Въпроси.
1. Въз основа на фигура 170, разкажете ни за структурата и принципа на работа на брояча на Geiger.
Броячът на Гайгер се състои от стъклена тръба, пълна с разреден газ (аргон) и запечатана в двата края, вътре в която има метален цилиндър (катод) и тел, опъната вътре в цилиндъра (анод). Катодът и анодът са свързани чрез съпротивление към източник с високо напрежение (200-1000 V). Следователно между анода и катода възниква силно електрическо поле. Когато йонизираща частица попадне в тръбата, се образува електронно-йонна лавина и във веригата се появява електрически ток, който се записва от преброително устройство.
2. За регистриране на какви частици се използва брояч на Гайгер?
За регистриране на електрони и ϒ-кванти се използва брояч на Гайгер.
3. Въз основа на фигура 171, разкажете ни за структурата и принципа на работа на облачна камера.
Облачната камера е нисък стъклен цилиндър с капак, бутало на дъното и смес от алкохол и вода, наситена с пара. Когато буталото се движи надолу, изпаренията стават пренаситени, т.е. способен на бърза кондензация. Когато някоя частица попадне през специален прозорец в камерата, тя създава йони, които се превръщат в кондензационни ядра и по траекторията на частицата се появява следа (писта) от кондензирани капчици, която може да бъде фотографирана. Ако поставите камерата в магнитно поле, траекториите на заредените частици ще бъдат изкривени.
4. Какви характеристики на частиците могат да бъдат определени с помощта на облачна камера, поставена в магнитно поле?
По посоката на завоя се съди за заряда на частицата, а по радиуса на кривината може да се определи големината на заряда, масата и енергията на частицата.
5. Какво е предимството на камерата с мехурчета пред камерата с облак? Как се различават тези устройства?
В балонната камера вместо пренаситена пара се използва течност, прегрята над точката на кипене, което я прави по-бърза.
Назад напред
внимание! Визуализациите на слайдовете са само за информационни цели и може да не представят всички функции на презентацията. Ако се интересувате от тази работа, моля, изтеглете пълната версия.
Тип урок:урок за изучаване на нов материал.
Тип урок:комбинирани.
технология:проблемно-диалогичен.
Целта на урока:организирайте дейности на учениците за изучаване и първоначално консолидиране на знания за методите за записване на заредени частици.
Оборудване:компютър и мултимедиен проектор, Презентация.
Методи за откриване на заредени частици
Днес изглежда почти невероятно колко много открития във физиката на атомното ядро са направени с помощта на естествени източници на радиоактивно лъчение с енергия от само няколко MeV и прости устройства за откриване. Открито е атомното ядро, получени са неговите размери, за първи път е наблюдавана ядрена реакция, открито е явлението радиоактивност, открити са неутронът и протонът, предсказано е съществуването на неутрино и т.н. Дълго време основният детектор на частици беше плоча със слой от цинков сулфид, нанесен върху нея. Частиците са регистрирани с око от светлинните проблясъци, които произвеждат в цинковия сулфид.
С течение на времето експерименталните настройки стават все по-сложни. Бяха разработени технологията за ускоряване и откриване на частици и ядрената електроника. Напредъкът в ядрената физика и физиката на елементарните частици все повече се определя от напредъка в тези области. Нобеловите награди по физика често се присъждат за работа в областта на физическите експериментални техники.
Детекторите служат както за регистриране на самия факт на присъствие на частица, така и за определяне на нейната енергия и импулс, траекторията на частицата и други характеристики. За регистриране на частици често се използват детектори, които са максимално чувствителни към детекцията на определена частица и не усещат големия фон, създаден от други частици.
Обикновено в експериментите с ядрената физика и физиката на елементарните частици е необходимо да се изолират „необходимите“ събития от гигантски фон от „ненужни“ събития, може би едно на милиард. За целта се използват различни комбинации от броячи и методи за регистрация.
Откриване на заредени частицисе основава на явлението йонизация или възбуждане на атомите, което те предизвикват в веществото на детектора. Това е основата за работата на такива детектори като облачна камера, камера с мехурчета, камера с искри, фотографски емулсии, газови сцинтилационни и полупроводникови детектори.
1. Гайгеров брояч
Броячът на Гайгер е като правило цилиндричен катод, по оста на който е опъната жица - анод. Системата е пълна с газова смес. При преминаване през брояча заредена частица йонизира газа. Получените електрони, движейки се към положителния електрод - нишката, навлизайки в областта на силно електрическо поле, се ускоряват и от своя страна йонизират газовите молекули, което води до коронен разряд. Амплитудата на сигнала достига няколко волта и лесно се записва. Броячът на Гайгер записва факта, че една частица преминава през брояча, но не измерва енергията на частицата.
2. Облачна камера
Облачната камера е детектор на елементарни заредени частици, в който следата (следата) на частица се образува от верига от малки капчици течност по траекторията на нейното движение. Изобретен от Чарлз Уилсън през 1912 г. (Нобелова награда 1927 г.).
Принципът на работа на облачната камера се основава на кондензацията на свръхнаситени пари и образуването на видими капки течност върху йони по следите на заредена частица, летяща през камерата. За да се създаде свръхнаситена пара, се получава бързо адиабатно разширение на газа с помощта на механично бутало. След заснемане на пистата, газът в камерата се компресира отново и капчиците върху йоните се изпаряват. Електрическото поле в камерата служи за "почистване" на камерата от йони, образувани при предишната йонизация на газа. В облачна камера следите от заредени частици стават видими поради кондензацията на свръхнаситени пари върху газови йони, образувани от заредената частица. Върху йоните се образуват капки течност, които нарастват до размер, достатъчен за наблюдение (10 –3 -10 –4 cm) и фотографиране при добро осветление. Работната среда най-често е смес от вода и алкохолни пари под налягане 0,1-2 атмосфери (водната пара кондензира главно върху отрицателни йони, алкохолната пара върху положителни). Пренасищането се постига чрез бързо намаляване на налягането поради разширяване на работния обем. Възможностите на облачната камера се увеличават значително, когато се постави в магнитно поле. Въз основа на траекторията на заредена частица, извита от магнитно поле, се определя знакът на нейния заряд и импулс. С помощта на облачна камера през 1932 г. К. Андерсън открива позитрон в космическите лъчи.
3. Балонна камера
Балонна камера– пистов детектор на елементарни заредени частици, при който пистата (следата) на частица се образува от верига от парни мехурчета по траекторията на нейното движение. Изобретен от А. Глейзър през 1952 г. (Нобелова награда 1960 г.).
Принципът на действие се основава на кипенето на прегрята течност по пистата на заредена частица. Балонната камера е съд, пълен с прозрачна прегрята течност. При бързо намаляване на налягането по пътя на йонизиращата частица се образува верига от мехурчета пара, които се осветяват от външен източник и се фотографират. След заснемане на следата, налягането в камерата се повишава, газовите мехурчета се свиват и камерата отново е готова за работа. Като работна течност в камерата се използва течен водород, който едновременно служи като водородна мишена за изследване на взаимодействието на частиците с протоните.
Облачната камера и камерата с мехурчета имат голямото предимство, че всички заредени частици, произведени при всяка реакция, могат да бъдат директно наблюдавани. За да се определи вида на частицата и нейния импулс, облачните камери и камерите с мехурчета се поставят в магнитно поле. Балонната камера има по-висока плътност на материала на детектора в сравнение с облачната камера и следователно пътищата на заредените частици се съдържат изцяло в обема на детектора. Дешифрирането на снимки от балонни камери представлява отделен, трудоемък проблем.
4. Ядрени емулсии
По същия начин, както се случва в обикновената фотография, заредена частица по пътя си нарушава структурата на кристалната решетка на зърната от сребърен халид, което ги прави способни да се развиват. Ядрената емулсия е уникално средство за запис на редки събития. Купчините ядрени емулсии позволяват откриването на частици с много висока енергия. С тяхна помощ можете да определите координатите на пистата на заредена частица с точност до ~1 микрон. Ядрените емулсии се използват широко за откриване на космически частици върху сондажни балони и космически кораби.
Фотографските емулсии като детектори на частици са донякъде подобни на облачните камери и камерите с мехурчета. Те са използвани за първи път от английския физик С. Пауъл за изследване на космическите лъчи. Фотографската емулсия е слой от желатин със зърна от сребърен бромид, разпръснати в него. Под въздействието на светлината в зърната от сребърен бромид се образуват латентни центрове на изображението, които допринасят за редуцирането на сребърния бромид до метално сребро, когато се проявява с конвенционален фотографски проявител. Физическият механизъм за образуването на тези центрове е образуването на метални сребърни атоми поради фотоелектричния ефект. Йонизацията, произведена от заредени частици, дава същия резултат: появява се следа от чувствителни зърна, която след проявяване може да се види под микроскоп.
5. Сцинтилационен детектор
Сцинтилационният детектор използва свойството на определени вещества да светят (сцинтилират), когато през тях преминава заредена частица. Светлинните кванти, произведени в сцинтилатора, след това се записват с помощта на фотоумножителни тръби.
Съвременните измервателни инсталации във физиката на високите енергии са сложни системи, включващи десетки хиляди броячи, сложна електроника и са способни да записват едновременно десетки частици, произведени при един сблъсък.
Автор: Фомичева С. Е., учител по физика в МБОУ „Средно училище № 27” в град Киров Методи за записване и наблюдение на елементарни частици Брояч на Гайгер Камера на Уилсън Мехурчеста камера Метод на фотоемулсия Метод на сцинтилация Искрова камера (1908 г.) Предназначен за автоматично преброяване на частици. Позволява ви да регистрирате до 10 000 или повече частици в секунда. Регистрира почти всеки електрон (100%) и 1 от 100 гама кванта (1%) Регистрирането на тежки частици е трудно Ханс Вилхелм Гайгер 1882-1945 Устройство: 2. Катод - тънък метален слой 3. Анод - тънка метална нишка 1 Стъклена тръба, пълна с аргон 4. Записващо устройство За откриване на γ-квант, вътрешната стена на тръбата е покрита с материал, от който γ-квантите изхвърлят електрони. Принцип на действие: Действието се основава на ударна йонизация. Заредена частица, летяща през газ, отделя електрони от атомите. Появява се лавина от електрони и йони. Токът през измервателния уред рязко се увеличава. В резистора R се генерира импулс на напрежение, който се записва от преброително устройство. Напрежението между анода и катода рязко намалява. Разрядът спира, броячът отново е готов за работа (1912) Предназначен за наблюдение и получаване на информация за частици. Когато една частица преминава, тя оставя следа - следа, която може да бъде наблюдавана директно или фотографирана. Откриват се само заредени частици, неутралните не предизвикват йонизация на атома, за тяхното присъствие се съди по вторичните ефекти. Чарлз Томсън Рийз Уилсън 1869-1959 Устройство: 7. Камера, пълна с вода и алкохолни пари 1. Източник на частици 2. Кварцово стъкло 3. Електроди за създаване на електрическо поле 6. Писти 5. Бутало 4. Вентилатор Принцип на действие: Действието се основава върху използването на нестабилна държавна среда. Парата в камерата е близка до насищане. Когато буталото се спусне, възниква адиабатно разширение и парата става пренаситена. Водните капки образуват следи. Летящата частица йонизира атомите, върху които се кондензира парата, която е в нестабилно състояние. Буталото се издига, капките се изпаряват, електрическото поле премахва йоните и камерата е готова да приеме следващата частица. Информация за частиците: по дължината на пистата - за енергията на частицата (колкото повече L, толкова повече W. ); по броя на капките на единица дължина - за скоростта (колкото повече N, толкова повече v); По дебелината на пистата - за големината на заряда (колкото повече d, толкова повече q) По кривината на пистата в магнитно поле - за съотношението на заряда на частицата към нейната маса (колкото повече R, колкото повече m и v, толкова повече q); По посока на огъване около знака на заряда на частицата. (1952) Проектиран да наблюдава и получава информация за частици. Проучват се следи, но за разлика от облачната камера, тя позволява изследване на частици с висока енергия. Има по-кратък работен цикъл - около 0,1 s. Позволява ви да наблюдавате разпадането на частиците и реакциите, които предизвиква. Доналд Артър Глейзър 1926-2013 Устройство: Подобно на облачна камера, но се използва течен водород или пропан вместо пара. Течността е под високо налягане при температура над точката на кипене. Буталото се спуска, налягането пада и течността се оказва в нестабилно, прегрято състояние. Парни мехурчета образуват следи. Летяща частица йонизира атоми, които се превръщат в центрове на изпарение. Буталото се издига, парата се кондензира, електрическото поле премахва йони и камерата е готова да приеме следващата частица (1895 г.) е покрита с емулсия, съдържаща голям брой кристали сребърен бромид. Докато частицата лети, тя премахва електрони от бромни атоми и верига от такива кристали образува латентен образ. Когато се развие, металното сребро се възстановява в тези кристали. Верига от сребърни зърна образува следа. Антоан Анри Бекерел Този метод позволява да се регистрират редки явления между частици и ядра. 1. Алуминиево фолио 4. Динод 5. Анод 3. Фотокатод 2. Сцинтилатор Методът на сцинтилация включва преброяване на малки проблясъци на светлина, когато алфа частици удрят екран, покрит с цинков сулфид. Това е комбинация от сцинтилатор и фотоумножител. Регистрират се всички частици и 100% гама-кванти. Позволява ви да определите енергията на частиците. Представлява система от паралелни метални електроди, пространството между които е запълнено с инертен газ. Разстоянието между плочите е от 1 до 10 cm. Искрите при разряд са строго локализирани. Те възникват там, където се появяват безплатни такси. Искровите камери могат да бъдат с размери от порядъка на няколко метра. Докато частицата лети между плочите, избухва искра, създавайки огнена следа. Предимството е, че процесът на регистрация е управляем.
Завършени работи
ДИПЛОМНИ РАБОТИ
Много вече е минало и сега сте дипломиран, ако, разбира се, напишете дипломната си работа навреме. Но животът е такова нещо, че едва сега ви става ясно, че след като сте престанали да бъдете студент, ще загубите всички студентски радости, много от които никога не сте опитвали, отлагайки всичко и го отлагайки за по-късно. И сега, вместо да наваксваш, работиш върху дипломната си работа? Има отлично решение: изтеглете дисертацията, от която се нуждаете, от нашия уебсайт - и веднага ще имате много свободно време!
Тези дисертации са успешно защитени във водещи университети на Република Казахстан.
Цената на работата от 20 000 тенге
КУРСОВИ РАБОТИ
Курсовият проект е първата сериозна практическа работа. Именно с писането на курсова работа започва подготовката за разработване на дипломни проекти. Ако студентът се научи правилно да представя съдържанието на дадена тема в курсов проект и да го форматира компетентно, тогава в бъдеще той няма да има проблеми с писането на доклади, съставянето на тезиси или изпълнението на други практически задачи. За да подпомогне студентите при писането на този тип студентски работи и да изясни въпросите, които възникват по време на подготовката им, всъщност беше създадена тази информационна секция.
Разходи за работа от 2500 тенге
МАГИСТЪРСКИ ДИСЕРТАЦИИ
В момента във висшите учебни заведения на Казахстан и страните от ОНД нивото на висше професионално образование, което следва след бакалавърската степен, е много често - магистърска степен. В магистърската програма студентите учат с цел получаване на магистърска степен, която се признава в повечето страни по света повече от бакалавърска степен, а също така се признава от чуждестранни работодатели. Резултатът от магистърското обучение е защитата на магистърска теза.
Ще ви предоставим актуални аналитични и текстови материали, като цената включва 2 научни статии и резюме.
Разходи за работа от 35 000 тенге
ДОКЛАДИ ОТ ПРАКТИКАТА
След завършване на всякакъв вид студентски стаж (образователен, индустриален, преддипломен) се изисква отчет. Този документ ще бъде потвърждение за практическата работа на студента и основа за формиране на оценка за практиката. Обикновено, за да съставите отчет за стаж, трябва да съберете и анализирате информация за предприятието, да разгледате структурата и режима на работа на организацията, в която се провежда стажът, да съставите календарен план и да опишете практическите си дейности.
Ще ви помогнем да напишете доклад за вашия стаж, като вземете предвид спецификата на дейността на конкретно предприятие.
>> Методи за наблюдение и записване на елементарни частици
Глава 13. ФИЗИКА НА АТОМНОТО ЯДРО
Изразите атомно ядро и елементарни частици вече бяха споменати няколко пъти. Знаете, че атомът се състои от ядро и електрони. Самото атомно ядро се състои от елементарни частици, неутрони и протони. Разделът от физиката, който изучава структурата и трансформацията на атомните ядра, се нарича ядрена физика. Първоначално не е имало разделение между ядрена физика и физика на елементарните частици. Физиците се сблъскаха с многообразието на света на елементарните частици, когато изучаваха ядрените процеси. Отделянето на физиката на елементарните частици в самостоятелна област на изследване настъпва около 1950 г. Днес има два независими клона на физиката: съдържанието на единия от тях е изучаването на атомните ядра, а съдържанието на другото е изучаването на същност, свойства и взаимни преобразувания на елементарните частици.
§ 97 МЕТОДИ ЗА НАБЛЮДЕНИЕ И РЕГИСТРИРАНЕ НА ЕЛЕМЕНТАРНИ ЧАСТИЦИ
Първо, нека се запознаем с устройствата, благодарение на които възниква и започва да се развива физиката на атомното ядро и елементарните частици. Това са устройства за записване и изследване на сблъсъци и взаимни трансформации на ядра и елементарни частици. Те са тези, които дават на хората необходимата информация за микросвета.
Принципът на действие на устройствата за запис на елементарни частици.Всяко устройство, което открива елементарни частици или движещи се атомни ядра, е като зареден пистолет с наведен чук. Малка сила при натискане на спусъка на пистолет предизвиква ефект, който не е сравним с изразходваното усилие - изстрел.
Записващото устройство е повече или по-малко сложна макроскопична система, която може да е в нестабилно състояние. С малко смущение, причинено от преминаваща частица, започва процесът на преход на системата към ново, по-стабилно състояние. Този процес прави възможно регистриране на частица. В момента се използват много различни методи за откриване на частици.
В зависимост от целите на експеримента и условията, в които се провежда, се използват определени записващи устройства, различаващи се помежду си по основните си характеристики.
Газоразряден брояч на Гайгер.Броячът на Гайгер е едно от най-важните устройства за автоматично броене на частици.
Броячът (фиг. 13.1) се състои от стъклена тръба, покрита отвътре с метален слой (катод) и тънка метална нишка, минаваща по оста на тръбата (анод). Тръбата е пълна с газ, обикновено аргон. Броячът работи на базата на ударна йонизация. Заредена частица (електрон, -частица и т.н.), летяща през газ, отнема електрони от атоми и създава положителни йони и свободни електрони. Електрическото поле между анода и катода (към тях се прилага високо напрежение) ускорява електроните до енергии, при които започва ударна йонизация. Получава се лавина от йони и токът през брояча рязко се увеличава. В този случай през товарния резистор R се генерира импулс на напрежение, който се подава към записващото устройство.
За да може броячът да регистрира следващата частица, която го удари, лавинообразният разряд трябва да бъде угасен. Това става автоматично. Тъй като в момента на възникване на токовия импулс спадът на напрежението върху товарния резистор R е голям, напрежението между анода и катода намалява рязко - толкова много, че разрядът спира.
Броячът на Гайгер се използва главно за запис на електрони и -кванти (високоенергийни фотони).
В момента са създадени измервателни уреди, които работят на същите принципи.
Камера на Уилсън.Броячите ви позволяват само да регистрирате факта на преминаване на частица през тях и да записвате някои от неговите характеристики. В облачна камера, създадена през 1912 г., бързо заредена частица оставя следа, която може да бъде наблюдавана директно или фотографирана. Това устройство може да се нарече прозорец в микросвета, тоест света на елементарните частици и системите, състоящи се от тях.
Принципът на работа на облачната камера се основава на кондензацията на свръхнаситени пари върху йони за образуване на водни капчици. Тези йони се създават по неговата траектория от движеща се заредена частица.
Облачната камера е херметически затворен съд, пълен с вода или алкохолни пари, близки до насищане (фиг. 13.2). Когато буталото рязко се спусне, причинено от намаляване на налягането под него, парата в камерата се разширява адиабатично. В резултат на това се получава охлаждане и парата се пренасища. Това е нестабилно състояние на парата: тя кондензира лесно, ако в съда се появят центрове на кондензация. центрове
кондензацията се превръща в йони, които се образуват в работното пространство на камерата от летяща частица. Ако частица навлезе в камерата веднага след разширяването на парата, тогава по нейния път се появяват капки вода. Тези капчици образуват видима следа от летящата частица - следа (фиг. 13.3). След това камерата се връща в първоначалното си състояние и йоните се отстраняват от електрическо поле. В зависимост от размера на камерата, времето за възстановяване на работния режим варира от няколко секунди до десетки минути.
Информацията, която пистите в облачната камера предоставят, е много по-богата от тази, която могат да предоставят броячите. От дължината на пистата можете да определите енергията на частицата, а от броя на капчиците на единица дължина на пистата, нейната скорост. Колкото по-дълга е следата на една частица, толкова по-голяма е нейната енергия. И колкото повече водни капки се образуват на единица дължина на пистата, толкова по-ниска е нейната скорост. Частиците с по-висок заряд оставят по-дебела следа.
Съветските физици П. Л. Капица и Д. В. Скобелцин предложиха поставянето на облачна камера в еднородно магнитно поле.
Магнитното поле действа върху движеща се заредена частица с определена сила (сила на Лоренц). Тази сила огъва траекторията на частицата, без да променя модула на нейната скорост. Колкото по-голям е зарядът на частицата и колкото по-малка е нейната маса, толкова по-голяма е кривината на пистата. От кривината на пистата може да се определи съотношението на заряда на частицата към нейната маса. Ако една от тези величини е известна, тогава другата може да бъде изчислена. Например, от заряда на частица и кривината на нейната писта може да се намери масата на частицата.
Балонна камера.През 1952 г. американският учен Д. Глейзър предлага използването на прегрята течност за откриване на следи от частици. В такава течност се появяват парни мехурчета върху йоните (центрове на изпарение), образувани по време на движението на бързо заредена частица, което дава видима следа. Камери от този тип се наричат балонни камери.
В първоначалното състояние течността в камерата е под високо налягане, което предотвратява кипенето й, въпреки факта, че температурата на течността е малко по-висока от точката на кипене при атмосферно налягане. При рязко намаляване на налягането течността се прегрява и за кратко време ще бъде в нестабилно състояние. Заредените частици, летящи точно по това време, причиняват появата на следи, състоящи се от парни мехурчета (фиг. 1.4.4). И използваните течности са основно течен водород и пропан. Работният цикъл на балонната камера е кратък - около 0,1 s.
Предимството на балонната камера пред камерата на Уилсън се дължи на по-високата плътност на работното вещество. В резултат на това пътищата на частиците се оказват доста къси и частици дори с висока енергия се забиват в камерата. Това позволява да се наблюдават серия от последователни трансформации на частица и реакциите, които предизвиква.
Следите от облачна камера и камера с мехурчета са един от основните източници на информация за поведението и свойствата на частиците.
Наблюдаването на следи от елементарни частици създава силно впечатление и създава усещане за пряк контакт с микрокосмоса.
Метод на дебелослойните фотографски емулсии.За откриване на частици, наред с облачните камери и камерите с мехурчета, се използват дебелослойни фотографски емулсии. Йонизиращият ефект на бързо заредените частици върху емулсията на фотографска плака позволи на френския физик А. Бекерел да открие радиоактивността през 1896 г. Методът на фотоемулсията е разработен от съветските физици Л. В. Мисовски, Г. Б. Жданов и др.
Фотографската емулсия съдържа голям брой микроскопични кристали от сребърен бромид. Бързо заредена частица, проникваща в кристала, премахва електрони от отделни бромни атоми. Верига от такива кристали образува латентен образ. Когато се развие, металното сребро се възстановява в тези кристали и верига от сребърни зърна образува следа от частици (фиг. 13.5). Дължината и дебелината на следата могат да се използват за оценка на енергията и масата на частицата.
Поради високата плътност на фотографската емулсия следите са много къси (около 10 -3 cm за -частици, излъчвани от радиоактивни елементи), но при фотографиране те могат да бъдат увеличени.
Предимството на фотографските емулсии е, че времето на експозиция може да бъде толкова дълго, колкото желаете. Това позволява да се записват редки събития. Също така е важно, че поради високата спирачна способност на фотоемулсиите се увеличава броят на наблюдаваните интересни реакции между частици и ядра.
Не сме говорили за всички устройства, които регистрират елементарни частици. Съвременните инструменти за откриване на редки и краткотрайни частици са много сложни. В създаването им участват стотици хора.
1. Възможно ли е да се регистрират незаредени частици с помощта на облачна камера?
2. Какви предимства има балонната камера пред камерата на Уилсън!
