Методи реєстрування іонізуючого випромінювання
2-й семестр
АТОМНА І ЯДЕРНА ФІЗИКА
УРОК 11/88
Тема. Методи реєстрування іонізуючого випромінювання
Мета уроку: ознайомити учнів із сучасними методами виявлення й дослідження заряджених частинок.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
ПЛАН УРОКУ
Контроль знань | 4 хв. | 1. Період напіврозпаду. 2. Закон радіоактивного розпаду. 3. Зв’язок сталої напіврозпаду з інтенсивністю радіоактивного випромінювання. |
Демонстрації | 4 хв. | 1. 2. Спостереження треків частинок у камері Вільсона. 3. Фотографії треків заряджених частинок у бульбашковій камері. |
Вивчення нового матеріалу | 25 хв. | 1. Будова і принцип дії лічильника Гейгера-Мюллера. 2. Іонізаційна камера. 3. Камера Вільсона. 4. Бульбашкова камера. 5. Метод товстошарових фотоемульсій. |
Закріплення вивченого матеріалу | 12 хв. | 1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Будова і принцип дії лічильника
Всі сучасні реєстрації ядерних частинок і випромінювань можна розбити на дві групи:
А) обчислювальні методи, засновані на використанні приладів, що вважають число частинок того або іншого типу;
Б) трекові методи, що дозволяють відтворити слід частинки. Лічильник Гейгера-Мюллера – один із найважливіших приладів для автоматичного рахунку частинок. Дія лічильника заснована на ударній іонізації. Заряджена частинка пролітає в газі, відриваючи від атомів електрони, і створює позитивні іони й вільні електрони. Електричне поле між анодом і катодом прискорює електрони до енергій, за яких починається іонізація. Лічильник Гейгера-Мюллера застосовують в основному для реєстрації електронів і?-випромінювань.
2. Іонізаційна камера
Така камера дозволяє вимірювати дози іонізуючого випромінювання. Зазвичай це циліндричний конденсатор, між обкладками якого перебуває газ. Між обкладками прикладають високу напругу. За відсутності іонізуючого випромінювання струм практично відсутній, а в разі опромінення газу в ньому з’являються вільні заряджені частинки (електрони й іони) і протікає слабкий струм. Цей слабкий струм підсилюють і вимірюють. Сила струму характеризує іонізуючу дію випромінювання (?-кванти).
3. Камера Вільсона
Набагато більші можливості для вивчення мікросвіту дає створена 1912 р. камера Вільсона. У цій камері швидка заряджена частинка залишає слід, який можна спостерігати безпосередньо або фотографувати.
Дія камери Вільсона заснована на конденсації перенасиченої пари на іонах з утворенням крапельок води. Ці іони створює уздовж своєї траєкторії заряджена рухома частинка. Крапельки утворюють видимий слід частинки, що пролетіла, – трек.
Інформація, яку дають треки в камері Вільсона, значно повніша за ту, яку можуть дати лічильники. За довжиною треку можна визначити енергію частинки, а за кількістю крапельок на одиницю довжини треку оцінюють її швидкість.
Російські фізики П. Л. Капіца й Д. В. Скобельцин запропонували поміщати камеру Вільсона в однорідне магнітне поле. Магнітне поле діє на заряджену рухому частинку з певною силою. Ця сила викривляє траєкторію частинки, не змінюючи модуля її швидкості. За кривиною треку можна визначити відношення заряду частинки до її маси.
Зазвичай треки частинок у камері Вільсона не тільки спостерігають, але й фотографують.
4. Бульбашкова камера
1952 р. американський учений Д. Глейзер запропонував 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 перед камерою Вільсона обумовлена більшою густиною робочої речовини. Пробіги частинок внаслідок цього виявляються досить короткими, і частинки навіть великих енергій “застрягають” у камері. Це дозволяє спостерігати серію послідовних перетворень частинки й зумовлені нею реакції.
Треки в камері Вільсона й бульбашковій камері – одне з головних джерел інформації про поводження й властивості частинок.
5. Метод товстошарових фотоемульсій
Найбільш дешевим методом реєстрування частинок і випромінювань є фото-емульсійний. Він базується на тому, що заряджена частинка, рухаючись у фотоемульсії, руйнує молекули бромистого срібла в тих зернах, крізь які вона пройшла. Під час проявлення в кристаликах відновлюється металеве срібло й ланцюжок зерен срібла утворює трек частинки. За довжиною й товщиною треку можна оцінити енергію й масу частинки.
ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
Перший рівень
1. Чи можна за допомогою камери Вільсона реєструвати незаряджені частинки?
2. Які переваги має бульбашкова камера порівняно з камерою Вільсона?
Другий рівень
1. Чому не реєструються альфа-частинки за допомогою лічильника Гейгера-Мюллера?
2. Які характеристики частинок можна визначити за допомогою камери Вільсона, поміщеної в магнітне поле?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Якісні питання
1. Як за допомогою камери Вільсона можна визначити природу частинки, що пролетіла в камері, її енергію, швидкість?
2. З якою метою камеру Вільсона іноді перегороджують шаром свинцю?
3. Де більше довжина вільного пробігу 
-частинки: біля поверхні Землі або у верхніх шарах атмосфери?
2). Навчаємося розв’язувати задачі
1. На рисунку показаний трек -частинки, що рухалася в однорідному магнітному полі магнітною індукцією 100 мТл, напрямленому перпендикулярно до площини рисунка. Відстань між лініями сітки на рисунку дорівнює 1 см. Яка швидкість частинки?
2. Показана на рисунку фотографія отримана в камері Вільсона, наповненій водяною парою. Яка частинка могла пролетіти через камеру Вільсона? Стрілкою показано напрямок початкової швидкості частинки.
Домашнє завдання
1. Підр-1: § 58; підр-2: § 28 (п. 3).
2. Зб.: № 17.49; 17.77; 17.78; 17.79; 17.80.
3. Д: підготуватися до самостійної роботи № 14.
ЗАВДАННЯ ІЗ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ № 14 “АТОМНЕ ЯДРО. ЯДЕРНІ СИЛИ. РАДІОАКТИВНІСТЬ”
Завдання 1 (1,5 бала)
Відбувся -розпад радію 22688Ra
А Число протонів у ядрі зменшилося на 1.
Б Утворилося ядро з атомним номером 90.
В Утворилося ядро з масовим числом 224.
Г Утворилося ядро атома іншого хімічного елемента.
Завдання 2 (2,5 бала)
Для реєстрування заряджених частинок використовують камеру Вільсона.
А Камера Вільсона дозволяє визначити тільки кількість частинок, що пролетіли.
Б За допомогою камери Вільсона можна реєструвати нейтрони.
В Заряджена частинка, що пролетіла через камеру Вільсона, спричиняє кипіння перегрітої рідини.
Г Помістивши камеру Вільсона в магнітне поле, можна визначити знак заряду частинок, що пролітають.
Завдання 3 (3 бали)
Завдання 3 має на меті встановити відповідність (логічна пара). До кожного рядка, позначеного буквою, підберіть твердження, позначене цифрою.
А Протон.
Б Нейтрон.
В Ізотопи.
Г Альфа-частинка.
1 Нейтральна частинка, утворена одним протоном і одним нейтроном.
2 Позитивно заряджена частинка, утворена двома протонами й двома нейтронами. Ідентична ядру атома Гелію
3 Частинка, що не має електричного заряду і має масу 1,67 – 10-27 кг.
4 Частинка з позитивним зарядом, що дорівнює за модулем заряду електрона і масою 1,67 – 10-27 кг.
5 Ядра з однаковим електричним зарядом, але різної маси.
Завдання 4 (5 балів)
Який ізотоп утворюється з урану 23992 U після двох?-розпадів і одного -розпаду? Запишіть рівняння реакції.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...