Методи спостереження елементарних частинок
Елементарні частинки вдається спостерігати завдяки тим слідам, які залишають при своєму проходженні через речовину. Характер слідів дозволяє судити про знак заряду частинки, її енергії, імпульс і т. п. Заряджені частинки викликають іонізацію молекул на своєму шляху. Нейтральні частинки слідів не залишають, але вони можуть виявити себе в момент розпаду на заряджені частинки або в момент зіткнення з ядром. Отже, нейтральні частинки також виявляються з іонізації, викликаної породженими ними зарядженими частинками.
Прилади, що застосовуються для реєстрації іонізуючих частинок, поділяються на дві групи. До першої групи належать пристрої, які реєструють факт прольоту частки і дозволяють судити про її енергію. Другу групу утворюють трекові прилади, тобто прилади, що дозволяють спостерігати сліди частинок речовини. До реєструючих приладів відносяться іонізаційні камери і газорозрядні лічильники. Широкого поширення набули черенківські лічильники та сцинтиляційні лічильники.
Заряджена частка, що пролітає через речовину, викликає як іонізацію, а й збудження атомів. Повертаючись у нормальний стан, атоми випромінюють видиме світло. Речовини, в яких заряджені частинки збуджують помітний світловий спалах (сцинтиляцію), називають фосфорами. Фосфори бувають органічні та неорганічні.
Сцинтиляційний лічильник складається з фосфору, від якого світло подається спеціальним світлопроводом до фотопомножувача. Імпульси, що виходять на виході фотоумножителя, піддаються рахунку. Визначається також амплітуда імпульсів (яка пропорційна інтенсивності світлових спалахів), що дає додаткову інформацію про частинки, що реєструються.
Лічильники часто об'єднуються в групи і включаються так, щоб реєструвалися лише такі події, які відзначаються одночасно декількома приладами, або лише одним із них. У першому випадку кажуть, що лічильники включені за схемою збігів, у другому – за схемою антизбігів.
До трекових приладів відноситься камери Вільсона, бульбашкові камери, іскрові камери і емульсійні камери.
Камера Вільсон. Так називають прилад, створений англійським фізиком Ч. Вільсоном в 1912 р. Доріжка з іонів, прокладена зарядженою частинкою, що летить, стає видимою в камері Вільсона, тому що на іонах відбувається конденсація пересичених пар будь-якої рідини. Прилад працює не безперервно, а циклами. Порівняно короткий час чутливості камери чергується з мертвим часом (в 100-1000 разів більшим), протягом якого камера готується до наступного робочого циклу. Пересичення досягається за рахунок раптового охолодження, що викликається різким (адіабатичним) розширенням робочої суміші, що складається з газу, що не конденсується (гелію, азоту, аргону) і парів води, етилового спирту і т. п. У цей же момент проводиться стереоскопічне (т. е. с. декількох точок) фотографування робочого об'єму камери. Стереофотографії дають змогу відтворити просторову картину зафіксованого явища. Так як відношення часу чутливості до мертвого часу дуже мало, доводиться іноді робити десятки тисяч знімків, перш ніж буде зафіксовано будь-яку подію, що має невелику ймовірність. Щоб збільшити ймовірність спостереження рідкісних явищ, використовуються керовані камери Вільсона, у яких роботою розширювального механізму керують лічильники частинок, включені в електронну схемущо виділяє необхідну подію.
Пухирцева камера. У винайденій Д. А. Глезером в 1952 р. бульбашковій камері пересичені пари замінені прозорою перегрітою рідиною (тобто рідиною, що знаходиться під зовнішнім тиском, меншим тиску її насиченої пари). Іонізуюча частка, що пролетіла через камеру, викликає бурхливе закипання рідини, внаслідок чого слід частки виявляється позначеним ланцюжком бульбашок пари - утворюється трек. Бульбашкова камера, як і камера Вільсона, працює циклами. Запускається камера різким зниженням (скиданням) тиску, внаслідок чого робоча рідина перетворюється на метастабільний перегрітий стан. В якості робочої рідини, яка одночасно служить мішенню для часток, що пролітають через неї, застосовуються рідкий водень (в цьому випадку потрібні низькі температури).
Іскрові камери. У 1957 р. Краншау та де-Біром був сконструйований прилад для реєстрації траєкторій заряджених частинок, названий іскровою камерою. Прилад складається із системи плоских паралельних електродів, виконаних у вигляді каркасів з натягнутою на них металевою фольгою або у вигляді металевих пластин. Електроди поєднуються через один. Одна група електродів заземляється, але в іншу періодично подається короткочасний (тривалістю 10 -7 сек) високовольтний імпульс (10- 15 кВ). Якщо в момент подачі імпульсу через камеру пролетить іонізуюча частка, її шлях буде відзначений ланцюжком іскор, що проскакують між електродами. Прилад запускається автоматично за допомогою включених за схемою збігів додаткових лічильників, що реєструють проходження через об'єм камери досліджуваних частинок. У камерах, наповнених інертними газами, міжелектродна відстань може досягати кількох сантиметрів. Якщо напрямок польоту частинки утворює з нормаллю до електродів кут, що не перевищує 40°, розряд у таких камерах розвивається у напрямку треку частинки.
Метод фотоемульсії. Радянські фізики Л. В. Мисовський та А. П. Жданов вперше застосували для реєстрації елементарних частинок фотопластинки. Заряджена частка, проходячи через фотоемульсію, викликає таку саму дію, як і фотони. Тому після прояву платівки в емульсії утворюється видимий слід (трек) частки, що пролетіла. Недоліком методу фотопластинок була мала товщина емульсійного шару, внаслідок чого виходили повністю лише треки частинок площини шару, що летять паралельно. В емульсійних камерах опромінення піддаються товсті пачки (вагою до кількох десятків кілограмів), складені з окремих шарів фотоемульсії (без підкладки). Після опромінення пачка розбирається на шари, кожен з яких проявляється та проглядається під мікроскопом. Для того, щоб можна було простежити шлях частинки при переході з одного шару в інший, перед розбиранням пачки на всі шари наноситься за допомогою рентгенівських променів однакова координатна сітка.
Атомістична концепція будови світу
Квантова модель атома передбачає, що ядро атома складається з позитивно заряджених протонів та нейтронів, які не мають заряду. Також ядро оточене електронами, які, у свою чергу, мають негативний заряд.
Найпростіший вид цього джерела APPJ складається з діелектричної труби з двома трубчастими металевими електродами і деякого благородного газу (He, Ar), що протікає через неї. Для демонстрації того...
Вакуумна плазмова технологія високих енергій
Існує не так багато методів проведення діагностики APP (плазми атмосферного тиску). Один дуже потужний інструмент – це ICCD-камера (посилене навантаження з'єднувальних пристроїв).
Дослідження процесів випаровування та конденсації рідких крапель
Окремі частинки характеризуються так званими морфологічними ознаками: розмір, щільність, форма, структура, хімічний склад.
Пошуки частинок темної матерії
Для детектування заряджених масивних частинок ТМ запропоновано використовувати методи радіаційної акустики.
Розробка лабораторної роботи"броунівський рух"
2.1 Аналіз робіт із броунівського руху У газеті «1 вересня» Фізика №16/08 опублікована стаття « Броунівський рух«очима» цифрового мікроскопа». У ній автор /Царьков І.С./ розповідає про досвід МОУ ЗОШ № 29 міста...
Фази потенціалу дії. Радіоактивні випромінювання
Різні реєструючі пристрої дозволяють вивчати переважно заряджені частинки, які викликають іонізацію середовища, тобто. при зіткненні виривають електрон з атомів частинок середовища, повідомляючи йому енергію іонізації Ei. Проте незаряджені частинки...
Фізичні основи космології та астрофізики
Достаток типів елементарних частинок поставило перед фізиками важкі питання: що лежить основу будови речовини, чи є якась загальна схема, систематика...
Елементарні частки
Елементарні частки
Під елементарними частинками розуміють такі мікрочастинки, внутрішню структуру яких на сучасному рівні розвитку фізики не можна уявити як поєднання інших частинок.
Елементарні частки
Для того, щоб зрозуміти, що навело вчених на думку про те, що адрони складаються з кварків, потрібно спочатку зрозуміти, що пов'язує протони і нейтрони в ядро атома. Пройти разом з ними їхній шлях у надра матерії.
Елементарні частки
Ядерні сили
У 1932 р. у складі космічного випромінювання було виявлено позитрон, існування якого було передбачено теорією Дірака ще 1929 р. Цей факт мав дуже велике значенняне тільки для підтвердження правильності теорії Дірака, а й тому...
Елементарні частинки вдається спостерігати завдяки тим слідам, які залишають при своєму проходженні через речовину. Характер слідів дозволяє судити про знак заряду частинки, її енергії, імпульс і т. п. Заряджені частинки викликають іонізацію молекул на своєму шляху. Нейтральні частинки слідів не залишають, але вони можуть виявити себе в момент розпаду на заряджені частинки або в момент зіткнення з ядром. Отже, нейтральні частинки також виявляються з іонізації, викликаної породженими ними зарядженими частинками.
Прилади, що застосовуються для реєстрації іонізуючих частинок, поділяються на дві групи. До першої групи належать пристрої, які реєструють факт прольоту частки і дозволяють судити про її енергію. Другу групу утворюють трекові прилади, тобто прилади, що дозволяють спостерігати сліди частинок речовини.
Реєструючі прилади
До реєструючих приладів відносяться іонізаційні камериі газорозрядні лічильники. Широкого поширення набули черенківські лічильникиі сцинтиляційні лічильники.
Заряджена частка, що пролітає через речовину, викликає як іонізацію, а й збудження атомів. Повертаючись у нормальний стан, атоми випромінюють видиме світло. Речовини, в яких заряджені частинки збуджують помітний світловий спалах (сцинтиляцію), називають фосфорами. Фосфори бувають органічні та неорганічні.
Сцинтиляційний лічильник складається з фосфору, від якого світло подається спеціальним світлопроводом до фотопомножувача. Імпульси, що виходять на виході фотоумножителя, піддаються рахунку. Визначається також амплітуда імпульсів (яка пропорційна інтенсивності світлових спалахів), що дає додаткову інформацію про частинки, що реєструються.
Лічильники часто об'єднуються в групи і включаються так, щоб реєструвалися лише такі події, які відзначаються одночасно декількома приладами, або лише одним із них. У першому випадку кажуть, що лічильники включені за схемою збігів, у другому – за схемою антизбігів.
Трекові прилади
До трекових приладів відноситься камери Вільсона, бульбашкові камери, іскрові камери і емульсійні камери.
Камера Вільсон. Так називають прилад, створений англійським фізиком Ч. Вільсоном в 1912 р. Доріжка з іонів, прокладена зарядженою частинкою, що летить, стає видимою в камері Вільсона, тому що на іонах відбувається конденсація пересичених пар будь-якої рідини. Прилад працює не безперервно, а циклами. Порівняно коротке час чутливості камери чергується з мертвим часом (у 100-1000 разів більшим), протягом якого камера готується до наступного робочого циклу. Пересичення досягається за рахунок раптового охолодження, що викликається різким (адіабатичним) розширенням робочої суміші, що складається з газу, що не конденсується (гелію, азоту, аргону) і парів води, етилового спирту і т. п. У цей же момент проводиться стереоскопічне (т. е. с. декількох точок) фотографування робочого об'єму камери. Стереофотографії дають змогу відтворити просторову картину зафіксованого явища. Так як відношення часу чутливості до мертвого часу дуже мало, доводиться іноді робити десятки тисяч знімків, перш ніж буде зафіксовано будь-яку подію, що має невелику ймовірність. Щоб збільшити ймовірність спостереження рідкісних явищ, використовуються керовані камери Вільсона, у яких роботою розширювального механізму керують лічильники частинок, включені до електронної схеми, що виділяє потрібну подію.
Пухирцева камера. У винайденій Д. А. Глезером в 1952 р. бульбашковій камері пересичені пари замінені прозорою перегрітою рідиною (тобто рідиною, що знаходиться під зовнішнім тиском, меншим тиску її насиченої пари). Іонізуюча частка, що пролетіла через камеру, викликає бурхливе закипання рідини, внаслідок чого слід частки виявляється позначеним ланцюжком бульбашок пари - утворюється трек. Бульбашкова камера, як і камера Вільсона, працює циклами. Запускається камера різким зниженням (скиданням) тиску, внаслідок чого робоча рідина перетворюється на метастабільний перегрітий стан. В якості робочої рідини, яка одночасно служить мішенню для часток, що пролітають через неї, застосовуються рідкий водень (в цьому випадку потрібні низькі температури).
Іскрові камери. У 1957 р. Краншау та де-Біром був сконструйований прилад для реєстрації траєкторій заряджених частинок, названий іскровою камерою. Прилад складається із системи плоских паралельних електродів, виконаних у вигляді каркасів з натягнутою на них металевою фольгою або у вигляді металевих пластин. Електроди поєднуються через один. Одна група електродів заземляється, але в іншу періодично подається короткочасний (тривалістю 10 -7 сек ) високовольтний імпульс (10-15 кВ). Якщо в момент подачі імпульсу через камеру пролетить іонізуюча частка, її шлях буде відзначений ланцюжком іскор, що проскакують між електродами. Прилад запускається автоматично за допомогою включених за схемою збігів додаткових лічильників, що реєструють проходження через об'єм камери досліджуваних частинок. У камерах, наповнених інертними газами, міжелектродна відстань може досягати кількох сантиметрів. Якщо напрямок польоту частинки утворює з нормаллю до електродів кут, що не перевищує 40°, розряд у таких камерах розвивається у напрямку треку частинки.
Метод фотоемульсії. Радянські фізики Л. В. Мисовський та А. П. Жданов вперше застосували для реєстрації елементарних частинок фотопластинки. Заряджена частка, проходячи через фотоемульсію, викликає таку саму дію, як і фотони. Тому після прояву платівки в емульсії утворюється видимий слід (трек) частки, що пролетіла. Недоліком методу фотопластинок була мала товщина емульсійного шару, внаслідок чого виходили повністю лише треки частинок площини шару, що летять паралельно. В емульсійних камерах опромінення піддаються товсті пачки (вагою до кількох десятків кілограмів), складені з окремих шарів фотоемульсії (без підкладки). Після опромінення пачка розбирається на шари, кожен з яких проявляється та проглядається під мікроскопом. Для того, щоб можна було простежити шлях частинки при переході з одного шару в інший, перед розбиранням пачки на всі шари наноситься за допомогою рентгенівських променів однакова координатна сітка.
>> Методи спостереження та реєстрації елементарних частинок
Розділ 13. ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРУ
Вирази атомного ядра та елементарні частинки вже неодноразово згадувалися. Ви знаєте, що атом складається з ядра та електронів. Саме атомне ядро складається з елементарних частинок, нейтронів та протонів. Розділ фізики, в якому досліджується будова та перетворення атомних ядер, називається ядерною фізикою. Спочатку поділу на ядерну фізику та фізику елементарних частинок не було. З різноманіттям світу елементарних частинок фізики зіткнулися щодо ядерних процесів. Виділення фізики елементарних частинок у самостійну область дослідження відбулося близько 1950 р. Сьогодні існують два самостійні розділи фізики: зміст одного з них становить вивчення атомних ядер, а зміст іншого – вивчення природи, властивостей та взаємних перетворень елементарних частинок.
§ 97 МЕТОДИ СПОСТЕРЕЖЕННЯ ТА РЕЄСТРАЦІЇ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТОК
Спочатку ознайомимося з пристроями, завдяки яким виникла та почала розвиватися фізика атомного ядра та елементарних частинок. Це пристрої для реєстрації та вивчення зіткнень та взаємних перетворень ядер та елементарних частинок. Саме вони дають людям необхідну інформаціюпро мікросвіт.
Принцип дії приладів реєстрації елементарних частинок.Будь-який пристрій, що реєструє елементарні частинки або атомні ядра, що рухаються, подібно до зарядженої рушниці зі зведеним курком. Невелике зусилля при натисканні на спусковий гачок рушниці викликає ефект, не порівнянний із витраченим зусиллям - постріл.
Реєструючий прилад - це більш менш складна макроскопічна система, яка може перебувати в нестійкому стані. При невеликому обуренні, викликаному частинкою, що пролетіла, починається процес переходу системи в новий, більш стійкий стан. Цей процес дозволяє реєструвати частинку. В даний час використовується безліч різних методівреєстрації частинок.
Залежно від цілей експерименту та умов, у яких він проводиться, застосовуються ті чи інші реєструючі пристрої, що відрізняються один від одного за основними характеристиками.
Газорозрядний лічильник Гейгера.Лічильник Гейгера - один із найважливіших приладів для автоматичного підрахунку частинок.
Лічильник (рис. 13.1) складається зі скляної трубки, покритої зсередини металевим шаром (катод), і тонкої металевої нитки, що йде вздовж осі трубки (анод). Трубка заповнюється газом, зазвичай аргоном. Дія лічильника ґрунтується на ударній іонізації. Заряджена частка (електрон -частка і т. д.), пролітаючи в газі, відриває від атомів електрони і створює позитивні іони і вільні електрони. Електричне поле між анодом і катодом (до них підводиться висока напруга) прискорює електрони до енергій, за яких починається ударна іонізація. Виникає лавина іонів, і струм через лічильник різко зростає. При цьому на навантажувальному резистори R утворюється імпульс напруги, який подається в реєструючий пристрій.
Для того щоб лічильник міг реєструвати наступну частинку, що потрапила в нього, лавинний розряд, необхідно погасити. Це відбувається автоматично. Так як у момент появи імпульсу струму падіння напруги на навантажувальному резистори R велике, то напруга між анодом і катодом різко зменшується - настільки, що розряд припиняється.
Лічильник Гейгера застосовується в основному для реєстрації електронів і квантів (фотонів великої енергії).
В даний час створені лічильники, що працюють на і пих принципах.
Камера Вільсон.Лічильники дозволяють лише реєструвати факт проходження через них частинки та фіксувати деякі її характеристики. У камері Вільсона, створеної в 1912 р., швидка заряджена частка залишає слід, який можна спостерігати безпосередньо або сфотографувати. Цей прилад можна назвати вікном в мікросвіт, тобто світ елементарних частинок і систем, що складаються з них.
Принцип дії камери Вільсона ґрунтується на конденсації перенасиченої пари на іонах з утворенням крапельок води. Ці іони створює вздовж своєї траєкторії заряджена частка, що рухається.
Камера Вільсона є герметично закритою посудиною, заповненою парами води або спирту, близькими до насичення (рис. 13.2). При різкому опусканні поршня, викликаному зменшенням тиску під ним, пара в камері розширюється адіабатно. Внаслідок цього відбувається охолодження, і пара стає перенасиченою. Це нестійкий стан пари: він легко конденсується, якщо в посудині з'являються центри конденсації. Центрами
конденсації стають іони, які утворює в робочому просторі камери частинка, що пролетіла. Якщо частка проникає в камеру відразу після розширення пари, то на її шляху з'являються крапельки води. Ці крапельки утворюють видимий слід частки, що пролетіла - трек (рис. 13.3). Потім камера повертається у вихідний стан, і іони видаляються електричним полем. Залежно від розміру камери, час відновлення робочого режиму варіюється від кількох секунд до десятків хвилин.
Інформація, яку дають треки в камері Вільсона, значно багатша за ту, яку можуть дати лічильники. По довжині треку можна визначити енергію частки, а за кількістю крапельок на одиницю довжини треку – її швидкість. Чим довше трек частки, тим більша її енергія. А чим більше крапельок води утворюється на одиницю довжини треку, тим менша її швидкість. Частинки із великим зарядом залишають трек більшої товщини.
Радянські фізики П. Л. Капіца та Д. В. Скобельцин запропонували поміщати камеру Вільсона в однорідне магнітне поле.
Магнітне поле діє на заряджену частинку, що рухається, з певною силою (силою Лоренца). Ця сила викривляє траєкторію частки, не змінюючи модуль її швидкості. Трек має тим більшу кривизну, що більший заряд частки і що менше її маса. По кривизні треку можна визначити відношення заряду частки до її маси. Якщо відома одна з цих величин, можна обчислити іншу. Наприклад, за зарядом частинки та кривизні її треку можна знайти масу частинки.
Пухирцева камера.У 1952 р. американським ученим Д. Глейзер було запропоновано використовувати для виявлення треків частинок перегріту рідину. У такій рідині на іонах (центрах пароутворення), що утворюються під час руху швидкої зарядженої частинки, з'являються бульбашки пари, що дають видимий трек. Камери даного типу були названі бульбашковими.
У вихідному стані рідина в камері знаходиться під високим тиском, що оберігає її від закипання, незважаючи на те, що температура рідини трохи вище температури кипіння при атмосферному тиску. При різкому зниженні тиску рідина виявляється перегрітою, і протягом невеликого часу вона перебуватиме у нестійкому стані. Заряджені частинки, що пролітають саме в цей час, викликають появу треків, що складаються з бульбашок пари (рис. 1.4.4). І як рідина використовується головним чином рідкий водень і пропан. Тривалість робочого циклу бульбашкової камери невелика – близько 0,1 с.
Перевага бульбашкової камери перед камерою Вільсона зумовлена більшою щільністю робочої речовини. Пробіги часток внаслідок цього виявляються досить короткими, і частки навіть більших енергій застряють у камері. Це дозволяє спостерігати серію послідовних перетворень частки і викликані нею реакції.
Треки в камері Вільсона та бульбашковій камері - одне з головних джерел інформації про поведінку та властивості частинок.
Спостереження слідів елементарних частинок справляє сильне враження, створює відчуття безпосереднього зіткнення з мікросвітом.
Метод товстошарових фотоемульсій.Для реєстрації частинок поряд з камерами Вільсона та бульбашковими камерами застосовуються товстошарові фотоемульсії. Іонізуюча дія швидких заряджених частинок на емульсію фотопластинки дозволила французькому фізику А. Беккерелю відкрити 1896 р. радіоактивність. Метод фотоемульсії був розвинений радянськими фізиками Л. В. Мисовським, Г. Б. Ждановим та ін.
Фотоемульсія містить велику кількість мікроскопічних кристаликів броміду срібла. Швидка заряджена частка, пронизуючи кристалик, відриває електрони від окремих атомів брому. Ланцюжок таких кристаликів утворює приховане зображення. При прояві у цих кристалах відновлюється металеве срібло і ланцюжок зерен срібла утворює трек частки (рис. 13.5). По довжині та товщині треку можна оцінити енергію та масу частинки.
Через велику щільність фотоемульсії треки виходять дуже короткими (порядку 10 -3 см для частинок, що випускаються радіоактивними елементами), але при фотографуванні їх можна збільшити.
Перевага фотоемульсій у тому, що час експозиції може бути як завгодно великим. Це дозволяє реєструвати рідкісні явища. Важливо й те, що завдяки великій здатності фотоемульсій, що гальмує, збільшується число спостерігаються цікавих реакцій між частинками і ядрами.
Ми розповіли далеко не про всі прилади, які реєструють елементарні частки. Сучасні прилади для виявлення часто зустрічаються і короткоживучих часток дуже складні. У їхньому створенні беруть участь сотні людей.
1. Чи можна зареєструвати незаряджені частинки за допомогою камери Вільсона!
2. Які переваги має бульбашкова камера в порівнянні з камерою Вільсона!
Методи реєстрації елементарних частинок
1) Газорозрядний лічильник Гейгера
Лічильник Гейгера - одне з найважливіших приладів автоматичного рахунку часток.
Лічильник складається із скляної трубки, покритої зсередини металевим шаром (катод), і тонкої металевої нитки, що йде вздовж осі трубки (анод).
Трубка заповнюється газом, зазвичай аргоном. Дія лічильника ґрунтується на ударній іонізації. Заряджена частка (електрон, £-частина і т.д.), пролітаючи в газі, відриває від атомів електрони та створює позитивні іони та вільні електрони. Електричне поле між анодом і катодом (до них підводиться висока напруга) прискорює електрони до енергії, за яких починається ударна іонізація. Виникає лавина іонів, і струм через лічильник різко зростає. При цьому на навантажувальному резистори R утворюється імпульс напруги, який подається в реєструючий пристрій. Для того щоб лічильник міг реєструвати наступну частинку, що потрапила в нього, лавинний розряд необхідно погасити. Це відбувається автоматично. Так як в момент появи імпульсу струму падіння напруги на розвантажувальному резистори R велике, то напруга між анодом і катодом різко зменшується - настільки, що розряд припиняється.
Лічильник Гейгера застосовується в основному для реєстрації електронів та Y-квантів (фотонів великої енергії). Однак безпосередньо Y-кванти внаслідок їх малої іонізуючої здатності не реєструються. Для виявлення внутрішню стінку трубки покривають матеріалом, з якого Y-кванты вибивають електрони.
Лічильник реєструє майже всі електрони, що потрапляють до нього; Що ж до Y- квантів, то він реєструє приблизно лише один Y-квант зі ста. Реєстрація важких частинок (наприклад, £-частинок) утруднена, тому що складно зробити в лічильнику досить тонке віконце, прозоре для цих частинок.
2) Камера Вільсона
Дія камери Вільсона заснована на конденсації перенасиченої пари на іонах з утворенням крапель води. Ці іони створює вздовж своєї траєкторії заряджена частка, що рухається.
Прилад є циліндром з поршнем 1 (рис. 2), накритий плоскою скляною кришкою 2. У циліндрі знаходяться насичені пари води або спирту. У камеру вводиться досліджуваний радіоактивний препарат 3, який утворює іони робочому обсязі камери. При різкому опусканні поршня донизу, тобто. при адіабатному розширенні відбувається охолодження пари і він стає перенасиченим. У цьому стані пара легко конденсується. Центрами конденсації стають іони, утворені частинкою, що пролетіла в цей час. Так у камері з'являється туманний слід (трек), який можна спостерігати і фотографувати. Трек існує десяті частки секунди. Повернувши поршень у вихідне положення та видаливши іони електричним полем, можна знову виконати адіабатне розширення. Таким чином, досліди з камерою можна проводити багаторазово.
Якщо камеру помістити між полюсами електромагніта, можливості камери з вивчення властивостей частинок значно розширюються. У цьому випадку на частинку, що рухається, діє сила Лоренца, що дозволяє по викривленню траєкторії визначити значення заряду частинки та її імпульс. На малюнку 4 наведено можливий варіант розшифрування фотографії треків електрона та позитрону. Вектор індукції В магнітного поляспрямований перпендикулярно площині креслення за креслення. Ліворуч відхиляється позитрон, праворуч - електрон.
3) Пухирцева камера
Відрізняється від камери Вільсона тим, що перенасичені пари робочому обсязі камери замінюються перегрітою рідиною, тобто. такою рідиною, яка знаходиться під тиском, меншим тиску її насиченої пари.
Пролітаючи в такій рідині, частка викликає виникнення бульбашок пари, утворюючи тим самим трек (рис.5).
У вихідному стані поршень стискає рідину. При різкому зниженні тиску температура кипіння рідини виявляється меншою за температуру довкілля.
Рідина перетворюється на нестійкий (перегріте) стан. Це забезпечує появу бульбашок по дорозі руху частки. Як робоча суміш застосовуються водень, ксенон, пропан і деякі інші речовини.
Перевага бульбашкової камери перед камерою Вільсона зумовлена більшою щільністю робочої речовини. Пробіги часток внаслідок цього виявляються досить короткими, і частки навіть більших енергій застряють у камері. Це дозволяє спостерігати серію послідовних перетворень частки і викликані нею реакції.
4) Метод товстошарових фотоемульсій
Для реєстрації частинок поряд з камерами Вільсона та бульбашковими камерами застосовуються товстошарові фотоемульсії. Іонізуюча дія швидких заряджених частинок на емульсію фотопластинки. Фотоемульсія містить велику кількість мікроскопічних кристаликів броміду срібла.
Швидка заряджена частка, пронизуючи кристалик, відриває електрони від окремих атомів брому. Ланцюжок таких кристаликів утворює приховане зображення. При появі в цих кристалах відновлюється металеве срібло і ланцюжок зерен срібла утворює трек частинки.
По довжині та товщині треку можна оцінити енергію та масу частинки. Через велику щільність фотоемульсії треки виходять дуже короткими, але при фотографуванні їх можна збільшити. Перевага фотоемульсії полягає в тому, що час експозиції може бути скільки завгодно більшим. Це дозволяє реєструвати рідкісні явища. Важливо й те, що завдяки великій здатності фотоемульсії, що гальмує, збільшується число спостерігаються цікавих реакцій між частинками і ядрами.
Досі явища кожна така частка поводиться як єдине ціле. Елементарні частинки можуть перетворюватися одна на одну. В даний час відомі чотири види взаємодій між елементарними частинками: сильне, електромагнітне, слабке та гравітаційне (у порядку зменшення інтенсивності). Сильна взаємодія. Цей вид взаємодії називають інакше ядерним, оскільки воно забезпечує зв'язок...
...(дозиметрів). Дослідження біологічної дії іонізуючих випромінювань на клітинному та молекулярному рівнях викликали розвиток мікродозиметрії, що досліджує передачу енергії випромінювання мікроструктурам речовини. Методи дозиметрії У людини в процесі еволюції не виробилося органів чуття, здатних до специфічного сприйняття іонізуючих випромінювань, які невидимі, не мають кольору, запаху, ...
У лабораторних експериментах та астрономічних спостереженнях. Ці складові елементи космомікрофізики мають свою специфіку, до обговорення якої ми переходимо. 4. Космічні промені Розвиток фізики елементарних частинок тісно пов'язав із вивченням космічного випромінювання - випромінювання, що надходить Землю практично ізотропно з усіх напрямів космічного простору. Вимірювання інтенсивності...
Телепередача з печінки та ін. Цікаві ефекти та дотепні рішення: радіоактивність людини, радіоактивний сир, відновлення зниклих зображень на фотографіях, автографи невидимок. Методи пошуку та досліджень у викладанні фізики Вступ Від міфів до простих фактів. Потреба у пізнанні світу на початку призвела до спроб пояснити світ одразу загалом, негайно отримати відповіді на...
Лічильник складається із скляної трубки, покритої зсередини металевим шаром (катод), і тонкої металевої нитки, що йде вздовж осі трубки (анод). Трубка заповнюється газом, зазвичай аргоном. Заряджена частка (електрон, а-частка і т.д.), пролітаючи в газі, відриває від атомів електрони та створює позитивні іони та вільні електрони. Електричне поле між анодом та катодом прискорює електрони до енергій, за яких починається ударна іонізація. Принцип дії Виникає лавина іонів і струм через лічильник різко зростає. При цьому на навантажувальному резистори R утворюється імпульс напруги, який подається в реєструючий пристрій.
Особливості Для того щоб лічильник міг реєструвати наступну частинку, що потрапила в нього, лавинний розряд необхідно погасити. Це відбувається автоматично. Лічильник реєструє майже всі електрони, що потрапляють до нього; що стосується γ-квантів, він реєструє приблизно лише один γ - квант зі ста. Реєстрація важких частинок (наприклад, α-частинок) утруднена, оскільки складно зробити в лічильнику досить тонке віконце, прозоре для цих частинок.
Камера Вільсона У камері Вільсона, створеної в 1912 р., швидка заряджена частка залишає слід, який можна спостерігати безпосередньо або сфотографувати. Цей прилад можна назвати «вікном» у мікросвіт, тобто світ елементарних частинок і систем, що складаються з них.
Принцип дії Камера Вільсона є герметично закритою посудиною, заповненою парами води або спирту, близькими до насичення. При різкому опусканні поршня, викликаному зменшенням тиску під поршнем, пара в камері розширюється. Внаслідок цього відбувається охолодження, і пара стає пересиченою. Це нестійкий стан пари: пар легко конденсується. Центрами конденсації стають іони, які утворює в робочому просторі камери частинка, що пролетіла. Якщо частка проникає в камеру безпосередньо перед розширенням або відразу після нього, то на її шляху з'являються крапельки води. Ці крапельки утворюють видимий слід частки трек, що пролетіла. Потім камера повертається у вихідний стан і видаляються іони електричним полем. Залежно від розмірів камери, час відновлення робочого режиму коливається від декількох секунд до десятків хвилин.
Особливості По довжині треку можна визначити енергію частки, а за кількістю крапельок на одиницю довжини треку оцінюється її швидкість. Чим довше трек частки, тим більша її енергія. А чим більше крапельок води утворюється на одиницю довжини треку, тим менша її швидкість. Частинки з великим зарядом залишають трек більшої товщі Камеру Вільсона можна помістити в однорідне магнітне поле. Магнітне поле діє на заряджену частинку, що рухається, з певною силою. Ця сила викривляє траєкторію частки. Трек має тим більшу кривизну, що більший заряд частки і що менше її маса. По кривизні треку можна визначити відношення заряду частки до її маси.
Принцип дії У вихідному стані рідина в камері знаходиться під високим тиском, що оберігає її від закипання, незважаючи на те, що температура рідини вище температури кипіння при атмосферному тиску. При різкому зниженні тиску рідина перегріта і протягом невеликого часу вона перебуватиме в нестійкому стані. Заряджені частинки, що пролітають саме в цей час, викликають появу треків, що складаються з бульбашок пари. Як рідини використовуються головним чином рідкий водень і пропан.
Тривалість робочого циклу бульбашкової камери невелика близько 0,1 с. Перевага бульбашкової камери перед камерою Вільсона зумовлена більшою щільністю робочої речовини. Пробіги часток внаслідок цього виявляються досить короткими, і частки навіть більших енергій застряють у камері. Це дозволяє спостерігати серію послідовних перетворень частки і викликані нею реакції.
Метод товстошарових фотоемульсій Іонізуюча дія швидких заряджених частинок на емульсію фотопластинки дозволила французькому фізику А. Беккерелю відкрити в 1896 радіоактивність. Метод був розвинений радянськими фізиками Л. В. Мисовським, А. П. Ждановим та ін.
Принцип дії Фотоемульсія містить велику кількість мікроскопічних кристаликів броміду срібла. Швидка заряджена частка, пронизуючи кристалик, відриває електрони від окремих атомів брому. Ланцюжок таких кристаликів утворює приховане зображення. При прояві цих кристаликах відновлюється металеве срібло і ланцюжок зерен срібла утворює трек частки. По довжині та товщині треку можна оцінити енергію та масу частинки.
Особливості Через велику щільність фотоемульсії треки виходять дуже короткими (порядку см для α-часток, що випускаються радіоактивними елементами), але при фотографуванні їх можна збільшити. Перевага фотоемульсій полягає в тому, що час експозиції може бути як завгодно великим. Це дозволяє реєструвати рідкісні явища. Важливо й те, що завдяки великій здатності фотоемульсій, що гальмує, збільшується число спостерігаються цікавих реакцій між частинками і ядрами.
