler ikke ved hjælp af en Geiger-Muller-tæller?
2. Hvilke egenskaber ved partikler kan bestemmes ved hjælp af et skykammer placeret i et magnetfelt?
KONSTRUKTION AF LÆRT MATERIALE
1. Hvordan kan du bruge et skykammer til at bestemme arten af en partikel, der er fløjet gennem kammeret, dens energi og hastighed?
2. Til hvilket formål er Wilson-kammeret nogle gange blokeret med et lag bly?
3. Hvor er den gennemsnitlige frie vej for en partikel større: ved Jordens overflade eller i de øverste lag af atmosfæren?
1. Figuren viser et spor af en partikel, der bevæger sig i et ensartet magnetfelt med en magnetisk induktion på 100 mT, vinkelret på figurens plan. Afstanden mellem gitterlinjerne i figuren er 1 cm Hvad er partiklens hastighed?
2. Fotografiet vist på figuren er taget i et skykammer fyldt med vanddamp. Hvilken partikel kan flyve gennem et skykammer? Pilen viser retningen af partiklens begyndelseshastighed.
2. Lør: nr. 17.49; 17,77; 17,78; 17,79; 17,80.
3. D: forberede sig til selvstændigt arbejde nr. 14.
OPGAVER FRA SELVARBEJDE nr. 14 ”ATOMKERNE. atomkræfter. RADIOAKTIVITET"
Nedbrydningen af radium 226 88 Ra har fundet sted
A Antallet af protoner i kernen faldt med 1.
En kerne med atomnummer 90 ville blive dannet.
B En kerne med massenummer 224 blev dannet.
D Kernen i et atom af et andet kemisk grundstof dannes.
Et skykammer bruges til at detektere ladede partikler.
Og Cloud Chamber giver dig kun mulighed for at bestemme antallet af partikler, der flyver forbi.
Neutroner kan påvises ved hjælp af et skykammer.
En ladet partikel, der flyver gennem et skykammer, får en overophedet væske til at koge.
D Ved at placere et skykammer i et magnetfelt kan du bestemme tegnet på ladningen af partikler, der flyver forbi.
Opgave 3 har til formål at etablere en korrespondance (logisk par). For hver linje angivet med et bogstav skal du vælge et udsagn angivet med et tal.
Og Proton.
Ville Neutron.
I isotoper.
G Alfa partikel.
1 neutral partikel dannet af en proton og en neutron.
2 En positivt ladet partikel dannet af to protoner og to neutroner. Identisk med Helium-atomets kerne
3 En partikel, der ikke har nogen elektrisk ladning og har en masse på 1,67 · 10-27 kg.
4 En partikel med en positiv ladning, svarende til ladningen af en elektron og med en masse på 1,67 10-27 kg.
5 kerner med samme elektriske ladning, men forskellige masser.
Hvilken isotop dannes af uran 23992 U efter to β-henfald og et -henfald? Skriv reaktionsligningen ned.
Et skykammer er en spordetektor af elementært ladede partikler, hvor sporet (sporet) af en partikel er dannet af en kæde af små dråber væske langs dens bevægelsesbane. Opfundet af Charles Wilson i 1912 (Nobelprisen 1927). I et skykammer (se fig. 7.2) bliver spor af ladede partikler synlige på grund af kondensering af overmættet damp på gasioner dannet af den ladede partikel. Der dannes væskedråber på ionerne, som vokser til en størrelse, der er tilstrækkelig til observation (10 -3 -10 -4 cm) og fotografering i god belysning. Den rumlige opløsning af et skykammer er typisk 0,3 mm. Arbejdsmediet er oftest en blanding af vand og alkoholdamp under et tryk på 0,1-2 atmosfærer (vanddamp kondenserer hovedsageligt på negative ioner, alkoholdamp på positive). Overmætning opnås ved hurtigt at reducere trykket på grund af udvidelse af arbejdsvolumenet. Kameraets følsomhedstid, hvor overmætningen forbliver tilstrækkelig til kondensering på ionerne, og selve volumenet er acceptabelt gennemsigtigt (ikke overbelastet med dråber, inklusive baggrundsdråber), varierer fra hundrededele af et sekund til flere sekunder. Efter dette er det nødvendigt at rense kameraets arbejdsvolumen og genoprette dets følsomhed. Skykammeret fungerer således i en cyklisk tilstand. Den samlede cyklustid er normalt > 1 min.
Et skykammers evner øges betydeligt, når det placeres i et magnetfelt. Baseret på banen for en ladet partikel, der er buet af et magnetfelt, bestemmes tegnet for dens ladning og momentum. Ved hjælp af et skykammer i 1932 opdagede K. Anderson en positron i kosmiske stråler.
En vigtig forbedring, der blev tildelt Nobelprisen i 1948 (P. Blackett), var skabelsen af et kontrolleret skykammer. Særlige tællere vælger hændelser, der skal optages af skykammeret, og "starter" kameraet kun for at observere sådanne hændelser. Effektiviteten af et skykammer, der opererer i denne tilstand, øges mange gange. Et skykammers "kontrollerbarhed" forklares ved, at det er muligt at sikre en meget høj ekspansionshastighed af det gasformige medium, og kammeret har tid til at reagere på udløsningssignalet fra eksterne tællere.