darasa la 11
Chaguo 1
1.Uendeshaji wa kaunta ya Geiger inategemea
A. Mgawanyiko wa molekuli kwa chembe inayosonga iliyochajiwa B. Ionization ya athari.
B. Kutolewa kwa nishati kwa chembe. D. Uundaji wa mvuke katika kioevu chenye joto kali.
D. Ufupishaji wa mvuke uliojaa maji kupita kiasi.
2. Kifaa cha kurekodi chembe za msingi, hatua ambayo inategemea
malezi ya Bubbles mvuke katika kioevu superheated inaitwa
A. Emulsion ya filamu nene. B. Geiger counter. B. Kamera.
G. Wilson chumba. D. Chumba cha Bubble.
3. Chumba cha mawingu kinatumika kuchunguza mionzi ya mionzi. Kitendo chake kinatokana na ukweli kwamba wakati chembe iliyochajiwa haraka inapita ndani yake:
A. njia ya matone ya kioevu inaonekana kwenye gesi; B. pigo la sasa la umeme linaonekana kwenye gesi;
V. taswira fiche ya ufuatiliaji wa chembe hii huundwa kwenye bamba;
G. Mwangaza wa mwanga huonekana kwenye kioevu.
4.Ni wimbo gani unaoundwa na mbinu ya uundaji wa picha zenye safu nene?
Mlolongo wa matone ya maji B. Mlolongo wa Bubbles za mvuke
V. Banguko la elektroni G. Mlolongo wa nafaka za fedha
5. Je, inawezekana kuchunguza chembe zisizo na malipo kwa kutumia chumba cha wingu?
A. Inawezekana ikiwa wana misa ndogo (elektroni)
B. Inawezekana ikiwa wana msukumo mdogo
B. Inawezekana ikiwa wana misa kubwa (neutroni)
D. Inawezekana ikiwa wana msukumo mkubwa D. Haiwezekani
6. Chumba cha Wilson kinajazwa na nini?
A. Mvuke wa maji au pombe. B. Gesi, kwa kawaida argon. B. Vitendanishi vya kemikali
D. Hidrojeni kioevu au propani iliyopashwa moto karibu kuchemka
7. Mionzi ni...
A. Uwezo wa viini kutoa chembe moja kwa moja, huku ikigeuka kuwa viini vya vingine.
vipengele vya kemikali
B. Uwezo wa viini kutoa chembe, huku ikigeuka kuwa viini vya kemikali nyingine
vipengele
B. Uwezo wa viini kutoa chembe moja kwa moja
D. Uwezo wa viini kutoa chembe
8. Alfa - mionzi-Hii
9. Mionzi ya Gamma-Hii
A. Mtiririko wa chembe chanya B. Mtiririko wa chembe hasi C. Mtiririko wa chembe zisizo na upande wowote
10. Mionzi ya beta ni nini?
11. Wakati wa kuoza kwa α, kiini...
A. Hubadilika kuwa kiini cha kipengele kingine cha kemikali, ambacho ni seli mbili karibu zaidi
mwanzo wa jedwali la upimaji
B. Hubadilika kuwa kiini cha kipengele kingine cha kemikali, ambacho kinapatikana seli moja zaidi
tangu mwanzo wa jedwali la upimaji
G. Inasalia kuwa kiini cha kipengele sawa na nambari ya wingi iliyopunguzwa kwa moja.
12. Kichunguzi cha mionzi ya mionzi huwekwa kwenye sanduku la kadibodi iliyofungwa na unene wa ukuta wa zaidi ya 1 mm. Je, inaweza kugundua mionzi gani?
13. Uranium-238 inageuka kuwa nini baada yaα - na mbiliβ - kuvunjika?
14. Ni kipengele gani kinapaswa kuchukua nafasi ya X?
204 79 Au X + 0 -1 e
darasa la 11
Mtihani "Njia za usajili wa chembe za msingi. Mionzi".
Chaguo la 2.
1. Kifaa cha kurekodi chembe za msingi, hatua ambayo inategemea
condensation ya mvuke supersaturated inaitwa
A. Kamera B. Wilson chumba C. Emulsion ya filamu nene
D. Geiger counter D. Bubble chumba
2.Kifaa cha kurekodi mionzi ya nyuklia, ambayo kifungu cha haraka kilichajiwa
chembe husababisha kuonekana kwa njia ya matone ya kioevu katika gesi, inayoitwa
A. Geiger counter B. Cloud room C. Emulsion ya filamu nene
D. Bubble chemba D. Skrini iliyopakwa sulfidi ya zinki
3.Ni kifaa gani kati ya vifuatavyo vya kurekodi mionzi ya nyuklia
kifungu cha chembe ya kushtakiwa haraka husababisha kuonekana kwa msukumo wa umeme
sasa katika gesi?
A. Katika counter ya Geiger B. Katika chumba cha wingu C. Katika emulsion ya picha
D. Katika kaunta ya scintillation.
4. Mbinu ya photoemulsion ya kurekodi chembe za kushtakiwa inategemea
A. Ionization ya athari. B. Mgawanyiko wa molekuli kwa chembe inayosonga iliyochajiwa.
B. Uundaji wa mvuke katika kioevu chenye joto kali. D. Ufupishaji wa mvuke uliojaa maji kupita kiasi.
D. Kutolewa kwa nishati kwa chembe
5. Chembe iliyochajiwa husababisha safu ya viputo vya mvuke wa kioevu kutokea
A. Geiger counter. B. Wilson chumba B. Emulsion ya picha.
D. scintillation counter. D. Chumba cha Bubble
6. Chumba cha Bubble kinajazwa na nini?
A. Mvuke wa maji au pombe. B. Gesi, kwa kawaida argon. B. Vitendanishi vya kemikali.
D. Hidrojeni kioevu au propani iliyopashwa moto karibu kuchemka.
7
. Chombo chenye dutu ya mionzi huwekwa ndani
shamba la magnetic, na kusababisha boriti
mionzi ya mionzi kuoza katika tatu
vipengele (tazama picha). Vipengele (3)
inalingana
A. Mionzi ya Gamma B. Mionzi ya alpha
B. Mionzi ya Beta
8. Mionzi ya Beta-Hii
A. Mtiririko wa chembe chanya B. Mtiririko wa chembe hasi C. Mtiririko wa chembe zisizo na upande wowote
9. Mionzi ya alpha ni nini?
A. Mtiririko wa viini vya heliamu B. Mtiririko wa protoni C. Mtiririko wa elektroni
D. Mawimbi ya sumakuumeme ya mzunguko wa juu
10. Mionzi ya gamma ni nini?
A. Mtiririko wa viini vya heliamu B. Mtiririko wa protoni C. Mtiririko wa elektroni
D. Mawimbi ya sumakuumeme ya mzunguko wa juu
11. Wakati wa kuoza kwa β, kiini...
A. Hubadilika kuwa kiini cha kipengele kingine cha kemikali, ambacho kinapatikana seli moja zaidi
tangu mwanzo wa jedwali la upimaji
B. Hubadilika kuwa kiini cha elementi nyingine ya kemikali, ambayo ni seli mbili zilizo karibu zaidi
mwanzo wa jedwali la upimaji
B. Husalia kuwa kiini cha kipengele kimoja chenye nambari ya wingi sawa
G. Inasalia kuwa kiini cha kipengele sawa na nambari ya wingi iliyopunguzwa kwa moja
12 Ni ipi kati ya aina tatu za mionzi iliyo na nguvu kubwa zaidi ya kupenya?
A. Mionzi ya Gamma B. Mionzi ya alpha C. Mionzi ya Beta
13. Kiini ambacho kipengele cha kemikali ni bidhaa ya kuoza kwa alpha
na miozo miwili ya beta ya kiini cha kipengele fulani 214 90 Th?
14.Kipengele kipi kinapaswa kusimama badala yakeX?
Mbinu za Usajili na Vigunduzi vya Chembe
§ Kalori (kulingana na nishati iliyotolewa)
§ Emulsion ya picha
§ Vyumba vya Bubble na cheche
§ Vigunduzi vya scintillation
§ Vigunduzi vya semiconductor
Leo inaonekana jambo lisiloweza kuaminika ni uvumbuzi ngapi katika fizikia ya kiini cha atomiki umefanywa kwa kutumia vyanzo vya asili vya mionzi ya mionzi kwa nishati ya MeV chache tu na vifaa rahisi vya kugundua. Kiini cha atomiki kiligunduliwa, vipimo vyake viliamuliwa, mmenyuko wa nyuklia ulizingatiwa kwa mara ya kwanza, jambo la radioactivity liligunduliwa, neutroni na protoni ziligunduliwa, uwepo wa neutrinos ulitabiriwa, nk. Kwa muda mrefu, kigunduzi kikuu cha chembe kilikuwa sahani iliyo na safu ya sulfidi ya zinki iliyowekwa juu yake. Chembe hizo zilisajiliwa kwa jicho na miale ya nuru waliyotoa katika sulfidi ya zinki. Mionzi ya Cherenkov ilionekana kwa mara ya kwanza. Chumba cha kwanza cha viputo ambamo Glaser aliona nyimbo za chembe kilikuwa na ukubwa wa kitovu. Chanzo cha chembe za nishati ya juu wakati huo zilikuwa miale ya cosmic - chembe zilizoundwa katika anga ya nje. Chembe mpya za msingi zilizingatiwa kwa mara ya kwanza katika miale ya cosmic. 1932 - positron iligunduliwa (K. Anderson), 1937 - muon iligunduliwa (K. Anderson, S. Nedermeyer), 1947 - meson iligunduliwa (Powell), 1947 - chembe za ajabu ziligunduliwa (J. Rochester, K. Butler).
Baada ya muda, usanidi wa majaribio ulizidi kuwa ngumu zaidi. Teknolojia ya kuongeza kasi ya chembe na kugundua na umeme wa nyuklia ilitengenezwa. Maendeleo katika fizikia ya nyuklia na chembe yanazidi kuamuliwa na maendeleo katika maeneo haya. Tuzo za Nobel katika fizikia mara nyingi hutolewa kwa kazi katika uwanja wa teknolojia ya majaribio ya kimwili.
Vigunduzi hutumikia kusajili ukweli halisi wa uwepo wa chembe na kuamua nishati na kasi yake, trajectory ya chembe na sifa zingine. Ili kusajili chembe, vigunduzi hutumiwa mara nyingi ambavyo ni nyeti sana kwa ugunduzi wa chembe fulani na hazihisi usuli mkubwa unaoundwa na chembe zingine.
Kawaida katika majaribio katika fizikia ya nyuklia na chembe ni muhimu kutenganisha matukio "muhimu" kutoka kwa historia kubwa ya matukio "yasiyo ya lazima", labda moja kati ya bilioni. Kwa kufanya hivyo, hutumia mchanganyiko mbalimbali wa vihesabu na mbinu za usajili, tumia mipango ya bahati mbaya au ya kupinga matukio kati ya matukio yaliyorekodiwa na wagunduzi mbalimbali, chagua matukio kulingana na amplitude na sura ya ishara, nk. Uteuzi wa chembe kulingana na wakati wao wa kukimbia kwa umbali fulani kati ya detectors, uchambuzi wa magnetic na mbinu nyingine hutumiwa mara nyingi ambayo inafanya uwezekano wa kutambua kwa uhakika chembe tofauti.
Ugunduzi wa chembe zilizochajiwa ni msingi wa uzushi wa ionization au msisimko wa atomi ambazo husababisha kwenye nyenzo za kigunduzi. Huu ndio msingi wa kazi ya vigunduzi kama vile chumba cha wingu, chumba cha Bubble, chumba cha cheche, emulsions ya picha, scintillation ya gesi na vigunduzi vya semiconductor. Chembe zisizochajiwa (quanta, neutroni, neutrinos) hugunduliwa na chembe za chaji za sekondari zinazotokana na mwingiliano wao na dutu ya kigunduzi.
Neutrinos hazigunduliwi moja kwa moja na detector. Wanabeba pamoja nao nishati fulani na msukumo. Ukosefu wa nishati na kasi inaweza kugunduliwa kwa kutumia sheria ya uhifadhi wa nishati na kasi kwa chembe zingine zinazogunduliwa kwenye mmenyuko.
Chembe zinazooza haraka hurekodiwa na bidhaa zao za kuharibika. Vigunduzi vinavyoruhusu uchunguzi wa moja kwa moja wa vijisehemu vya chembe vimepata matumizi mapana. Kwa hiyo, kwa msaada wa chumba cha Wilson kilichowekwa kwenye uwanja wa magnetic, positron, muon na -mesons ziligunduliwa, kwa msaada wa chumba cha Bubble - chembe nyingi za ajabu, kwa msaada wa matukio ya cheche ya neutrino yalirekodi, nk. .
1. Geiger counter. Counter ya Geiger ni, kama sheria, cathode ya silinda, kando ya mhimili ambao waya huwekwa - anode. Mfumo umejaa mchanganyiko wa gesi.
Wakati wa kupita kwenye kaunta, chembe iliyochajiwa huwasha gesi. Elektroni zinazosababisha, kuelekea kwenye electrode nzuri - filament, inayoingia kwenye eneo la uwanja wa umeme wenye nguvu, huharakishwa na kwa upande wake ionize molekuli za gesi, ambayo inaongoza kwa kutokwa kwa corona. Amplitude ya ishara hufikia volts kadhaa na imeandikwa kwa urahisi. Kaunta ya Geiger inarekodi ukweli kwamba chembe hupita kupitia kaunta, lakini haipimi nishati ya chembe.
2. Uwiano wa kukabiliana. Kaunta sawia ina muundo sawa na kaunta ya Geiger. Hata hivyo, kutokana na uteuzi wa voltage ya usambazaji na utungaji wa mchanganyiko wa gesi katika counter sawia, wakati gesi ni ionized na chembe ya kuruka kushtakiwa, kutokwa kwa corona haitoke. Chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme ulioundwa karibu na electrode nzuri, chembe za msingi huzalisha ionization ya sekondari na kuunda maporomoko ya theluji ya umeme, ambayo husababisha kuongezeka kwa ionization ya msingi ya chembe iliyoundwa kuruka kupitia counter kwa mara 10 3 - 10 6. Kaunta sawia hukuruhusu kurekodi nishati ya chembe.
3. Chumba cha ionization. Kama tu katika kaunta ya Geiger na kaunta sawia, mchanganyiko wa gesi hutumiwa kwenye chemba ya ionization. Hata hivyo, ikilinganishwa na kukabiliana na uwiano, voltage ya usambazaji katika chumba cha ionization ni ya chini na ionization haina kuongezeka ndani yake. Kulingana na mahitaji ya jaribio, aidha kijenzi cha kielektroniki cha mpigo wa sasa, au vijenzi vya elektroniki na ioni hutumika kupima nishati ya chembe.
4. Kichunguzi cha semiconductor. Muundo wa detector ya semiconductor, ambayo kwa kawaida hutengenezwa kwa silicon au germanium, ni sawa na ile ya chumba cha ionization. Jukumu la gesi katika detector ya semiconductor inachezwa na kanda nyeti iliyoundwa kwa namna fulani, ambayo katika hali ya kawaida hakuna flygbolag za malipo ya bure. Mara tu chembe ya kushtakiwa inapoingia kwenye eneo hili, husababisha ionization ipasavyo, elektroni huonekana kwenye bendi ya uendeshaji, na mashimo yanaonekana kwenye bendi ya valence. Chini ya ushawishi wa voltage inayotumiwa kwenye uso wa electrodes ya eneo nyeti, harakati za elektroni na mashimo hutokea, na pigo la sasa linaundwa. Chaji ya mpigo wa sasa hubeba taarifa kuhusu idadi ya elektroni na mashimo na, ipasavyo, kuhusu nishati ambayo chembe iliyochajiwa imepoteza katika eneo nyeti. Na, ikiwa chembe imepoteza kabisa nishati katika eneo nyeti, kwa kuunganisha pigo la sasa, taarifa kuhusu nishati ya chembe hupatikana. Vigunduzi vya semiconductor vina azimio la juu la nishati.
Idadi ya nioni ya jozi za ioni kwenye kihesabu cha semiconductor imedhamiriwa na formula N ion = E/W,
ambapo E ni nishati ya kinetic ya chembe, W ni nishati inayohitajika kuunda jozi moja ya ayoni. Kwa germanium na silicon, W ~ 3-4 eV na ni sawa na nishati inayohitajika kwa mpito wa elektroni kutoka kwa bendi ya valence hadi bendi ya upitishaji. Thamani ndogo ya W huamua azimio la juu la vigunduzi vya semiconductor, ikilinganishwa na vigunduzi vingine ambavyo nishati ya chembe ya msingi hutumiwa kwenye ionization (Eion >> W).
5. Chumba cha wingu. Kanuni ya uendeshaji wa chemba ya wingu inategemea ufindishaji wa mvuke uliojaa maji mengi na uundaji wa matone yanayoonekana ya kioevu kwenye ioni kando ya mkondo wa chembe iliyochajiwa inayoruka kupitia chemba. Ili kuunda mvuke ya supersaturated, upanuzi wa haraka wa adiabatic wa gesi hutokea kwa kutumia pistoni ya mitambo. Baada ya kupiga picha ya wimbo, gesi kwenye chumba husisitizwa tena, na matone kwenye ions hupuka. Sehemu ya umeme katika chumba hutumikia "kusafisha" chumba cha ions kilichoundwa wakati wa ionization ya awali ya gesi.
6. Chumba cha Bubble. Kanuni ya operesheni inategemea uchemshaji wa kioevu chenye joto kali kando ya wimbo wa chembe iliyoshtakiwa. Chumba cha Bubble ni chombo kilichojazwa na kioevu cha uwazi chenye joto kali. Kwa kupungua kwa kasi kwa shinikizo, mlolongo wa Bubbles za mvuke huundwa kando ya wimbo wa chembe ya ionizing, ambayo inaangazwa na chanzo cha nje na kupiga picha. Baada ya kupiga picha ya kufuatilia, shinikizo katika chumba huongezeka, Bubbles za gesi huanguka na kamera iko tayari kutumika tena. Hidrojeni kioevu hutumiwa kama giligili ya kufanya kazi kwenye chemba, ambayo wakati huo huo hutumika kama shabaha ya hidrojeni ya kusoma mwingiliano wa chembe na protoni.
Chumba cha wingu na chemba ya viputo vina faida kubwa kwamba chembe zote za chaji zinazozalishwa katika kila mmenyuko zinaweza kuzingatiwa moja kwa moja. Kuamua aina ya chembe na kasi yake, vyumba vya mawingu na vyumba vya Bubble vinawekwa kwenye uwanja wa magnetic. Chumba cha Bubble kina msongamano mkubwa wa nyenzo za detector ikilinganishwa na chumba cha wingu na kwa hiyo njia za chembe za kushtakiwa ziko kabisa katika kiasi cha detector. Kupambanua picha kutoka kwa chemba za viputo kunatoa tatizo tofauti, linalohitaji nguvu kazi kubwa.
7. Emulsions ya nyuklia. Vile vile, kama inavyotokea katika upigaji picha wa kawaida, chembe iliyochajiwa kando ya njia yake huvuruga muundo wa kimiani ya fuwele ya nafaka za halide za fedha, na kuzifanya ziwe na uwezo wa kukua. Emulsion ya nyuklia ni njia ya kipekee ya kurekodi matukio adimu. Milungi ya emulsions ya nyuklia hufanya iwezekanavyo kuchunguza chembe za nishati ya juu sana. Kwa msaada wao, inawezekana kuamua kuratibu za wimbo wa chembe iliyoshtakiwa kwa usahihi wa ~ 1 micron. Emulsion za nyuklia hutumiwa sana kugundua chembe za ulimwengu kwenye puto zinazotoa sauti na vyombo vya anga.
8. Chumba cha cheche. Chumba cha cheche kina mapengo kadhaa ya cheche bapa yaliyojumuishwa katika ujazo mmoja. Baada ya chembe ya kushtakiwa kupita kwenye chumba cha cheche, pigo fupi la voltage ya juu-voltage hutumiwa kwa electrodes yake. Kama matokeo, chaneli inayoonekana ya cheche huundwa kando ya wimbo. Chumba cha cheche kilichowekwa kwenye uwanja wa sumaku huruhusu sio tu kugundua mwelekeo wa harakati ya chembe, lakini pia kuamua aina ya chembe na kasi yake kwa kupindika kwa trajectory. Vipimo vya elektroni za chumba cha cheche vinaweza kufikia mita kadhaa.
9. Chumba cha mkondo. Hii ni analogi ya chumba cha cheche, na umbali mkubwa wa interelectrode ya ~ 0.5 m Muda wa kutokwa kwa umeme wa juu unaotolewa kwa mapungufu ya cheche ni ~ 10 -8 s. Kwa hivyo, sio mgawanyiko wa cheche ambao huundwa, lakini tenga njia fupi za mwanga - vijito. Chembe kadhaa zilizochajiwa zinaweza kutambuliwa kwa wakati mmoja katika chumba cha mtiririko.
10. Chumba cha uwiano. Chumba cha uwiano kwa kawaida huwa na umbo bapa au silinda na kwa maana fulani ni sawa na kihesabu sawia cha elektroni nyingi. Electrodes za waya za juu-voltage zimewekwa kwa mm kadhaa. Chembe za kushtakiwa, kupitia mfumo wa electrodes, huunda pigo la sasa kwenye waya na muda wa ~ 10 -7 s. Kwa kurekodi mapigo haya kutoka kwa waya za kibinafsi, inawezekana kujenga upya trajectory ya chembe kwa usahihi wa microns kadhaa. Muda wa azimio la kamera sawia ni mikrosekunde kadhaa. Azimio la nishati ya chumba cha uwiano ni ~ 5-10%.
11. Chumba cha kuteleza. Hii ni analog ya chumba sawia, ambayo inakuwezesha kurejesha trajectory ya chembe kwa usahihi zaidi.
Cheche, chemba za mtiririko, sawia na zinazoteleza zina faida nyingi za vyumba vya Bubble, huviruhusu kuanzishwa kutokana na tukio la kupendeza, na kuzitumia sanjari na vigunduzi vya ukamuaji.
12. Kichunguzi cha scintillation. Kigunduzi cha scintillation hutumia sifa ya vitu fulani kung'aa wakati chembe iliyochajiwa inapopita ndani yake. Nuru ya quanta inayozalishwa kwenye scintillator kisha hugunduliwa kwa kutumia mirija ya photomultiplier. Scintillators zote za fuwele, kwa mfano, NaI, BGO, na plastiki na kioevu hutumiwa. Vikanduzi vya fuwele hutumika zaidi kurekodi miale ya gamma na mionzi ya X, viunzi vya plastiki na kioevu hutumiwa kurekodi neutroni na vipimo vya wakati. Kiasi kikubwa cha scintillators hufanya iwezekanavyo kuunda detectors ya ufanisi wa juu sana wa kuchunguza chembe na sehemu ndogo ya msalaba kwa kuingiliana na suala.
13. Kalori. Kalori ni tabaka zinazobadilishana za dutu ambamo chembe zenye nguvu nyingi hupunguzwa kasi (kawaida ni tabaka za chuma na risasi) na vigunduzi, vinavyotumia chembe za cheche na sawia au tabaka za vikasi. Chembe ya ionizing ya juu ya nishati (E> 1010 eV), inapita kupitia calorimeter, huunda idadi kubwa ya chembe za sekondari, ambazo, zinaingiliana na nyenzo za calorimeter, kwa upande wake huunda chembe za sekondari - kuunda oga ya chembe katika mwelekeo. ya harakati ya chembe ya msingi. Kwa kupima ionization katika vyumba vya cheche au sawia au pato la mwanga la scintillators, nishati na aina ya chembe inaweza kuamua.
14. Cherenkov counter. Uendeshaji wa counter ya Cherenkov inategemea kurekodi mionzi ya Cherenkov-Vavilov, ambayo hutokea wakati chembe inakwenda katikati na kasi ya v inayozidi kasi ya uenezi wa mwanga katika kati (v > c / n). Nuru ya mionzi ya Cherenkov inaelekezwa mbele kwa pembe katika mwelekeo wa mwendo wa chembe.
Mionzi ya mwanga inarekodiwa kwa kutumia tube ya photomultiplier. Kutumia counter ya Cherenkov, unaweza kuamua kasi ya chembe na kuchagua chembe kwa kasi.
Kichunguzi kikubwa zaidi cha maji ambacho chembe hugunduliwa kwa kutumia mionzi ya Cherenkov ni detector ya SuperKamiokande (Japan). Kichunguzi kina sura ya silinda. Kipenyo cha kiasi cha kazi cha detector ni 39.3 m, urefu ni 41.4 m Uzito wa detector ni ktoni 50, kiasi cha kazi cha kurekodi neutrinos za jua ni 22 ktons. Kigunduzi cha SuperKamiokande kina mirija 11,000 ya kuzidisha picha ambayo huchanganua ~40% ya uso wa kigunduzi.
Kwanza, hebu tufahamiane na vifaa vya shukrani ambavyo fizikia ya kiini cha atomiki na chembe za msingi ziliibuka na kuanza kukuza. Hivi ni vifaa vya kurekodi na kusoma migongano na mabadiliko ya pamoja ya viini na chembe za msingi. Wanatoa taarifa muhimu kuhusu matukio katika ulimwengu mdogo. Kanuni ya uendeshaji wa vifaa vya kurekodi chembe za msingi. Kifaa chochote kinachotambua chembe za msingi au viini vya atomiki vinavyosonga ni kama bunduki iliyopakiwa na nyundo iliyochongwa. Kiasi kidogo cha nguvu wakati wa kushinikiza kichochezi cha bunduki husababisha athari ambayo haiwezi kulinganishwa na juhudi iliyotumiwa - risasi. Kifaa cha kurekodi ni mfumo changamano zaidi au mdogo ambao unaweza kuwa katika hali isiyo thabiti. Kwa usumbufu mdogo unaosababishwa na chembe ya kupita, mchakato wa mpito wa mfumo kwa hali mpya, imara zaidi huanza. Utaratibu huu hufanya iwezekanavyo kusajili chembe. Hivi sasa, njia nyingi tofauti za kugundua chembe hutumiwa. Kulingana na madhumuni ya jaribio na hali ambayo inafanywa, vifaa fulani vya kurekodi hutumiwa, tofauti kutoka kwa kila mmoja katika sifa zao kuu. Kaunta ya Geiger ya kutokwa kwa gesi. Kaunta ya Geiger ni mojawapo ya vifaa muhimu zaidi vya kuhesabu chembe otomatiki. Counter (Mchoro 253) inajumuisha tube ya kioo iliyotiwa ndani na safu ya chuma (cathode) na thread nyembamba ya chuma inayoendesha kwenye mhimili wa tube (anode). Bomba limejaa gesi, kwa kawaida argon. Kaunta inafanya kazi kulingana na ionization ya athari. Chembe iliyochajiwa (elektroni, chembe ya alpha, n.k.), inayoruka kupitia gesi, huondoa elektroni kutoka kwa atomi na kuunda ayoni chanya na elektroni zisizolipishwa. Sehemu ya umeme kati ya anode na cathode (voltage ya juu inatumiwa kwao) huharakisha elektroni kwa nishati ambayo ionization ya athari huanza. Banguko la ions hutokea, na sasa kupitia counter huongezeka kwa kasi. Katika kesi hii, pigo la voltage huzalishwa kwenye upinzani wa mzigo R, ambao hulishwa kwa kifaa cha kurekodi. Ili counter kusajili chembe inayofuata inayoipiga, kutokwa kwa theluji lazima kuzima. Hii hutokea moja kwa moja. Kwa kuwa kwa sasa pigo la sasa linaonekana, kushuka kwa voltage kwenye upinzani wa mzigo R ni kubwa, voltage kati ya anode na cathode hupungua kwa kasi - kiasi kwamba kutokwa huacha. Kaunta ya Geiger hutumiwa hasa kwa kurekodi elektroni na y-quanta (photoni za nishati ya juu). Walakini, y-quanta haijarekodiwa moja kwa moja kwa sababu ya uwezo wao wa chini wa ioni. Ili kuzigundua, ukuta wa ndani wa bomba umewekwa na nyenzo ambayo y-quanta hupiga elektroni. Kaunta inarekodi karibu elektroni zote zinazoingia ndani yake; Kama y-quanta, inasajili takriban y-quantum moja kati ya mia. Usajili wa chembe nzito (kwa mfano, a-chembe) ni vigumu, kwa kuwa ni vigumu kufanya dirisha nyembamba vya kutosha kwenye counter ambayo ni ya uwazi kwa chembe hizi. Hivi sasa, kaunta zimeundwa ambazo zinafanya kazi kwa kanuni tofauti na kaunta ya Geiger. Wilson chumba. Kaunta hukuruhusu tu kusajili ukweli wa chembe inayopita ndani yao na kurekodi baadhi ya sifa zake. Katika chumba cha mawingu, kilichoundwa mwaka wa 1912, chembe ya malipo ya haraka huacha athari ambayo inaweza kuzingatiwa moja kwa moja au kupigwa picha. Kifaa hiki kinaweza kuitwa dirisha ndani ya microworld, yaani, ulimwengu wa chembe za msingi na mifumo inayojumuisha. Kitendo cha chumba cha wingu kinatokana na kufidia kwa mvuke iliyojaa juu ya ioni ili kuunda matone ya maji. Ioni hizi huundwa kando ya trajectory yake na chembe inayosonga ya chaji. Chumba cha wingu ni chombo kilichofungwa kwa hermetically kilichojaa maji au mvuke wa pombe karibu na kueneza (Mchoro 254). Wakati pistoni inapungua kwa kasi, husababishwa na kupungua kwa shinikizo chini yake, mvuke katika chumba huongezeka kwa adiabatically. Matokeo yake, baridi hutokea na mvuke inakuwa supersaturated. Hii ni hali isiyo na utulivu ya mvuke: mvuke hupungua kwa urahisi. Vituo vya condensation huwa ions, ambayo hutengenezwa katika nafasi ya kazi ya chumba na chembe ya kuruka. Ikiwa chembe huingia kwenye chumba mara moja kabla au mara baada ya upanuzi, matone ya maji yanaonekana kwenye njia yake. Matone haya huunda ufuatiliaji unaoonekana wa chembe ya kuruka - wimbo (Mchoro 255). Kisha chumba kinarudi kwenye hali yake ya awali na ions huondolewa na uwanja wa umeme. Kulingana na ukubwa wa kamera, muda wa kurejesha hali ya uendeshaji huanzia sekunde kadhaa hadi makumi ya dakika. Maelezo ambayo hufuatilia katika chumba cha wingu hutoa ni tajiri zaidi kuliko yale ambayo kaunta zinaweza kutoa. Kutoka kwa urefu wa wimbo, unaweza kuamua nishati ya chembe, na kutoka kwa idadi ya matone kwa urefu wa kitengo cha wimbo, unaweza kukadiria kasi yake. Kadiri wimbo wa chembe unavyoendelea, ndivyo nishati yake inavyoongezeka. Na matone zaidi ya maji yanaundwa kwa urefu wa kitengo cha wimbo, kasi yake ya chini. Chembe zenye chaji ya juu huacha wimbo mzito. Wanafizikia wa Soviet P. L. Kapitsa na D. V. Skobeltsyn walipendekeza kuweka chumba cha wingu katika uwanja wa sumaku sare. Uga wa sumaku hufanya kazi kwenye chembe iliyochajiwa inayosonga na nguvu fulani (Nguvu ya Lorentz). Nguvu hii inapinda trajectory ya chembe bila kubadilisha moduli ya kasi yake. Ukubwa wa malipo ya chembe na chini ya wingi wake, zaidi ya curvature ya kufuatilia. Kutoka kwa curvature ya wimbo, mtu anaweza kuamua uwiano wa malipo ya chembe kwa wingi wake. Ikiwa moja ya kiasi hiki inajulikana, basi nyingine inaweza kuhesabiwa. Kwa mfano, kutoka kwa malipo ya chembe na curvature ya wimbo wake, hesabu wingi. Chumba cha Bubble. Mnamo 1952, mwanasayansi wa Amerika D. Glazer alipendekeza kutumia kioevu chenye joto kali kugundua nyimbo za chembe. Katika kioevu vile, Bubbles za mvuke huonekana kwenye ions zilizoundwa wakati wa harakati ya chembe ya kushtakiwa kwa haraka, ikitoa wimbo unaoonekana. Vyumba vya aina hii viliitwa vyumba vya Bubble. Katika hali ya awali, kioevu ndani ya chumba ni chini ya shinikizo la juu, ambalo huzuia kuchemsha, licha ya ukweli kwamba joto la kioevu ni kubwa zaidi kuliko kiwango cha kuchemsha kwenye shinikizo la anga. Kwa kupungua kwa kasi kwa shinikizo, kioevu kinazidi joto na kwa muda mfupi kitakuwa katika hali isiyo imara. Chembe za kushtakiwa zinazoruka kwa wakati huu husababisha kuonekana kwa nyimbo zinazojumuisha Bubbles za mvuke (Mchoro 256). Vimiminika vinavyotumika ni hidrojeni kioevu na propane. Mzunguko wa uendeshaji wa chumba cha Bubble ni mfupi - kuhusu 0.1 s. Faida ya chumba cha Bubble juu ya chumba cha Wilson ni kutokana na wiani mkubwa wa dutu ya kazi. Kama matokeo, njia za chembe zinageuka kuwa fupi sana, na chembe za nguvu nyingi hukwama kwenye chumba. Hii inaruhusu mtu kuchunguza mfululizo wa mabadiliko ya mfululizo wa chembe na athari inayosababisha. Nyimbo za chemba na viputo ni mojawapo ya vyanzo vikuu vya habari kuhusu tabia na sifa za chembe. Kuchunguza athari za chembe za msingi hutoa hisia kali na hujenga hisia ya kuwasiliana moja kwa moja na microcosm. Njia ya photoemulsions ya safu nene. Ili kugundua chembe, pamoja na vyumba vya mawingu na vyumba vya Bubble, emulsions ya picha ya safu nene hutumiwa. Athari ya ionizing ya chembe zinazochajiwa haraka kwenye emulsion ya sahani ya picha iliruhusu mwanafizikia Mfaransa A. Becquerel kugundua mionzi mnamo 1896. Njia ya photoemulsion ilitengenezwa na wanafizikia wa Soviet L.V. Mysovsky, A.P. Zhdanov na wengine. Chembe inayochajiwa haraka, inayopenya fuwele, huondoa elektroni kutoka kwa atomi za bromini binafsi. Mlolongo wa fuwele hizo huunda picha ya siri. Inapotengenezwa, fedha ya metali hupunguzwa katika fuwele hizi na mlolongo wa nafaka za fedha huunda wimbo wa chembe (Mtini. 257). Urefu na unene wa wimbo unaweza kutumika kukadiria nishati na wingi wa chembe. Kutokana na msongamano mkubwa wa emulsion ya picha, nyimbo ni fupi sana (ya mpangilio wa 1 (G3 cm kwa chembe zinazotolewa na vipengele vya mionzi), lakini wakati wa kupiga picha zinaweza kuongezeka. Faida ya emulsion ya picha ni kwamba muda wa mfiduo unaweza kuwa mrefu kiholela. Hii inaruhusu kujiandikisha matukio adimu vifaa vya kisasa vya kugundua chembe za nadra na za muda mfupi ni ngumu sana Mamia ya watu walishiriki katika ujenzi wao 1- Je! kuwa juu ya chumba cha wingu?
MASOMO YOTE YA Fizikia Daraja la 11
NGAZI YA MASOMO
muhula wa 2
FIZISIA YA ATOMI NA NUCLEAR
SOMO LA 11/88
Somo. Njia za kurekodi mionzi ya ionizing
Kusudi la somo: kufahamisha wanafunzi na mbinu za kisasa za kugundua na kusoma chembe zilizochajiwa.
Aina ya somo: somo la kujifunza nyenzo mpya.
MPANGO WA SOMO
Udhibiti wa maarifa |
1. Nusu ya maisha. 2. Sheria ya kuoza kwa mionzi. 3. Uhusiano kati ya nusu ya maisha mara kwa mara na ukubwa wa mionzi ya mionzi. |
|
Maonyesho |
2. Uchunguzi wa nyimbo za chembe kwenye chemba ya wingu. 3. Picha za nyimbo za chembe zilizochajiwa kwenye chumba cha Bubble. |
|
Kujifunza nyenzo mpya |
1. Muundo na kanuni ya uendeshaji wa counter ya Geiger-Muller. 2. Chumba cha ionization. 3. Chumba cha wingu. 4. Chumba cha Bubble. 5. Mbinu ya photoemulsion ya safu nene. |
|
Kuimarisha nyenzo zilizojifunza |
1. Maswali ya ubora. 2. Kujifunza kutatua matatizo. |
KUJIFUNZA NYENZO MPYA
Usajili wote wa kisasa wa chembe za nyuklia na mionzi inaweza kugawanywa katika vikundi viwili:
a) njia za hesabu kulingana na matumizi ya vyombo huhesabu idadi ya chembe za aina moja au nyingine;
b) njia za kufuatilia zinazokuwezesha kuunda upya chembe. Kaunta ya Geiger-Muller ni mojawapo ya vifaa muhimu zaidi vya kuhesabu chembe otomatiki. Kaunta inafanya kazi kulingana na ionization ya athari. Chembe iliyochajiwa huruka kupitia gesi, na kuondoa elektroni kutoka kwa atomi na kuunda ayoni chanya na elektroni zisizolipishwa. Sehemu ya umeme kati ya anode na cathode huharakisha elektroni kwa nishati ambayo ionization huanza. Kaunta ya Geiger-Muller hutumiwa hasa kwa kurekodi elektroni na γ-rays.
Kamera hii inakuwezesha kupima vipimo vya mionzi ya ionizing. Kawaida hii ni capacitor ya cylindrical na gesi kati ya sahani zake. Voltage ya juu inatumika kati ya sahani. Kwa kukosekana kwa mionzi ya ionizing, hakuna sasa, na katika kesi ya mionzi ya gesi, chembe za kushtakiwa za bure (elektroni na ions) huonekana ndani yake na mtiririko dhaifu wa sasa. Mkondo huu dhaifu unakuzwa na kupimwa. Nguvu ya sasa ina sifa ya athari ya ionizing ya mionzi (γ-quanta).
Chumba cha Wilson kilichoundwa mnamo 1912 kinatoa fursa kubwa zaidi za kusoma ulimwengu mdogo. Katika kamera hii, chembe inayochajiwa haraka huacha alama ambayo inaweza kuzingatiwa moja kwa moja au kupigwa picha.
Kitendo cha chumba cha wingu kinatokana na kufidia kwa mvuke iliyojaa juu ya ioni ili kuunda matone ya maji. Ioni hizi huundwa kando ya trajectory yake na chembe inayosonga ya chaji. Matone huunda athari inayoonekana ya chembe iliyoruka - wimbo.
Maelezo ambayo hufuatilia katika chumba cha wingu hutoa ni kamili zaidi kuliko yale ambayo kaunta zinaweza kutoa. Nishati ya chembe inaweza kuamua na urefu wa wimbo, na kasi yake inaweza kukadiriwa na idadi ya matone kwa urefu wa kitengo cha wimbo.
Wanafizikia wa Kirusi P. L. Kapitsa na D. V. Skobeltsin walipendekeza kuweka chumba cha wingu katika uwanja wa magnetic sare. Uga wa sumaku hufanya kazi kwenye chembe inayosonga iliyoshtakiwa kwa nguvu fulani. Nguvu hii inapinda trajectory ya chembe bila kubadilisha moduli ya kasi yake. Nyuma ya curvature ya wimbo, mtu anaweza kuamua uwiano wa malipo ya chembe kwa wingi wake.
Kwa kawaida, nyimbo za chembe katika chumba cha wingu hazizingatiwi tu, bali pia zimepigwa picha.
mwaka wa 1952, mwanasayansi wa Marekani D. Glaser alipendekeza kutumia kioevu chenye joto kali ili kugundua nyimbo za chembe. Katika kioevu hiki, Bubbles za mvuke huonekana kwenye ions zilizoundwa wakati wa harakati ya chembe ya kushtakiwa kwa haraka, ambayo hutoa wimbo unaoonekana. Vyumba vya aina hii viliitwa vyumba vya Bubble.
Faida ya chumba cha Bubble juu ya chumba cha Wilson ni kutokana na wiani mkubwa wa dutu ya kazi. Kama matokeo, njia za chembe zinageuka kuwa fupi sana, na chembe za nguvu nyingi "hukwama" kwenye chumba. Hii inafanya uwezekano wa kuchunguza mfululizo wa mabadiliko ya mtiririko wa chembe na athari zinazosababishwa nayo.
Nyimbo za chemba na viputo ni mojawapo ya vyanzo vikuu vya habari kuhusu tabia na sifa za chembe.
Njia ya bei nafuu zaidi ya kugundua chembe na mionzi ni picha-emulsion. Inategemea ukweli kwamba chembe ya kushtakiwa, inayohamia kwenye emulsion ya picha, huharibu molekuli za bromidi ya fedha katika nafaka ambayo ilipitia. Wakati wa maendeleo, fedha ya metali hurejeshwa katika fuwele na mlolongo wa nafaka za fedha huunda wimbo wa chembe. Urefu na unene wa wimbo unaweza kutumika kukadiria nishati na wingi wa chembe.
MASWALI KWA WANAFUNZI WAKATI WA UWASILISHAJI WA NYENZO MPYA
Kiwango cha kwanza
1. Je, inawezekana kuchunguza chembe zisizo na malipo kwa kutumia chumba cha wingu?
2. Je, chumba cha Bubble kina faida gani juu ya chumba cha wingu?
Ngazi ya pili
1. Kwa nini chembe za alpha hazigunduliwi kwa kutumia kaunta ya Geiger-Muller?
2. Ni sifa gani za chembe zinaweza kuamua kwa kutumia chumba cha wingu kilichowekwa kwenye uwanja wa magnetic?
UJENZI WA NYENZO ILIYOJIFUNZA
1. Unawezaje kutumia chemba ya wingu ili kujua asili ya chembe ambayo imepita kwenye chemba, nishati yake, na kasi yake?
2. Je! ni kwa madhumuni gani chumba cha Wilson wakati mwingine huzuiwa kwa safu ya risasi?
3. Iko wapi njia ya bure ya chembe kubwa zaidi: kwenye uso wa Dunia au katika tabaka za juu za anga?
1. Takwimu inaonyesha wimbo wa chembe inayohamia kwenye uwanja wa magnetic sare na induction ya magnetic ya 100 mT, iliyoongozwa perpendicular kwa ndege ya takwimu. Umbali kati ya mistari ya gridi katika takwimu ni 1 cm Je, ni kasi gani ya chembe?
2. Picha iliyoonyeshwa kwenye takwimu ilichukuliwa kwenye chumba cha wingu kilichojaa mvuke wa maji. Ni chembe gani inaweza kuruka kupitia chumba cha wingu? Mshale unaonyesha mwelekeo wa kasi ya awali ya chembe.
2. Sat.: Nambari 17.49; 17.77; 17.78; 17.79; 17.80.
3. D: jitayarishe kwa kazi ya kujitegemea Nambari 14.
KAZI KUTOKA KUJITAMBUA No. 14 “ATOMIC NUCLEUS. VIKOSI VYA NYUKA. REDIOACTIVITY"
Kuoza kwa radium 226 88 Ra imetokea
A Idadi ya protoni kwenye kiini ilipungua kwa 1.
Nucleus yenye nambari ya atomiki 90 ingeundwa.
B Kiini chenye wingi wa nambari 224 kiliundwa.
D Kiini cha atomi cha kipengele kingine cha kemikali huundwa.
Chumba cha wingu hutumiwa kugundua chembe zinazochajiwa.
Na Chumba cha Wingu hukuruhusu kuamua idadi tu ya chembe zinazoruka.
Neutroni zinaweza kugunduliwa kwa kutumia chemba ya wingu.
Chembe iliyochaji inayoruka kupitia chemba ya wingu husababisha kioevu chenye joto kali kuchemka.
D Kwa kuweka chumba cha wingu kwenye uwanja wa sumaku, unaweza kuamua ishara ya malipo ya chembe zinazoruka.
Kazi ya 3 inalenga kuanzisha mawasiliano (jozi ya kimantiki). Kwa kila mstari ulioonyeshwa na barua, chagua taarifa iliyoonyeshwa na nambari.
Na Protoni.
Je, Neutron.
Katika Isotopu.
G chembe ya alfa.
1 Chembe isiyo na upande inayoundwa na protoni moja na neutroni moja.
2 Chembe yenye chaji chanya inayoundwa na protoni mbili na neutroni mbili. Sawa na kiini cha atomi ya Heliamu
3 Chembe ambayo haina malipo ya umeme na ina uzito wa 1.67 · 10-27 kg.
4 Chembe yenye chaji chanya, sawa na ukubwa wa malipo ya elektroni na uzito wa 1.67 · 10-27 kg.
Nuclei 5 zenye chaji sawa ya umeme, lakini misa tofauti.
Ni isotopu gani inayoundwa kutoka kwa uranium 23992 U baada ya kuoza kwa β mbili na kuoza moja? Andika mlinganyo wa majibu.
Chumba cha wingu ni kizuizi cha kufuatilia cha chembe za msingi za kushtakiwa, ambapo wimbo (ufuatiliaji) wa chembe huundwa na mlolongo wa matone madogo ya kioevu kando ya trajectory ya harakati zake. Ilianzishwa na Charles Wilson mnamo 1912 (Tuzo ya Nobel 1927). Katika chemba ya wingu (ona Mchoro 7.2), nyimbo za chembe zinazochajiwa huonekana kutokana na msongamano wa mvuke uliojaa juu kwenye ioni za gesi zinazoundwa na chembe inayochajiwa. Matone ya fomu ya kioevu kwenye ions, ambayo hukua kwa ukubwa wa kutosha kwa uchunguzi (10 -3 -10 -4 cm) na kupiga picha kwa taa nzuri. Azimio la anga la chumba cha wingu ni kawaida 0.3 mm. Njia ya kufanya kazi mara nyingi ni mchanganyiko wa maji na mvuke wa pombe chini ya shinikizo la angahewa 0.1-2 (mvuke wa maji huunganisha hasa ioni hasi, mvuke wa pombe kwenye chanya). Supersaturation inafanikiwa kwa kupunguza kwa kasi shinikizo kutokana na upanuzi wa kiasi cha kazi. Wakati wa unyeti wa kamera, wakati ambapo supersaturation inabakia kutosha kwa condensation kwenye ions, na kiasi yenyewe ni ya uwazi inayokubalika (sio kujazwa na matone, ikiwa ni pamoja na yale ya nyuma), inatofautiana kutoka kwa mia ya pili hadi sekunde kadhaa. Baada ya hayo, ni muhimu kusafisha kiasi cha kazi cha kamera na kurejesha unyeti wake. Kwa hivyo, chumba cha wingu hufanya kazi katika hali ya mzunguko. Jumla ya muda wa mzunguko ni kawaida > Dakika 1.
Uwezo wa chumba cha wingu huongezeka sana wakati umewekwa kwenye uwanja wa sumaku. Kulingana na trajectory ya chembe iliyochajiwa iliyopinda na uga wa sumaku, ishara ya chaji na kasi yake imedhamiriwa. Kwa kutumia chumba cha mawingu mwaka wa 1932, K. Anderson aligundua positron katika miale ya cosmic.
Uboreshaji muhimu, uliotunukiwa Tuzo ya Nobel mwaka wa 1948 (P. Blackett), ilikuwa kuundwa kwa chumba cha Wilson kilichodhibitiwa. Kaunta maalum huchagua matukio ambayo yanapaswa kurekodiwa na chemba ya wingu, na "kuzindua" kamera ili tu kuona matukio kama hayo. Ufanisi wa chumba cha wingu kinachofanya kazi katika hali hii huongezeka mara nyingi. "Udhibiti" wa chumba cha wingu unaelezewa na ukweli kwamba inawezekana kuhakikisha kiwango cha juu sana cha upanuzi wa kati ya gesi na chumba kina muda wa kukabiliana na ishara ya trigger ya counters nje.