11. klass
1 Valik
1. Geigeri loenduri töö põhineb
A. Molekulide lõhenemine liikuva laetud osakese poolt B. Löögiionisatsioon.
B. Energia vabanemine osakese poolt. D. Auru teke ülekuumutatud vedelikus.
D. Üleküllastunud aurude kondenseerumine.
2. Seade elementaarosakeste registreerimiseks, mille toime põhineb
nimetatakse aurumullide teket ülekuumenenud vedelikus
A. Paksu kile emulsioon. B. Geigeri loendur. B. Kaamera.
G. Wilsoni kamber. D. Mullikamber.
3. Radioaktiivse kiirguse uurimiseks kasutatakse pilvekambrit. Selle tegevus põhineb asjaolul, et kui kiiresti laetud osake läbib seda:
A. gaasis ilmub vedelikupiiskade jälg; B. gaasis tekib elektrivooluimpulss;
V. plaadil moodustub selle osakese jälje varjatud kujutis;
G. vedelikku ilmub valgussähvatus.
4.Mis on paksukihilise fotograafilise emulsiooni meetodil moodustatud rada?
Veepiiskade kett B. Aurumullide ahel
V. Elektronide laviin G. Hõbedaterade ahel
5. Kas pilvekambri abil on võimalik tuvastada laenguta osakesi?
V. See on võimalik, kui neil on väike mass (elektronid)
B. See on võimalik, kui neil on väike impulss
B. See on võimalik, kui neil on suur mass (neutronid)
D. See on võimalik, kui neil on suur impulss D. See on võimatu
6. Millega on täidetud Wilsoni kamber?
A. Vee- või alkoholiaur. B. Gaas, tavaliselt argoon. B. Keemilised reaktiivid
D. Vedel vesinik või propaan, mis on kuumutatud peaaegu keemiseni
7. Radioaktiivsus on...
A. Tuumade võime spontaanselt eraldada osakesi, muutudes samal ajal teiste tuumadeks
keemilised elemendid
B. Tuumade võime eraldada osakesi, muutudes samal ajal teiste kemikaalide tuumadeks
elemendid
B. Tuumade võime spontaanselt eraldada osakesi
D. Tuumade võime eraldada osakesi
8. Alfa - kiirgus- See
9. Gamma kiirgus- See
A. Positiivsete osakeste vool B. Negatiivsete osakeste vool C. Neutraalsete osakeste vool
10. Mis on beetakiirgus?
11. α-lagunemise käigus tuum...
A. Muutub teise keemilise elemendi tuumaks, mis on kaks rakku lähemal
perioodilisuse tabeli algus
B. Muutub teise keemilise elemendi tuumaks, mis asub ühe raku võrra kaugemal
perioodilisuse tabeli algusest
G. Jääb ühe võrra vähendatud massiarvuga sama elemendi tuumaks.
12. Radioaktiivse kiirguse detektor asetatakse kinnisesse pappkarpi, mille seinapaksus on üle 1 mm. Millist kiirgust see tuvastab?
13. Milleks uraan-238 pärast muutubα - ja kaksβ - lahkuminekud?
14. Milline element peaks asendama X?
204 79 Au X + 0 -1 e
11. klass
Test “Elementaarosakeste registreerimise meetodid. Radioaktiivsus".
2. võimalus.
1. Seade elementaarosakeste registreerimiseks, mille toime põhineb
nimetatakse üleküllastunud auru kondenseerumist
A. Kaamera B. Wilsoni kamber C. Paksemulsioon
D. Geigeri loendur D. Mullikamber
2.Tuumakiirguse registreerimisseade, milles kiirlaetav läbimine
osakesed põhjustavad gaasis vedelate tilkade jälje, nn
A. Geigeri loendur B. Pilvekamber C. Paksemulsioon
D. Mullikamber D. Tsinksulfiidiga kaetud ekraan
3.Millised järgmistest seadmetest tuumakiirguse registreerimiseks
kiirelt laetud osakese läbimine põhjustab elektrilise impulsi ilmnemise
vool gaasis?
A. Geigeri loenduris B. Pilvekambris C. Fotomulsioonis
D. Stsintillatsiooniloenduris.
4. Laetud osakeste salvestamise fotoemulsioonimeetod põhineb
A. Löögiionisatsioon. B. Molekulide lõhenemine liikuva laetud osakese toimel.
B. Auru teke ülekuumutatud vedelikus. D. Üleküllastunud aurude kondenseerumine.
D. Energia vabanemine osakese poolt
5. Laetud osake põhjustab vedeliku aurumullide jälje
A. Geigeri loendur. B. Wilsoni kamber B. Fotoemulsioon.
D. Stsintillatsiooniloendur. D. Mullikamber
6. Millega on mullikamber täidetud?
A. Vee- või alkoholiaur. B. Gaas, tavaliselt argoon. B. Keemilised reaktiivid.
D. Vedel vesinik või propaan, mis on kuumutatud peaaegu keemiseni.
7
. Sellesse pannakse konteiner radioaktiivse ainega
magnetväli, mis põhjustab kiiret
radioaktiivne kiirgus laguneb kolmeks
komponendid (vt pilti). Komponendid (3)
vastab
A. Gammakiirgus B. Alfakiirgus
B. Beetakiirgus
8. Beeta kiirgus- See
A. Positiivsete osakeste vool B. Negatiivsete osakeste vool C. Neutraalsete osakeste vool
9. Mis on alfakiirgus?
A. Heeliumi tuumade voog B. Prootonite voog C. Elektronide voog
D. Kõrgsageduslikud elektromagnetlained
10. Mis on gammakiirgus?
A. Heeliumi tuumade voog B. Prootonite voog C. Elektronide voog
D. Kõrgsageduslikud elektromagnetlained
11. β-lagunemise ajal tuum...
A. Muutub teise keemilise elemendi tuumaks, mis asub ühe raku võrra kaugemal
perioodilisuse tabeli algusest
B. Muutub teise keemilise elemendi tuumaks, mis on kaks rakku lähemal
perioodilisuse tabeli algus
B. Jääb sama massinumbriga sama elemendi tuumaks
G. Jääb ühe võrra vähendatud massiarvuga sama elemendi tuumaks
12 Millisel kolmest kiirgustüübist on suurim läbitungiv jõud?
A. Gammakiirgus B. Alfakiirgus C. Beetakiirgus
13. Millise keemilise elemendi tuum on ühe alfalagunemise produkt
ja antud elemendi tuuma kaks beetalagunemist 214 90 Th?
14.Milline element peaks selle asemel seismaX?
Registreerimismeetodid ja osakestedetektorid
§ Kalorimeetriline (põhineb vabanenud energial)
§ Fotoemulsioon
§ Mulli- ja sädemekambrid
§ Stsintillatsioonidetektorid
§ Pooljuhtdetektorid
Tänapäeval tundub peaaegu uskumatu, kui palju avastusi aatomituuma füüsikas on tehtud vaid mõne MeV energiaga looduslike radioaktiivse kiirguse allikate ja lihtsate tuvastamisseadmete abil. Avastati aatomituum, määrati selle mõõtmed, esimest korda vaadeldi tuumareaktsiooni, avastati radioaktiivsuse fenomen, avastati neutron ja prooton, ennustati neutriinode olemasolu jne. Pikka aega oli põhiosakeste detektoriks plaat, millele oli ladestunud tsinksulfiidi kiht. Osakesed registreeriti silmaga tsinksulfiidis tekitatud valgussähvatuste abil. Tšerenkovi kiirgust vaadeldi visuaalselt esimest korda. Esimene mullikamber, milles Glaser osakeste jälgi jälgis, oli sõrmkübara suurune. Kõrge energiaga osakeste allikaks olid tol ajal kosmilised kiired – kosmoses tekkinud osakesed. Uusi elementaarosakesi täheldati esimest korda kosmilistes kiirtes. 1932 - avastati positron (K. Anderson), 1937 - avastati müüon (K. Anderson, S. Nedermeyer), 1947 - avastati meson (Powell), 1947 - avastati kummalised osakesed (J. Rochester, K Butler).
Aja jooksul muutusid eksperimentaalsed seadistused üha keerukamaks. Arendati välja osakeste kiirendamise ja tuvastamise tehnoloogia ning tuumaelektroonika. Tuuma- ja osakeste füüsika edusammud määravad üha enam nende valdkondade edusammud. Nobeli füüsikaauhindu antakse sageli töö eest füüsikaliste eksperimentaalsete tehnikate valdkonnas.
Detektorid on mõeldud nii osakese olemasolu fakti registreerimiseks kui ka selle energia ja impulsi, osakese trajektoori ja muude omaduste määramiseks. Osakeste registreerimiseks kasutatakse sageli detektoreid, mis on konkreetse osakese tuvastamise suhtes maksimaalselt tundlikud ega taju teiste osakeste tekitatud suurt tausta.
Tavaliselt on tuuma- ja osakeste füüsika katsetes vaja isoleerida "vajalikud" sündmused hiiglaslikust "mittevajalike" sündmuste taustast, võib-olla üks miljardist. Selleks kasutavad nad erinevaid loendurite ja registreerimismeetodite kombinatsioone, kasutavad erinevate detektoritega salvestatud sündmuste kokkulangevuse või anti-kokkusattumuste skeeme, valivad sündmusi signaalide amplituudi ja kuju järgi jne. Sageli kasutatakse osakeste valimist nende teatud detektorivahemaa lennuaja järgi, magnetanalüüsi ja muid meetodeid, mis võimaldavad erinevaid osakesi usaldusväärselt tuvastada.
Laetud osakeste tuvastamine põhineb ionisatsiooni või aatomite ergastumise nähtusel, mida nad põhjustavad detektori materjalis. See on selliste detektorite töö aluseks nagu pilvekamber, mullikamber, sädemekamber, fotograafilised emulsioonid, gaasistsintillatsiooni- ja pooljuhtdetektorid. Laenguta osakesed (kvandid, neutronid, neutriinod) tuvastatakse sekundaarse laenguga osakeste abil, mis tulenevad nende interaktsioonist detektorainega.
Neutriinosid detektor otseselt ei tuvasta. Nad kannavad endaga kaasas teatud energiat ja impulssi. Energia ja impulsi puudumist saab tuvastada, rakendades energia ja impulsi jäävuse seadust teiste reaktsioonis tuvastatud osakeste suhtes.
Kiiresti lagunevad osakesed registreeritakse nende lagunemissaaduste järgi. Osakeste trajektooride otsest jälgimist võimaldavad detektorid on leidnud laialdast rakendust. Nii avastati magnetvälja paigutatud Wilsoni kambri abil positronid, müonid ja -mesonid, mullikambri abil - palju kummalisi osakesi, sädekambri abil registreeriti neutriinosündmusi jne. .
1. Geigeri loendur. Geigeri loendur on reeglina silindriline katood, mille telge mööda on venitatud traat - anood. Süsteem on täidetud gaasiseguga.
Loendurit läbides ioniseerib laetud osake gaasi. Saadud elektronid, liikudes positiivse elektroodi - hõõgniit - suunas, sisenevad tugeva elektrivälja piirkonda, kiirendatakse ja omakorda ioniseerivad gaasimolekule, mis viib koroonalahenduseni. Signaali amplituud ulatub mitme voltini ja seda on lihtne salvestada. Geigeri loendur registreerib fakti, et osake läbib loenduri, kuid ei mõõda osakese energiat.
2. Proportsionaalne loendur. Proportsionaalsel loenduril on sama kujundus kui Geigeri loenduril. Toitepinge valiku ja gaasisegu koostise tõttu proportsionaalses loenduris aga lendava laetud osakese poolt gaasi ioniseerimisel koroonalahendust ei teki. Positiivse elektroodi lähedal tekkiva elektrivälja mõjul tekitavad primaarosakesed sekundaarset ionisatsiooni ja tekitavad elektrilaviine, mis viib läbi loenduri lendavate tekitatud osakeste primaarse ionisatsiooni suurenemiseni 10 3 - 10 6 korda. Proportsionaalne loendur võimaldab salvestada osakeste energiat.
3. Ionisatsioonikamber. Nii nagu Geigeri loenduris ja proportsionaalses loenduris, kasutatakse ka ionisatsioonikambris gaasisegu. Võrreldes proportsionaalse loenduriga on aga toitepinge ionisatsioonikambris madalam ja ionisatsioon selles ei suurene. Sõltuvalt katse nõuetest kasutatakse osakeste energia mõõtmiseks kas ainult vooluimpulsi elektroonilist komponenti või elektroonilisi ja ioonkomponente.
4. Pooljuhtdetektor. Tavaliselt ränist või germaaniumist valmistatud pooljuhtdetektori konstruktsioon sarnaneb ionisatsioonikambri omaga. Gaasi rolli pooljuhtdetektoris täidab teatud viisil loodud tundlik piirkond, milles normaalses olekus vabu laengukandjaid ei ole. Kui laetud osake siseneb sellesse piirkonda, põhjustab see ionisatsiooni; vastavalt sellele ilmuvad juhtivusriba elektronid ja valentsriba augud. Tundliku tsooni elektroodide pinnale rakendatud pinge mõjul toimub elektronide ja aukude liikumine ning moodustub vooluimpulss. Vooluimpulsi laeng kannab teavet elektronide ja aukude arvu kohta ning vastavalt ka energia kohta, mille laetud osake on tundlikus piirkonnas kaotanud. Ja kui osake on tundlikus piirkonnas energia täielikult kaotanud, saadakse vooluimpulsi integreerimisel teavet osakese energia kohta. Pooljuhtdetektoritel on kõrge energiaeraldusvõime.
Ioonipaaride nioon arv pooljuhtide loenduris määratakse valemiga N ioon = E/W,
kus E on osakese kineetiline energia, W on energia, mis on vajalik ühe ioonipaari moodustamiseks. Germaaniumi ja räni puhul W ~ 3-4 eV ja on võrdne energiaga, mis on vajalik elektroni üleminekuks valentsribalt juhtivusribale. W väike väärtus määrab pooljuhtdetektorite kõrge eraldusvõime, võrreldes teiste detektoritega, milles primaarosakese energia kulutatakse ionisatsioonile (Eion >> W).
5. Pilvekamber. Pilvekambri tööpõhimõte põhineb üleküllastunud auru kondenseerumisel ja ioonidele nähtavate vedelikupiiskade moodustumisel mööda kambrit lendava laetud osakese jälge. Üleküllastunud auru tekitamiseks toimub gaasi kiire adiabaatiline paisumine mehaanilise kolvi abil. Pärast raja pildistamist surutakse kambris olev gaas uuesti kokku ja ioonidel olevad tilgad aurustuvad. Kambri elektrivälja eesmärk on "puhastada" kambrit ioonidest, mis tekkisid gaasi eelmisel ionisatsioonil.
6. Mullikamber. Tööpõhimõte põhineb ülekuumendatud vedeliku keetmisel mööda laetud osakese rada. Mullikamber on läbipaistva ülekuumendatud vedelikuga täidetud anum. Rõhu kiire langusega moodustub ioniseeriva osakese rajal aurumullide ahel, mida valgustatakse välise allikaga ja pildistatakse. Pärast jälje pildistamist tõuseb rõhk kambris, gaasimullid kukuvad kokku ja kaamera on taas kasutusvalmis. Kambris kasutatakse töövedelikuna vedelat vesinikku, mis toimib samaaegselt vesiniku sihtmärgina osakeste ja prootonite vastastikmõju uurimisel.
Pilvekambril ja mullikambril on suur eelis, et kõiki igas reaktsioonis tekkivaid laetud osakesi saab vahetult jälgida. Osakese tüübi ja selle impulsi määramiseks asetatakse pilvekambrid ja mullikambrid magnetvälja. Mullikambris on pilvekambriga võrreldes suurem detektori materjali tihedus ja seetõttu on laetud osakeste teed täielikult detektori mahus. Fotode dešifreerimine mullikambritest kujutab endast omaette töömahukat probleemi.
7. Tuumaemulsioonid. Sarnaselt, nagu tavalises fotograafias, rikub laetud osake oma teekonnal hõbehalogeniidide terade kristallvõre struktuuri, muutes need arenemisvõimeliseks. Tuumaemulsioon on ainulaadne vahend haruldaste sündmuste registreerimiseks. Tuumamulsioonide virnad võimaldavad tuvastada väga suure energiaga osakesi. Nende abil on võimalik ~1 mikroni täpsusega määrata laetud osakese jälje koordinaadid. Tuumaemulsioone kasutatakse laialdaselt kosmiliste osakeste tuvastamiseks kõlavatel õhupallidel ja kosmoselaevadel.
8. Sädemekamber. Sädemekamber koosneb mitmest ühes mahus ühendatud lamedast sädemevahest. Pärast seda, kui laetud osake läbib sädemekambrit, rakendatakse selle elektroodidele lühike kõrgepinge pingeimpulss. Selle tulemusena moodustub raja äärde nähtav sädemekanal. Magnetvälja asetatud sädemekamber võimaldab mitte ainult tuvastada osakese liikumissuunda, vaid määrata ka osakese tüübi ja selle impulsi trajektoori kõveruse järgi. Sädemekambri elektroodide mõõtmed võivad ulatuda mitme meetrini.
9. Voolukamber. Tegemist on sädekambri analoogiga, suure elektroodidevahelise kaugusega ~0,5 m Sädemevahedesse antava kõrgepingelahenduse kestus ~10 -8 s. Seetõttu ei moodustu sädeme purunemine, vaid eraldi lühikesed helendavad valguskanalid - striimerid. Voolukambris saab korraga tuvastada mitut laetud osakest.
10. Proportsionaalne kamber. Proportsionaalkamber on tavaliselt lameda või silindrilise kujuga ja mõnes mõttes analoogne mitmeelektroodilise proportsionaalse loenduriga. Kõrgepingejuhtme elektroodid on üksteisest mitme mm kaugusel. Laetud osakesed, läbides elektroodide süsteemi, tekitavad juhtmetel vooluimpulsi kestusega ~10 -7 s. Neid impulsse üksikutelt juhtmetelt salvestades on võimalik rekonstrueerida osakeste trajektoor mitme mikroni täpsusega. Proportsionaalse kaamera eraldusvõime on mitu mikrosekundit. Proportsionaalse kambri energialahutusvõime on ~5-10%.
11. Triivikamber. See on proportsionaalse kambri analoog, mis võimaldab osakeste trajektoori veelgi suurema täpsusega taastada.
Säde-, voolu-, proportsionaalsetel ja triivimiskambritel on palju mullikambrite eeliseid, mis võimaldavad neid huvipakkuva sündmuse korral käivitada, kasutades neid stsintillatsioonidetektoritega kokkulangemiseks.
12. Stsintillatsioonidetektor. Stsintillatsioonidetektor kasutab teatud ainete omadust hõõguda, kui laetud osake seda läbib. Stsintillaatoris tekkivad valguskvandid tuvastatakse seejärel fotokordisti torude abil. Kasutatakse nii kristalseid stsintillaatoreid, näiteks NaI, BGO, kui ka plastilisi ja vedelaid. Kristallseid stsintillaatoreid kasutatakse peamiselt gamma- ja röntgenikiirguse salvestamiseks, plastist ja vedelikstsintillaatoreid kasutatakse neutronite ja aja mõõtmiseks. Suured stsintillaatorite mahud võimaldavad luua väga kõrge efektiivsusega detektoreid väikese ristlõikega osakeste tuvastamiseks ainega interaktsiooniks.
13. Kaloromeetrid. Kalorimeetrid on aine vahelduvad kihid, milles suure energiaga osakesi aeglustatakse (tavaliselt raua ja plii kihid) ja detektorid, mis kasutavad sädemeid ja proportsionaalseid kambreid või stsintillaatorite kihte. Kõrge energiaga (E > 1010 eV) ioniseeriv osake, mis läbib kalorimeetrit, tekitab suure hulga sekundaarseid osakesi, mis kalorimeetri materjaliga suheldes tekitavad omakorda sekundaarseid osakesi - moodustavad osakeste vihmasaju. primaarse osakese liikumisest. Mõõtes ionisatsiooni säde- või proportsionaalsetes kambrites või stsintillaatorite valgusvõimsust, saab määrata osakeste energia ja tüübi.
14. Tšerenkovi loendur. Tšerenkovi loenduri töö põhineb Tšerenkovi-Vavilovi kiirguse registreerimisel, mis tekib siis, kui osake liigub keskkonnas kiirusega v, mis ületab valguse levimiskiirust keskkonnas (v > c/n). Tšerenkovi kiirguse valgus on suunatud osakeste liikumise suunas nurga all ettepoole.
Valguskiirgust salvestatakse fotokordisti abil. Tšerenkovi loenduri abil saate määrata osakese kiiruse ja valida osakesed kiiruse järgi.
Suurim veedetektor, milles osakesi Tšerenkovi kiirgust kasutades tuvastatakse, on SuperKamiokande detektor (Jaapan). Detektor on silindrilise kujuga. Detektori töömahu läbimõõt on 39,3 m, kõrgus 41,4 m Detektori mass on 50 kilotonni, töömaht päikeseneutriinode salvestamiseks on 22 kilotonni. SuperKamiokande detektoril on 11 000 fotokordisti toru, mis skaneerivad ~40% detektori pinnast.
Kõigepealt tutvume seadmetega, tänu millele tekkis ja hakkas arenema aatomituuma ja elementaarosakeste füüsika. Need on seadmed tuumade ja elementaarosakeste kokkupõrgete ja vastastikuste transformatsioonide registreerimiseks ja uurimiseks. Nad annavad vajalikku teavet mikromaailma sündmuste kohta. Elementaarosakeste salvestamise seadmete tööpõhimõte. Iga seade, mis tuvastab elementaarosakesi või liikuvaid aatomituumasid, on nagu laetud relv, mille haamer on keeratud. Väike jõud relva päästikule vajutamisel põhjustab efekti, mis ei ole võrreldav kulutatud pingutusega – lasu. Salvestusseade on enam-vähem keeruline makroskoopiline süsteem, mis võib olla ebastabiilses olekus. Mööduv osakese põhjustatud väikese häirega algab süsteemi ülemineku protsess uude, stabiilsemasse olekusse. See protsess võimaldab osakest registreerida. Praegu kasutatakse palju erinevaid osakeste tuvastamise meetodeid. Sõltuvalt katse eesmärkidest ja selle läbiviimise tingimustest kasutatakse teatud salvestusseadmeid, mis erinevad üksteisest oma põhiomaduste poolest. Gaaslahendus Geigeri loendur. Geigeri loendur on osakeste automaatloenduse üks olulisemaid seadmeid. Loendur (joonis 253) koosneb klaastorust, mis on seest kaetud metallikihiga (katoodiga) ja peenikesest metallist niidist, mis kulgeb piki toru telge (anood). Toru täidetakse gaasiga, tavaliselt argooniga. Loendur töötab löökionisatsiooni alusel. Laetud osake (elektron, alfaosake jne), lendab läbi gaasi, eemaldab aatomitelt elektronid ning loob positiivseid ioone ja vabu elektrone. Anoodi ja katoodi vaheline elektriväli (neile rakendatakse kõrget pinget) kiirendab elektronid energiani, mille juures algab löökionisatsioon. Tekib ioonide laviin ja loendurit läbiv vool suureneb järsult. Sel juhul genereeritakse koormustakistile R pingeimpulss, mis suunatakse salvestusseadmesse. Selleks, et loendur registreeriks järgmise teda tabava osakese, tuleb laviiniheide kustutada. See juhtub automaatselt. Kuna hetkel ilmub vooluimpulss, on koormustakisti R pingelangus suur, väheneb anoodi ja katoodi vaheline pinge järsult - nii palju, et tühjenemine peatub. Geigeri loendurit kasutatakse peamiselt elektronide ja y-kvantide (kõrge energiaga footonite) registreerimiseks. Siiski ei registreerita y-kvante nende madala ioniseerimisvõime tõttu. Nende tuvastamiseks kaetakse toru sisesein materjaliga, millest y-kvandid löövad välja elektronid. Loendur registreerib peaaegu kõik sellesse sisenevad elektronid; Mis puudutab y-kvante, siis see registreerib ligikaudu ainult ühe y-kvanti sajast. Raskete osakeste (näiteks a-osakeste) registreerimine on keeruline, kuna letti on keeruline teha piisavalt õhukest akent, mis oleks nende osakeste jaoks läbipaistev. Praeguseks on loodud loendureid, mis töötavad muudel põhimõtetel kui Geigeri loendur. Wilsoni kamber. Loendurid võimaldavad registreerida ainult neid läbiva osakese fakti ja salvestada mõned selle omadused. 1912. aastal loodud pilvekambris jätab kiirelt laetud osake jälje, mida saab otse jälgida või pildistada. Seda seadet võib nimetada aknaks mikromaailma ehk elementaarosakeste ja neist koosnevate süsteemide maailma. Pilvekambri tegevus põhineb üleküllastunud aurude kondenseerumisel ioonidel, moodustades veepiiskad. Need ioonid luuakse mööda selle trajektoori liikuva laetud osakese poolt. Pilvekamber on hermeetiliselt suletud anum, mis on täidetud küllastuslähedase vee või alkoholiauruga (joonis 254). Kui kolb langeb järsult alla selle all oleva rõhu languse tõttu, laieneb kambris olev aur adiabaatiliselt. Selle tulemusena toimub jahtumine ja aur muutub üleküllastumaks. See on auru ebastabiilne olek: aur kondenseerub kergesti. Kondensatsioonikeskused muutuvad ioonideks, mis tekivad kambri tööruumis lendava osakese toimel. Kui osake siseneb kambrisse vahetult enne või vahetult pärast paisumist, ilmuvad selle teele veepiisad. Need tilgad moodustavad lendava osakese nähtava jälje – jälje (joonis 255). Seejärel naaseb kamber algsesse olekusse ja ioonid eemaldatakse elektrivälja toimel. Olenevalt kaamera suurusest ulatub töörežiimi taastamise aeg mõnest sekundist kümnete minutiteni. Teave, mida pilvekambris olevad rajad pakuvad, on palju rikkalikum kui loendurid. Raja pikkuse järgi saab määrata osakese energia ning tilkade arvu järgi raja pikkuseühiku kohta hinnata selle kiirust. Mida pikem on osakese jälg, seda suurem on selle energia. Ja mida rohkem veepiisku moodustub raja pikkuseühiku kohta, seda väiksem on selle kiirus. Suurema laenguga osakesed jätavad paksema jälje. Nõukogude füüsikud P. L. Kapitsa ja D. V. Skobeltsyn tegid ettepaneku paigutada pilvekamber ühtlasesse magnetvälja. Liikuvale laetud osakesele mõjub magnetväli teatud jõuga (Lorentzi jõud). See jõud painutab osakese trajektoori, muutmata selle kiiruse moodulit. Mida suurem on osakese laeng ja mida väiksem on selle mass, seda suurem on raja kumerus. Raja kõveruse järgi saab määrata osakese laengu ja selle massi suhte. Kui üks neist suurustest on teada, saab ka teise arvutada. Näiteks osakese laengu ja selle raja kõveruse põhjal arvutage mass. Mullikamber. 1952. aastal tegi Ameerika teadlane D. Glazer ettepaneku kasutada osakeste jälgede tuvastamiseks ülekuumendatud vedelikku. Sellises vedelikus tekivad kiirelt laetud osakese liikumisel tekkinud ioonidele aurumullid, mis annavad nähtava jälje. Seda tüüpi kambreid nimetati mullikambriteks. Algolekus on kambris olev vedelik kõrge rõhu all, mis ei lase sellel keeda, hoolimata asjaolust, et vedeliku temperatuur on kõrgem kui atmosfäärirõhu keemistemperatuur. Rõhu järsu langusega vedelik kuumeneb üle ja on lühikest aega ebastabiilses olekus. Täpselt sel ajal lendavad laetud osakesed põhjustavad aurumullidest koosnevate jälgede välimust (joonis 256). Kasutatavad vedelikud on peamiselt vedel vesinik ja propaan. Mullikambri töötsükkel on lühike - umbes 0,1 s. Mullikambri eelis Wilsoni kambri ees tuleneb töötava aine suuremast tihedusest. Selle tulemusena osutuvad osakeste rajad üsna lühikesteks ja isegi suure energiaga osakesed jäävad kambrisse kinni. See võimaldab jälgida osakeste järjestikuste teisenduste jada ja selle põhjustatud reaktsioone. Pilvekamber ja mullikambri jäljed on üks peamisi teabeallikaid osakeste käitumise ja omaduste kohta. Elementaarosakeste jälgede jälgimine jätab tugeva mulje ja tekitab mikrokosmosega otsekontakti tunde. Pakskihiliste fotoemulsioonide meetod. Osakeste tuvastamiseks kasutatakse koos pilvekambrite ja mullikambritega paksukihilisi fotoemulsioone. Kiirelt laetud osakeste ioniseeriv toime fotoplaadi emulsioonile võimaldas prantsuse füüsikul A. Becquerel 1896. aastal avastada radioaktiivsuse. Fotoemulsiooni meetodi töötasid välja Nõukogude füüsikud L. V. Mysovski, A. P. Ždanov jt. Fotoemulsioon sisaldab suurel hulgal hõbebromiidi mikroskoopilisi kristalle. Kiirelt laetud osake, mis tungib läbi kristalli, eemaldab üksikutelt broomiaatomitelt elektronid. Selliste kristallide ahel moodustab varjatud kujutise. Töötamisel taastub nendes kristallides metalliline hõbe ja hõbedaterade kett moodustab osakeste jälje (joonis 1). 257). Raja pikkust ja paksust saab kasutada osakese energia ja massi hindamiseks. Fotoemulsiooni suure tiheduse tõttu on rajad väga lühikesed (suurusjärgus 1(G3 cm radioaktiivsete elementide poolt eralduvate a-osakeste puhul), kuid pildistamisel saab neid suurendada. Fotoemulsioonide eeliseks on see, et säriaeg võib olla meelevaldselt pikk.See võimaldab registreerida haruldasi nähtusi.Oluline on ka see, et fotoemulsioonide suure pidurdusjõu tõttu suureneb osakeste ja tuumade vahel täheldatud huvitavate reaktsioonide arv.Kõigist registreerivatest seadmetest pole rääkinud. elementaarosakesed Kaasaegsed seadmed haruldaste ja väga lühiealiste osakeste tuvastamiseks on väga keerulised Aastal Nende ehitamisel osales sadu inimesi E 1- Kas laenguta osakesi on võimalik registreerida pilvekambri abil 2. Milliseid eeliseid annab mull kambril on pilvekamber?
KÕIK FÜÜSIKATUNNID 11. klass
AKADEEMILINE TASE
2. semester
Aatomi- JA TUUMAFÜÜSIKA
TUND 11/88
Teema. Ioniseeriva kiirguse registreerimismeetodid
Tunni eesmärk: tutvustada õpilasi laetud osakeste tuvastamise ja uurimise kaasaegsete meetoditega.
Tunni tüüp: õppetund uue materjali õppimiseks.
TUNNIPLAAN
Teadmiste kontroll |
1. Poolväärtusaeg. 2. Radioaktiivse lagunemise seadus. 3. Poolväärtusaja konstandi ja radioaktiivse kiirguse intensiivsuse vaheline seos. |
|
Meeleavaldused |
2. Osakeste jälgede vaatlemine pilvekambris. 3. Fotod laetud osakeste jälgedest mullikambris. |
|
Uue materjali õppimine |
1. Geiger-Mülleri loenduri struktuur ja tööpõhimõte. 2. Ionisatsioonikamber. 3. Pilvekamber. 4. Mullikamber. 5. Pakskihilise fotoemulsiooni meetod. |
|
Õpitud materjali tugevdamine |
1. Kvalitatiivsed küsimused. 2. Probleemide lahendamise õppimine. |
UUE MATERJALI ÕPPIMINE
Kõik kaasaegsed tuumaosakeste ja kiirguse registreerimised võib jagada kahte rühma:
a) instrumentide kasutamisel põhinevad arvutusmeetodid loendavad üht või teist tüüpi osakeste arvu;
b) jälgimismeetodid, mis võimaldavad osakesi uuesti luua. Geigeri-Mülleri loendur on osakeste automaatloenduse üks olulisemaid seadmeid. Loendur töötab löökionisatsiooni alusel. Laetud osake lendab läbi gaasi, eemaldades elektronid aatomitelt ning luues positiivseid ioone ja vabu elektrone. Anoodi ja katoodi vaheline elektriväli kiirendab elektronid energiani, mille juures ionisatsioon algab. Geigeri-Mülleri loendurit kasutatakse peamiselt elektronide ja γ-kiirte registreerimiseks.
See kaamera võimaldab mõõta ioniseeriva kiirguse doose. Tavaliselt on see silindriline kondensaator, mille plaatide vahel on gaas. Plaatide vahele rakendatakse kõrgepinge. Ioniseeriva kiirguse puudumisel vool praktiliselt puudub ja gaasi kiiritamisel tekivad sellesse vabad laetud osakesed (elektronid ja ioonid) ning voolab nõrk vool. Seda nõrka voolu võimendatakse ja mõõdetakse. Voolutugevus iseloomustab kiirguse ioniseerivat toimet (γ-kvante).
1912. aastal loodud Wilsoni kamber annab palju suuremad võimalused mikromaailma uurimiseks. Selles kaameras jätab kiirelt laetud osake jälje, mida saab otse jälgida või pildistada.
Pilvekambri tegevus põhineb üleküllastunud aurude kondenseerumisel ioonidel, moodustades veepiiskad. Need ioonid luuakse mööda selle trajektoori liikuva laetud osakese poolt. Piisakesed moodustavad nähtava jälje mööda lennanud osakesest – jälje.
Teave, mida pilvekambris olevad rajad pakuvad, on palju täielikum kui loendurid. Osakese energiat saab määrata raja pikkuse järgi ja selle kiirust saab hinnata tilkade arvu järgi raja pikkuseühiku kohta.
Vene füüsikud P. L. Kapitsa ja D. V. Skobeltsin tegid ettepaneku paigutada pilvekamber ühtlasesse magnetvälja. Magnetväli mõjub laetud liikuvale osakesele teatud jõuga. See jõud painutab osakese trajektoori, muutmata selle kiiruse moodulit. Rööbastee kõveruse taga saab määrata osakese laengu ja selle massi suhte.
Tavaliselt pilvekambris olevaid osakeste jälgi mitte ainult ei vaadelda, vaid ka pildistatakse.
1952. aastal tegi Ameerika teadlane D. Glaser ettepaneku kasutada osakeste jälgede tuvastamiseks ülekuumendatud vedelikku. Selles vedelikus tekivad kiirelt laetud osakese liikumisel tekkinud ioonidele aurumullid, mis annavad nähtava jälje. Seda tüüpi kambreid nimetati mullikambriteks.
Mullikambri eelis Wilsoni kambri ees tuleneb töötava aine suuremast tihedusest. Selle tulemusena osutuvad osakeste teed üsna lühikeseks ja isegi suure energiaga osakesed "jäävad" kambrisse kinni. See võimaldab jälgida osakese järjestikuste teisenduste jada ja sellest põhjustatud reaktsioone.
Pilvekamber ja mullikambri jäljed on üks peamisi teabeallikaid osakeste käitumise ja omaduste kohta.
Odavaim meetod osakeste ja kiirguse tuvastamiseks on fotoemulsioon. See põhineb asjaolul, et fotograafilises emulsioonis liikuv laetud osake hävitab hõbebromiidi molekulid terades, millest see läbi läks. Arendamise käigus taastatakse kristallides metalliline hõbe ja hõbedaterade kett moodustab osakeste jälje. Raja pikkust ja paksust saab kasutada osakese energia ja massi hindamiseks.
KÜSIMUSED ÕPILASELE UUE MATERJALI ESITUSE AJAL
Esimene tase
1. Kas pilvekambri abil on võimalik tuvastada laenguta osakesi?
2. Millised eelised on mullikambril pilvekambri ees?
Teine tase
1. Miks ei tuvastata alfaosakesi Geigeri-Mülleri loenduri abil?
2. Milliseid osakeste omadusi saab määrata magnetvälja asetatud pilvekambri abil?
ÕPPEMATERJALI EHITUS
1. Kuidas saab pilvekambri abil määrata läbi kambri lennanud osakese olemust, energiat ja kiirust?
2. Mis eesmärgil on Wilsoni kamber mõnikord pliikihiga blokeeritud?
3. Kus on osakese keskmine vaba teekond suurem: kas Maa pinnal või atmosfääri ülemistes kihtides?
1. Joonisel on kujutatud 100 mT magnetilise induktsiooniga ühtlases magnetväljas liikuva osakese jälg, mis on risti joonise tasapinnaga. Võrgujoonte vaheline kaugus joonisel on 1 cm Kui suur on osakese kiirus?
2. Joonisel kujutatud foto on tehtud veeauruga täidetud pilvekambris. Milline osake võiks lennata läbi pilvekambri? Nool näitab osakese algkiiruse suunda.
2. Laup.: nr 17.49; 17,77; 17,78; 17,79; 17.80.
3. D: valmistuda iseseisvaks tööks nr 14.
ÜLESANDED ISETÖÖST nr 14 “AATUMITUUM. TUUMAJÕUD. RADIOAKTIIVSUS"
Raadiumi 226 88 Ra lagunemine on toimunud
A Prootonite arv tuumas vähenes 1 võrra.
Tekiks tuum aatomnumbriga 90.
B Tekkis tuum massinumbriga 224.
D Tekib teise keemilise elemendi aatomi tuum.
Laetud osakeste tuvastamiseks kasutatakse pilvekambrit.
Pilvekamber võimaldab määrata ainult mööda lendavate osakeste arvu.
Neutroneid saab tuvastada pilvekambri abil.
Pilvekambrist läbi lendav laetud osake paneb ülekuumenenud vedeliku keema.
D Pilvekambrit magnetvälja asetades saab määrata möödalendavate osakeste laengu märgi.
Ülesande 3 eesmärk on luua vastavus (loogiline paar). Valige iga tähega tähistatud rea jaoks numbriga tähistatud väide.
Ja Prooton.
Kas Neutron.
Isotoopides.
G Alfa osake.
1 Neutraalne osake, mille moodustavad üks prooton ja üks neutron.
2 Positiivselt laetud osake, mille moodustavad kaks prootonit ja kaks neutronit. Identne heeliumi aatomi tuumaga
3 Osake, millel puudub elektrilaeng ja mille mass on 1,67 · 10–27 kg.
4 Positiivse laenguga osake, mille suurus on võrdne elektroni laenguga ja massiga 1,67 10-27 kg.
5 ühesuguse elektrilaenguga, kuid erineva massiga tuuma.
Milline isotoop tekib uraanist 23992 U pärast kahte β-lagunemist ja ühte lagunemist? Kirjutage üles reaktsioonivõrrand.
Pilvekamber on laetud elementaarosakeste rajadetektor, milles osakese jälje (jälje) moodustab selle liikumise trajektooril väikeste vedelikupiiskade ahel. Leiutas Charles Wilson 1912. aastal (Nobeli preemia 1927). Pilvekambris (vt joonis 7.2) muutuvad laetud osakeste jäljed nähtavaks tänu üleküllastunud auru kondenseerumisele laetud osakese moodustatud gaasiioonidele. Ioonidele tekivad vedelikutilgad, mis kasvavad heas valguses vaatlemiseks (10 -3 -10 -4 cm) ja pildistamiseks piisava suurusega. Pilvekambri ruumiline eraldusvõime on tavaliselt 0,3 mm. Töökeskkonnaks on enamasti vee ja alkoholiauru segu rõhul 0,1-2 atmosfääri (veeaur kondenseerub peamiselt negatiivsetel ioonidel, alkoholiaur positiivsetel). Üleküllastumine saavutatakse rõhu kiire vähendamisega töömahu laienemise tõttu. Kaamera tundlikkuse aeg, mille jooksul üleküllastus jääb ioonidele kondenseerumiseks piisavaks ja ruumala ise on vastuvõetavalt läbipaistev (ei ole ülekoormatud tilkadega, sealhulgas taustal), varieerub sajandiksekunditest mitme sekundini. Pärast seda on vaja puhastada kaamera töömaht ja taastada selle tundlikkus. Seega töötab pilvekamber tsüklilises režiimis. Tsükli koguaeg on tavaliselt > 1 min.
Pilvekambri võimalused suurenevad oluliselt, kui see asetatakse magnetvälja. Magnetvälja mõjul kõverdatud laetud osakese trajektoori alusel määratakse tema laengu ja impulsi märk. 1932. aastal pilvekambrit kasutades avastas K. Anderson kosmilistes kiirtes positroni.
1948. aastal Nobeli preemia (P. Blackett) pälvinud oluline edasiarendus oli kontrollitud pilvekambri loomine. Spetsiaalsed loendurid valivad sündmused, mida pilvekamber peaks salvestama, ja "käivitavad" kaamera ainult selliste sündmuste jälgimiseks. Selles režiimis töötava pilvekambri efektiivsus tõuseb kordades. Pilvekambri “juhitavus” on seletatav sellega, et on võimalik tagada gaasilise keskkonna väga suur paisumiskiirus ning kambril on aega reageerida välisloendurite käivitussignaalile.