Експериментальні методи реєстрації заряджених частинок
2-й семестр
ЯДЕРНА ФІЗИКА
4. Атомне ядро. Ядерна енергетика
Урок 6/53
Тема. Експериментальні методи реєстрації заряджених частинок
Мета уроку: ознайомити учнів із сучасними методами виявлення й дослідження заряджених частинок і ядерних перетворень.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
План уроку
Контроль знань | 6 хв. | 1. Модель атома Томсона. 2. Планетарна модель атома Резерфорда. 3. Що таке штучна радіоактивність? 4. Відкриття нейтрона |
Демонстрації | 7 | 1. Спостереження треків частинок у камері Вільсона. 2. Пристрій і принцип дії лічильника іонізуючих частинок |
Вивчення нового матеріалу | 25 хв. | 1. Будова й принцип дії камери Вільсона. 2. Будова й принцип дії лічильника Гейгера |
Закріплення вивченого матеріалу | 7 хв. | 1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Будова і принцип дії камери Вільсона
Усі сучасні реєстрації ядерних частинок і випромінювань умовно можна розбити на дві
А) трекові методи, що дозволяють відтворити слід частинки;
Б) лічильні методи, засновані на використанні приладів, що підраховують число частинок того чи іншого типу.
Завдяки пристроям, що реєструють ядерні частинки й випромінювання, виникла й почала розвиватися фізика атомного ядра й елементарних частинок. Саме вони подають необхідну інформацію про події в мікросвіті.
Реєструвальний прилад – це складна система, що може перебувати в нестійкому стані. У разі незначного збурювання, спричиненого частинкою, що пролетіла, починається процес переходу системи в новий, більш стійкий стан. Цей процес і дозволяє реєструвати частинку.
1912 року Вільсон запропонував пристрій, у якому швидка заряджена частинка залишає слід, який можна спостерігати або навіть безпосередньо фотографувати.
Дія камери Вільсона заснована на конденсації перенасиченої пари на іонах з утворенням крапельок води. Ці іони створює уздовж своєї траєкторії заряджена частка, що рухається. Крапельки утворюють видимий слід частинки, що пролетіла, – трек. За довжиною треку можна визначити енергію частинки, а за числом крапельок на одиницю довжини треку оцінюється її швидкість.
Російські фізики П. Л. Капіца і Д. В. Скобельцин запропонували поміщати камеру Вільсона в однорідне магнітне поле. Магнітне поле діє на заряджену частинку, що рухається, з певною силою. Ця сила викривляє траєкторію частинки, не змінюючи модуля її швидкості. За кривизною треку можна визначити відношення заряду частки до її маси.
Зазвичай треки частинок у камері Вільсона не тільки спостерігають, але й фотографують.
1952 р. американським ученим Д. Глейзером було запропоновано використовувати для виявлення треків частинок перегріту рідину. У цій рідині на іонах, що утворюються під час руху швидкої зарядженої частинки, виникають бульбашки пари, що дають видимий трек. Камери такого типу були названі бульбашковими.
Перевага бульбашкової камери порівняно з камерою Вільсона обумовлена більшою густиною робочої речовини. Пробіги частинок унаслідок цього виявляються досить короткими, і частинки навіть великих енергій “застрягають” у камері. Це дозволяє спостерігати серію послідовних перетворень частинки й реакції, що нею зумовлюються.
Треки в камері Вільсона і бульбашковій камері – одне з головних джерел інформації про поводження й властивості частинок.
2. Будова та принцип дії лічильника Гейгера
Лічильник Гейгера – один з найважливіших приладів для автоматичного підрахунку частинок. Дія лічильника заснована на ударній іонізації. Заряджена частинка пролітає в газі, відриваючи від атомів електрони, і створює позитивні іони та вільні електрони. Електричне поле між анодом і катодом прискорює електрони до енергій, за яких починається іонізація.
Лічильник Гейгера застосовується в основному для реєстрації електронів і?-випромінювань.
Широке застосування лічильника Гейгера – Мюллера пояснюється високою чутливістю, можливістю реєструвати різного роду випромінювання, порівняною простотою і невисокою вартістю установки. Лічильник було винайдено 1908 року Гейгером й удосконалено Мюллером.
Циліндричний лічильник Гейгера-Мюллера складається з металевої трубки або металізованої зсередини скляної трубки й тонкої металевої нитки, натягнутої по осі циліндра. Нитка служить анодом, трубка – катодом. Трубка заповнюється розрідженим газом, у більшості випадків використовують благородні гази аргон і неон. Між катодом й анодом створюється напруга близько 1500 В.
Робота лічильника заснована на ударній іонізації. Гамма-кванти, що випускаються радіоактивним ізотопом, потрапляючи на стінки лічильника, вибивають із нього електрони. Електрони, рухаючись у газі і зіштовхуючись з атомами газу, вибивають з атомів електрони й створюють позитивні іони й вільні електрони. Електричне поле між катодом та анодом прискорює електрони до енергій, за яких починається ударна іонізація. Виникає лавина іонів, і струм через лічильник різко зростає. При цьому на опорі R утворюється імпульс напруги, що подається в реєструвальний пристрій.
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
– Чи можна за допомогою камери Вільсона реєструвати незаряджені частинки?
– Які характеристики частинок можна визначити за допомогою камери Вільсона, яку помістили в магнітне поле?
– Чому не реєструються альфа-частинки за допомогою лічильника Гейгера?
– Які фізичні явища лежать в основі дії камери Вільсона й лічильника Гейгера?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Якісні питання
1. Які особливості повинні мати прилади для реєстрації заряджених частинок?
2. Які характеристики частинок можна визначити за допомогою камери Вільсона?
2). Навчаємося розв’язувати задачі
1. Як за допомогою камери Вільсона можна визначити природу частки, що пролетіла в камері, її енергію, швидкість?
2. Швидкість?-частинки в середньому в 15 разів менше за швидкість?-частки. Чому?-частинки (жирний трек на рисунку) слабше відхиляються магнітним полем?
Що ми дізналися на уроці
– Усі сучасні реєстрації ядерних частинок і випромінювань умовно можна розбити на дві групи:
А) трекові методи, що дозволяють відтворити слід частинки;
Б) лічильні методи, засновані на використанні приладів, що рахують число частинок того чи іншого типу.
Домашнє завдання
Підр.: Конспект.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...