MENETELMÄT ELEMENTIISTEN HIukkasten tarkkailu- JA REKISTERÖINTIIN

Geigerin laskuri

Käytetään radioaktiivisten hiukkasten lukumäärän laskemiseen ( enimmäkseen elektroneja).

Tämä on kaasulla (argonilla) täytetty lasiputki, jonka sisällä on kaksi elektrodia (katodi ja anodi).
Kun hiukkanen kulkee, se tapahtuu kaasun iskuionisaatio ja syntyy sähkövirtapulssi.

Edut:
- tiiviys
- tehokkuus
- esitys
- korkea tarkkuus (10OO hiukkasta/s).

Missä käytetty:
- radioaktiivisen saastumisen rekisteröinti maassa, tiloissa, vaatteissa, tuotteissa jne.
- radioaktiivisten aineiden varastoissa tai toimivissa ydinreaktoreissa
- kun etsitään radioaktiivisen malmin esiintymiä (U, Th)

Wilsonin kammio

Palvelee havainnointiin ja valokuvaukseen jäljet ​​hiukkasten kulkeutumisesta (jäljet).

Kammion sisätilavuus on täytetty alkoholilla tai vesihöyryllä ylikyllästetyssä tilassa:
Kun mäntä lasketaan alas, kammion sisällä oleva paine laskee ja lämpötila laskee adiabaattisen prosessin seurauksena; ylikyllästetty höyry.
Hiukkasen kulkeutumisen jälkeen kosteuspisarat tiivistyvät ja muodostuu jälki - näkyvä jälki.
Kun kamera asetetaan magneettikenttään, jälkiä voidaan käyttää määrittämiseen hiukkasen energia, nopeus, massa ja varaus.

Radan pituus ja paksuus sekä sen kaarevuus magneettikentässä määräävät ohi kulkevan radioaktiivisen hiukkasen ominaisuudet.
Esimerkiksi alfahiukkanen tuottaa jatkuvan paksun radan,
protoni - ohut raita,
elektroni - pisteviiva.

Kuplakammio

Wilsonin kammioversio

Kun mäntä lasketaan jyrkästi alas, korkeapaineinen neste kulkee ylikuumenneeseen tilaan. Kun hiukkanen liikkuu nopeasti polkua pitkin, muodostuu höyrykuplia, ts. neste kiehuu, jälki näkyy.

Edut pilvikammioon verrattuna:
- Keskiaineen suuri tiheys, siksi lyhyet radat
- hiukkaset juuttuvat kammioon ja hiukkasia voidaan edelleen tarkkailla
- suurempi nopeus.

Paksukalvoemulsiomenetelmä

Käytetään hiukkasten rekisteröimiseen
- mahdollistaa harvinaisten ilmiöiden rekisteröinnin pitkän valotusajan vuoksi.

Valokuvaemulsio sisältää suuren määrän mikrokiteitä hopeabromidi.
Saapuvat hiukkaset ionisoivat fotoemulsioiden pinnan. AgBr-kiteet hajoavat varautuneiden hiukkasten vaikutuksesta ja kehittyessään hiukkasen kulusta paljastuu jälki - jälki.
Radan pituuden ja paksuuden mukaan hiukkasten energia ja massa voidaan määrittää.

Muista 9. luokalle aihe "Atomifysiikka":

Radioaktiivisuus.
Radioaktiiviset muunnokset.
Atomiytimen koostumus. Ydinvoimat.
Yhteyden energia. Massavika
Uraaniytimien fissio.
Ydinketjureaktio.
Ydinreaktori.
Termoydinreaktio.

Muut sivut aiheesta "Atomicfysiikka" luokille 10-11:

MITÄ TIEDÄMME FYSIIKKEISTÄ?

Niels Bohr sanoi vuonna 1961: "Jokaisessa vaiheessa A. Einstein haastoi tieteen, ja ilman näitä haasteita kvanttifysiikan kehitys olisi viivästynyt pitkään."
___

Vuonna 1943 Niels Bohr, joka pakeni hyökkääjiä, pakotettiin lähtemään Kööpenhaminasta. Hän ei ottanut riskiä ottaa mukaansa yhtä hänelle erittäin arvokasta asiaa, vaan liuotti sen "aqua regiaan" ja jätti pullon laboratorioon. Tanskan vapautumisen jälkeen palatessaan hän eristi liuoksesta sen, minkä oli hajottanut, ja hänen käskystään luotiin uusi. Nobelin mitali.
__

Vuonna 1933 laboratoriossa johti Ernest Rutherford, rakennettiin voimakas kiihdytin noita aikoja varten. Tiedemies oli erittäin ylpeä tästä installaatiosta ja kerran, kun hän näytti sitä yhdelle vierailijoista, hän huomautti: "Tämä asia maksoi meille paljon. Tällä rahalla voit tukea yhtä jatko-opiskelijaa koko vuoden! Mutta voiko kukaan jatko-opiskelija tehdä tämän vuodessa? niin paljon löytöjä!»

• 12. luokka.

Oppitunnin tarkoitus:

• Selitä opiskelijoille alkuainehiukkasten tallentamiseen ja tutkimiseen tarkoitettujen installaatioiden rakenne ja toimintaperiaate.

"Sinun ei tarvitse pelätä mitään, sinun täytyy vain ymmärtää tuntematon." Marie Curie. Perustietojen päivittäminen:

• Mikä on "atomi"?
• Mitkä ovat sen mitat?
• Mitä atomin mallia Thomson ehdotti?
• Mitä atomin mallia Rutherford ehdotti?
• Miksi Rutherfordin mallia kutsuttiin "atomirakenteen planeettamalliksi"?
• Mikä on atomiytimen rakenne?

Oppitunnin aihe:

• Alkuainehiukkasten havainnointi- ja tallennusmenetelmät.

• Atomi on "jakamaton" (Demokritos).

• Molekyyli

• aine

• mikrokosmos

• maailmankaikkeus

• megamaailma

• Klassinen fysiikka

• Kvanttifysiikka

Kuinka tutkia ja tarkkailla mikromaailmaa?

• Ongelma!

• Ongelma!

Ongelma:

• Alamme tutkia atomin ytimen fysiikkaa, pohtia niiden erilaisia ​​muunnoksia ja ydinsäteilyä (radioaktiivista). Tällä tietämyksellä on suuri tieteellinen ja käytännön merkitys.
• Radioaktiiviset atomiytimien lajikkeet ovat saaneet lukuisia sovelluksia tieteessä, lääketieteessä, tekniikassa ja maataloudessa.
• Tänään tarkastellaan laitteita ja rekisteröintimenetelmiä, jotka mahdollistavat mikrohiukkasten havaitsemisen, niiden törmäysten ja muunnosten tutkimisen, eli ne antavat kaiken tiedon mikrokosmuksesta ja sen pohjalta säteilysuojelutoimenpiteistä.
• Ne antavat meille tietoa hiukkasten käyttäytymisestä ja ominaisuuksista: sähkövarauksen merkki ja suuruus, näiden hiukkasten massa, sen nopeus, energia jne. Tallennuslaitteiden avulla tutkijat pystyivät saamaan tietoa "mikromaailmasta".

Tallennuslaite on monimutkainen makroskooppinen järjestelmä, joka voi olla epävakaassa tilassa. Pienellä ohimenevän hiukkasen aiheuttamalla häiriöllä alkaa järjestelmän siirtyminen uuteen, vakaampaan tilaan. Tämä prosessi mahdollistaa hiukkasen rekisteröinnin.

• Tallennuslaite on monimutkainen makroskooppinen järjestelmä, joka voi olla epävakaassa tilassa. Pienellä ohimenevän hiukkasen aiheuttamalla häiriöllä alkaa järjestelmän siirtymäprosessi uuteen, vakaampaan tilaan. Tämä prosessi mahdollistaa hiukkasen rekisteröinnin.
• Tällä hetkellä käytetään monia erilaisia ​​hiukkasten havaitsemismenetelmiä.

• Geigerin laskuri

• Wilsonin kammio

• Kuplakammio

• Valokuvaus

• emulsiot

• Tuike
• menetelmä

• Alkuainehiukkasten havainnointi- ja tallennusmenetelmät

• Kipinäkammio

• Kokeen tarkoituksesta ja sen suorittamisolosuhteista riippuen käytetään tiettyjä tallennuslaitteita, jotka eroavat toisistaan ​​pääominaisuuksiltaan.

Kun tutkit materiaalia, täytät taulukon.

Menetelmän nimi	Toimintaperiaate	Edut, Vikoja	Tämän laitteen käyttötarkoitus

• Käytä F – 12. luokka, § 33, A.E.Maron, G.Ya. Myakishev, E G Dubitskaya

Geiger-laskuri:

• laskee radioaktiivisten hiukkasten (pääasiassa elektronien) lukumäärän.

• Tämä on kaasulla (argonilla) täytetty lasiputki, jonka sisällä on kaksi elektrodia (katodi ja anodi). Kun hiukkanen kulkee, se tapahtuu kaasun iskuionisaatio ja syntyy sähkövirtapulssi.

• Laite:

• Tarkoitus:

• Edut:-1. tiiviys -2. tehokkuus -3. suorituskyky -4. korkea tarkkuus (10OO hiukkasta/s).

• Katodi.

• Lasiputki

• Missä sitä käytetään: - radioaktiivisen saastumisen rekisteröinti maassa, tiloissa, vaatteissa, tuotteissa jne. - radioaktiivisten aineiden varastotiloissa tai toimivissa ydinreaktoreissa - etsittäessä radioaktiivisen malmin (U - uraani, Th - torium) esiintymiä.

• Geiger-laskuri.

1882 Saksalainen fyysikko Wilhelm Geiger.

• 1882 Saksalainen fyysikko Wilhelm Geiger.

• Erilaisia ​​Geiger-laskurit.

Wilsonin kammio:

• palvelee hiukkasten (jälkien) kulussa olevien jälkien havainnointia ja kuvaamista.

• Tarkoitus:

• Kammion sisätilavuus täytetään alkoholilla tai vesihöyryllä ylikyllästetyssä tilassa: kun mäntää lasketaan alas, kammion sisällä oleva paine laskee ja lämpötila laskee, adiabaattisen prosessin seurauksena muodostuu ylikyllästynyttä höyryä. Hiukkasen kulkeutumisen jälkeen kosteuspisarat tiivistyvät ja muodostuu jälki - näkyvä jälki.

• Lasilevy

Englantilainen fyysikko Wilson keksi laitteen vuonna 1912 tarkkailemaan ja kuvaamaan varautuneiden hiukkasten jälkiä. Hänelle myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 1927.

• Englantilainen fyysikko Wilson keksi laitteen vuonna 1912 tarkkailemaan ja kuvaamaan varautuneiden hiukkasten jälkiä. Hänelle myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 1927.
• Neuvostoliiton fyysikot P. L. Kapitsa ja D. V. Skobeltsin ehdottivat pilvikammion sijoittamista yhtenäiseen magneettikenttään.

Tarkoitus:

• Kun asetat kameran magneettikenttään, voit määrittää radasta: hiukkasen energia, nopeus, massa ja varaus. Radan pituuden ja paksuuden, sen kaarevuuden mukaan magneettikentässä määritetään lentävän radioaktiivisen hiukkasen ominaisuudet. Esimerkiksi 1. alfahiukkanen antaa kiinteän paksun radan, 2. protoni - ohuen radan, 3. elektroni - pisteviivan.

• Erilaisia ​​näkymiä pilvikammioista ja valokuvia hiukkasjäljistä.

Kuplakammio:

• Wilsonin kammioversio.

• Kun mäntä putoaa jyrkästi, neste on korkeassa paineessa menee ylikuumenemaan tilaan. Kun hiukkanen liikkuu nopeasti radalla, muodostuu höyrykuplia, eli neste kiehuu ja rata on näkyvissä.

• Edut pilvikammioon verrattuna: - 1. väliaineen suuri tiheys, joten lyhyitä jälkiä - 2. hiukkaset takertuvat kammioon ja voidaan suorittaa hiukkasten lisähavainto -3. suurempi nopeus.

• 1952 D. Glaser.

• Erilaisia ​​näkymiä kuplakammiosta ja valokuvia hiukkasjäljistä.

Paksukalvoemulsiomenetelmä:

• 20 L.V. Mysovsky, A.P. Zhdanov.
• - palvelee hiukkasten rekisteröintiin - mahdollistaa harvinaisten ilmiöiden rekisteröinnin pitkän altistusajan vuoksi. Valokuvausemulsio sisältää suuren määrän hopeabromidin mikrokiteitä. Saapuvat hiukkaset ionisoivat fotoemulsioiden pinnan. AgBr-kiteet (hopeabromidi) hajoavat varautuneiden hiukkasten vaikutuksesta, ja kun niitä kehitetään, hiukkasen kulusta paljastuu jälki - jälki. Radan pituuden ja paksuuden perusteella voidaan määrittää hiukkasten energia ja massa.

menetelmällä on seuraavat edut:

• menetelmällä on seuraavat edut:
• 1. Se voi tallentaa kaikkien valokuvalevyn läpi lentävien hiukkasten liikeradat havaintoaikana.
• 2. Valokuvalevy on aina käyttövalmis (emulsio ei vaadi toimenpiteitä, jotka saattaisivat sen käyttökuntoon).
• 3. Emulsiolla on hyvä jarrutuskyky sen suuren tiheyden ansiosta.
• 4. Se antaa hiukkasesta katoamattoman jäljen, jota voidaan sitten tutkia huolellisesti.

Menetelmän haitat: 1. valokuvalevyjen kemiallisen käsittelyn kesto ja 2. monimutkaisuus ja 3. mikä tärkeintä, jokaisen levyn tutkiminen vahvassa mikroskoopissa vie paljon aikaa.

• Menetelmän haitat: 1. valokuvalevyjen kemiallisen käsittelyn kesto ja 2. monimutkaisuus ja 3. mikä tärkeintä, jokaisen levyn tutkiminen vahvassa mikroskoopissa vie paljon aikaa.

Tuikemenetelmä

• Tämä menetelmä (Rutherford) käyttää tallentamiseen kiteitä. Laite koostuu tuikesta, valomonistajasta ja elektronisesta järjestelmästä.

"Menetelmät varautuneiden hiukkasten tallentamiseksi." (video). Hiukkasten rekisteröintimenetelmät:

• Tuikemenetelmä

• Iskuionisaatiomenetelmä

• Höyrykondensaatio ioneille

• Paksukalvoemulsiomenetelmä

• Erikoiskerroksella päällystetylle näytölle putoavat hiukkaset aiheuttavat välähdyksiä, jotka voidaan havaita mikroskoopilla.

• Kaasupurkaus Geiger-laskuri

• Wilson-kammio ja kuplakammio

• Ionisoi fotoemulsioiden pinnan

• Toistetaan:

Heijastus:

• 1. Mitä oppiaiheen aihetta opiskelimme tänään?
• 2 Mitä tavoitteita asetimme ennen aiheen tutkimista?
• 3. Olemmeko saavuttaneet tavoitteemme?
• 4. Mikä on oppitunnin mottomme merkitys?
• 5. Ymmärrätkö oppitunnin aiheen, miksi tutustuimme siihen?

Oppitunnin yhteenveto:

• 1. Tarkistamme työsi yhdessä taulukon avulla, arvioimme sen yhdessä ja annamme sinulle arvosanan ottaen huomioon tekemäsi työt tunnilla.

Käytetyt kirjat:

• 1. Internet-resurssit.
• 2. F -12. luokka, A.E.Myakishev, G.Ya.Myakishev, E.G.Dubitskaya.

Alkuainehiukkasten lähteet

Alkuainehiukkasten tutkimiseen tarvitaan niiden lähteet. Ennen kiihdyttimien luomista tällaisina lähteinä käytettiin luonnollisia radioaktiivisia elementtejä ja kosmisia säteitä. Kosmiset säteet sisältävät alkuainehiukkasia, joilla on hyvin erilaisia ​​energioita, myös sellaisia, joita ei nykyään saada keinotekoisesti. Kosmisen säteen haittana korkeaenergisten hiukkasten lähteenä on, että tällaisia ​​hiukkasia on hyvin vähän. Korkeaenergisen hiukkasen ilmestyminen laitteen näkökenttään on satunnaista.

Hiukkaskiihdyttimet tuottavat alkuainehiukkasvirtoja, joilla on yhtä suuri energia. Kiihdyttimiä on erilaisia: betatron, syklotron, lineaarinen kiihdytin.

Geneven lähellä sijaitsevalla Euroopan ydintutkimusjärjestöllä (CERN*) on tähän mennessä suurin hiukkaskiihdytin, joka on rakennettu pyöreään tunneliin maan alle 100 metrin syvyyteen. Tunnelin kokonaispituus on 27 km. (renkaan halkaisija on noin 8,6 km). Supercollider oli tarkoitus laukaista ohjelman mukaisesti vuonna 2007. Noin 4000 tonnia metallia jäähdytetään vain 2° absoluuttisen nollan yläpuolelle. Tämän seurauksena suprajohtavien kaapelien läpi kulkee 1,8 miljoonan ampeerin virta lähes häviöttömästi.

Hiukkaskiihdyttimet ovat niin mahtavia rakenteita, että niitä kutsutaan 1900-luvun pyramideiksi.

* Lyhenne CERN tulee ranskasta. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Euroopan ydintutkimusneuvosto). Venäjän kielessä käytetään yleensä lyhennettä CERN.

Alkuainehiukkasten tallennusmenetelmät

1. Scintillation laskurit

Alun perin luminoivia näyttöjä käytettiin alkuainehiukkasten rekisteröintiin - erityisellä aineella, loisteaineella päällystettyjä näyttöjä, jotka pystyivät muuttamaan absorboimansa energian valosäteilyksi (luminessiksi). Kun alkuainehiukkanen osuu tällaiseen näyttöön, se antaa heikon välähdyksen, niin heikon, että se voidaan havaita vain täydellisessä pimeydessä. Tarvittiin melkoinen määrä kärsivällisyyttä ja tarkkaavaisuutta, jotta pystyi istumaan täydellisessä pimeydessä ja laskemaan tuntikausia havaittujen välähdysten määrää.

Nykyaikaisessa tuikelaskimessa välähdykset lasketaan automaattisesti. Laskuri koostuu tuikesta, valomonistimesta ja elektronisista laitteista pulssien vahvistamiseen ja laskemiseen.

Tuike muuttaa hiukkasen energian näkyvän valon kvantteiksi.

Valokvantit menevät valomonistinputkeen, joka muuntaa ne virtapulsseiksi.

Pulssit vahvistetaan sähköpiirillä ja lasketaan automaattisesti.

2. Kemialliset menetelmät

Kemialliset menetelmät perustuvat siihen, että ydinsäteily on tiettyjen kemiallisten reaktioiden katalysaattori, eli se nopeuttaa tai luo mahdollisuutta niiden esiintymiseen.

3. Kalorimetriset menetelmät

Kalorimetrisissä menetelmissä mitataan lämmön määrä, joka vapautuu, kun aine absorboi säteilyä. Esimerkiksi yksi gramma radiumia vapauttaa noin 585 joulea tunnissa. lämpöä.

4. Tšerenkovin efektin soveltamiseen perustuvat menetelmät

Mikään luonnossa ei voi kulkea valoa nopeammin. Mutta kun sanomme niin, tarkoitamme valon liikettä tyhjiössä. Aineessa valo kulkee nopeudella missä Kanssa on valon nopeus tyhjiössä ja n– aineen taitekerroin. Näin ollen valo liikkuu aineessa hitaammin kuin tyhjiössä. Alkuainehiukkanen, joka liikkuu aineessa, voi ylittää valon nopeuden tässä aineessa ylittämättä valon nopeutta tyhjiössä. Tässä tapauksessa tapahtuu säteilyä, jonka Cherenkov löysi aikanaan. Tšerenkovin säteily havaitaan valomonistimilla samalla tavalla kuin tuikemenetelmässä. Menetelmän avulla voit rekisteröidä vain nopeita, eli korkean energian alkuainehiukkasia.

Seuraavien menetelmien avulla voit paitsi rekisteröidä alkeishiukkasen, myös nähdä sen jäljen.

5. Wilsonin kammio

Charles Wilsonin keksi vuonna 1912, ja hän sai siitä Nobel-palkinnon vuonna 1927. Pilvikammio on erittäin monimutkainen tekninen rakenne. Esitämme vain yksinkertaistetun kaavion.

Pilvikammion työtilavuus on täytetty kaasulla ja sisältää vettä tai alkoholihöyryä. Kun mäntä liikkuu alas nopeasti, kaasu jäähtyy jyrkästi ja höyry ylikyllästyy. Kun hiukkanen lentää tämän tilan läpi luoden ioneja polullaan, näiden ionien päälle muodostuu kondensoituneen höyryn pisaroita. Hiukkasten liikeradan (radan) jälki ilmestyy kammioon kapean sumupisaranauhan muodossa. Voimakkaassa sivuvalaistuksessa rata voidaan nähdä ja kuvata.

6. Kuplakammio(keksi Glaeser vuonna 1952)

Kuplakammio toimii samalla tavalla kuin pilvikammio. Ainoastaan ​​käyttöneste ei ole alijäähdytettyä höyryä, vaan tulistettua nestettä (propaani, nestemäinen vety, typpi, eetteri, ksenoni, freoni...). Tulistettu neste, kuten alijäähdytetty höyry, on epävakaassa tilassa. Tällaisen nesteen läpi lentävä hiukkanen muodostaa ioneja, joihin muodostuu välittömästi kuplia. Nestekuplakammio on tehokkaampi kuin kaasupilvikammio. Fyysikoille on tärkeää paitsi tarkkailla lentävän hiukkasen jälkiä. On tärkeää, että havaintoalueella hiukkanen törmää toiseen hiukkaseen. Kuva hiukkasten vuorovaikutuksesta on paljon informatiivisempi. Lentämällä tiheämmän nesteen läpi, jossa on korkea protoni- ja elektronipitoisuus, hiukkasella on paljon suurempi mahdollisuus kokea törmäys.

7. Emulsiokammio

Sitä käyttivät ensin Neuvostoliiton fyysikot Mysovsky ja Zhdanov. Valokuvaemulsio on valmistettu gelatiinista. Tiheän gelatiinin läpi liikkuessaan alkuainehiukkanen törmää usein. Tästä johtuen hiukkasen reitti emulsiossa on usein hyvin lyhyt ja valokuvaemulsion kehittelyn jälkeen sitä tutkitaan mikroskoopilla.

8. Kipinäkammio (keksijä Cranshaw)

Solussa A on sijoitettu verkkoelektrodijärjestelmä. Nämä elektrodit saavat korkean jännitteen virtalähteestä B. Kun alkuainehiukkanen lentää kammion läpi SISÄÄN, se luo ionisoituneen jäljen. Tätä polkua pitkin hyppää kipinä, joka tekee hiukkasradan näkyväksi.

9. Streamer-kamera

Virtauskammio on samanlainen kuin kipinäkammio, vain elektrodien välinen etäisyys on suurempi (jopa puoli metriä). Elektrodeihin syötetään jännitettä hyvin lyhyeksi ajaksi siten, että todellinen kipinä ei ehdi kehittyä. Vain kipinän alkeilla - streamerilla - on aikaa ilmestyä.

10. Geigerin laskuri

Geiger-laskuri on yleensä sylinterimäinen katodi, jonka akselia pitkin venytetään lanka - anodi. Järjestelmä on täytetty kaasuseoksella.

Kulkiessaan laskurin läpi varautunut hiukkanen ionisoi kaasun. Tuloksena olevat elektronit, jotka liikkuvat kohti positiivista elektrodia - filamenttia, jotka tulevat vahvan sähkökentän alueelle, kiihtyvät ja vuorostaan ​​ionisoivat kaasumolekyylejä, mikä johtaa koronapurkaukseen. Signaalin amplitudi saavuttaa useita voltteja ja on helppo tallentaa.

Geiger-laskuri tallentaa sen tosiasian, että hiukkanen kulkee laskurin läpi, mutta ei mittaa hiukkasen energiaa.

Laskuri koostuu lasiputkesta, joka on päällystetty sisältä metallikerroksella (katodilla) ja ohuesta metallilangasta, joka kulkee putken akselia pitkin (anodi). Putki on täytetty kaasulla, yleensä argonilla. Kaasun läpi lentävä varautunut hiukkanen (elektroni, alfahiukkanen jne.) poistaa elektroneja atomeista ja muodostaa positiivisia ioneja ja vapaita elektroneja. Anodin ja katodin välinen sähkökenttä kiihdyttää elektroneja energioihin, joissa iskuionisaatio alkaa. Toimintaperiaate Ionien lumivyöry tapahtuu, ja laskurin läpi kulkeva virta kasvaa jyrkästi. Tässä tapauksessa kuormitusvastuksen R yli muodostetaan jännitepulssi, joka syötetään tallennuslaitteeseen.

Ominaisuudet Jotta laskuri rekisteröi seuraavan siihen osuvan hiukkasen, lumivyörypurkaus on sammutettava. Tämä tapahtuu automaattisesti. Laskuri tallentaa lähes kaikki siihen tulevat elektronit; Mitä tulee γ-kvanttiin, se rekisteröi noin vain yhden γ-kvantin sadasta. Raskaiden hiukkasten (esim. α-hiukkasten) rekisteröinti on vaikeaa, koska laskuriin on vaikea tehdä riittävän ohutta "ikkunaa", joka on läpinäkyvä näille hiukkasille.

Pilvikammio Vuonna 1912 perustetussa pilvikammiossa nopeasti varautunut hiukkanen jättää jäljen, joka voidaan tarkkailla suoraan tai valokuvata. Tätä laitetta voidaan kutsua "ikkunaksi" mikromaailmaan, eli alkuainehiukkasten ja niistä koostuvien järjestelmien maailmaan.

Toimintaperiaate Pilvikammio on hermeettisesti suljettu astia, joka on täytetty vedellä tai alkoholihöyryllä lähellä kylläisyyttä. Kun mäntää lasketaan jyrkästi alas männän alla olevan paineen laskun seurauksena, kammiossa oleva höyry laajenee. Tämän seurauksena tapahtuu jäähtymistä ja höyrystä tulee ylikyllästynyttä. Tämä on epävakaa höyryn tila: höyry tiivistyy helposti. Kondensaatiokeskuksista tulee ioneja, jotka muodostuvat kammion työtilaan lentävän hiukkasen vaikutuksesta. Jos hiukkanen tulee kammioon välittömästi ennen laajenemista tai välittömästi sen jälkeen, sen reitille ilmestyy vesipisaroita. Nämä pisarat muodostavat näkyvän jäljen lentävien hiukkasten jäljestä. Sitten kammio palaa alkuperäiseen tilaan ja ionit poistetaan sähkökentän vaikutuksesta. Kameran koosta riippuen toimintatilan palautumisaika vaihtelee useista sekunneista kymmeniin minuutteihin.

Ominaisuudet Radan pituus voi määrittää hiukkasen energian, ja pisaroiden lukumäärää radan pituusyksikköä kohti voidaan arvioida sen nopeuden arvioinnissa. Mitä pidempi hiukkasen rata, sitä suurempi on sen energia. Ja mitä enemmän vesipisaroita muodostuu radan pituusyksikköä kohti, sitä pienempi on sen nopeus. Suuremman varauksen omaavat hiukkaset jättävät paksumman jäljen Pilvikammio voidaan sijoittaa tasaiseen magneettikenttään. Magneettikenttä vaikuttaa liikkuvaan varautuneeseen hiukkaseen tietyllä voimalla. Tämä voima taivuttaa hiukkasen liikeradan. Mitä suurempi hiukkasen varaus ja mitä pienempi sen massa, sitä suurempi on radan kaarevuus. Radan kaarevuuden perusteella voidaan määrittää hiukkasen varauksen suhde sen massaan.

Toimintaperiaate Kammiossa oleva neste on alkutilassa korkean paineen alainen, mikä estää sitä kiehumasta huolimatta siitä, että nesteen lämpötila on korkeampi kuin ilmakehän paineen kiehumispiste. Kun paine laskee jyrkästi, neste ylikuumenee ja on hetken aikaa epävakaassa tilassa. Tänä aikana lentävät varautuneet hiukkaset aiheuttavat höyrykupista koostuvia jälkiä. Käytetyt nesteet ovat pääasiassa nestemäistä vetyä ja propaania.

Ominaisuudet Pullokammion käyttöjakso on lyhyt, noin 0,1 s. Kuplakammion etu Wilson-kammioon verrattuna johtuu työaineen suuremmasta tiheydestä. Tämän seurauksena hiukkasten reitit osoittautuvat melko lyhyiksi ja jopa suurienergiset hiukkaset juuttuvat kammioon. Tämä mahdollistaa sarjan peräkkäisiä hiukkasen muunnoksia ja sen aiheuttamia reaktioita.

Paksukerroksisten valokuvaemulsioiden menetelmä Nopeasti varautuneiden hiukkasten ionisoiva vaikutus valokuvauslevyn emulsioon antoi ranskalaiselle fyysikolle A. Becquerelille mahdollisuuden löytää radioaktiivisuus vuonna 1896. Menetelmän kehittivät Neuvostoliiton fyysikot L. V. Mysovsky, A. P. Zhdanov ja muut.

Toimintaperiaate Valokuvaemulsio sisältää suuren määrän mikroskooppisia hopeabromidikiteitä. Nopeasti varautunut hiukkanen, joka tunkeutuu kiteen, poistaa elektroneja yksittäisistä bromiatomeista. Tällaisten kiteiden ketju muodostaa piilevän kuvan. Kehitettäessä metallihopea pelkistyy näissä kiteissä ja hopearakeiden ketju muodostaa hiukkasradan. Radan pituuden ja paksuuden avulla voidaan arvioida hiukkasen energiaa ja massaa.

Ominaisuudet Valokuvaemulsion suuresta tiheydestä johtuen jäljet ​​ovat hyvin lyhyitä (suuruusluokkaa cm radioaktiivisten elementtien lähettämille alfahiukkasille), mutta kuvattaessa niitä voidaan suurentaa. Valokuvaemulsioiden etuna on, että valotusaika voi olla niin pitkä kuin halutaan. Tämä mahdollistaa harvinaisten tapahtumien tallentamisen. On myös tärkeää, että fotoemulsioiden suuren pysäytysvoiman vuoksi havaittujen mielenkiintoisten reaktioiden määrä hiukkasten ja ytimien välillä kasvaa.

Fysiikan tuntisuunnitelma 11. luokalle.

Aihe: Alkuainehiukkasten havainnointi- ja tallennusmenetelmät.

Oppitunnin tarkoitus: tutustuttaa opiskelijat laitteisiin, joiden avulla atomiytimien ja alkuainehiukkasten fysiikka kehittyi; Tarvittava tieto mikrokosmoksen prosesseista saatiin juuri näiden laitteiden ansiosta.

Tuntien aikana

Kotitehtävien tarkistaminen frontaalimittausmenetelmällä

Mikä oli ristiriita Rutherfordin atomimallin ja klassisen fysiikan välillä?

Bohrin kvanttipostulaatit.

9) Tehtävä. Kuinka paljon vetyatomissa olevan elektronin energia muuttuu, kun atomi emittoi fotonin aallonpituudella 4,86 ​​∙ 10-7 m?

Ratkaisu. ∆E = h ν; ν = c/λ; ∆E = h c /λ; ∆E=4,1 ∙10-19 J.

2. Uuden materiaalin oppiminen

Tallennuslaite on makroskooppinen järjestelmä epävakaassa asennossa. Kaikki ohi kulkevan hiukkasen aiheuttamat häiriöt järjestelmä siirtyy vakaampaan asentoon. Siirtymäprosessi mahdollistaa hiukkasen rekisteröinnin. Tällä hetkellä on olemassa monia laitteita alkuainehiukkasten tallentamiseen. Katsotaanpa joitain niistä.

A) Kaasupurkaus Geiger-laskuri.

Tätä laitetta käytetään automaattiseen hiukkasten laskemiseen.

Selitä mittarin rakenne julisteen avulla. Laskuri toimii iskuionisaatiolla.

Geiger-laskuria käytetään rekisteröimään γ -kvantit ja elektronit. Laskuri havaitsee ja laskee selvästi lähes kaikki elektronit ja vain yhden sadasta γ -kvantin.

Laskuri ei laske raskaita hiukkasia. On mittareita, jotka toimivat muilla periaatteilla.

B)Wilsonin kammio.

Laskuri laskee vain ohi lentävien hiukkasten määrän. Vuonna 1912 suunnitellussa Wilson-kammiossa on hiukkasen kulkemisen jälkeen jäljelle jäänyt jälki (jälki), jota voidaan tarkkailla, valokuvata ja tutkia.

Tiedemiehet kutsuivat pilvikammioita ikkunaksi mikromaailmaan.

Selitä kameran rakenne ja toimintaperiaate julisteen avulla. Pilvikammion toiminta perustuu ylikyllästyneen höyryn kondensoitumiseen, joka muodostaa vesipisaroiden jälkiä ioneille. Radan pituuden avulla voidaan määrittää hiukkasen energia; sen nopeus lasketaan pisaroiden lukumäärän perusteella radan pituusyksikköä kohti; Lentävän hiukkasen varaus määräytyy radan paksuudesta. Asetettuamme kameran magneettikenttään huomasimme radan kaarevuuden, joka on sitä suurempi, mitä suurempi varaus ja mitä pienempi hiukkasen massa. Kun hiukkasen varaus on määritetty ja radan kaarevuus on tiedossa, sen massa lasketaan.

SISÄÄN)Kuplakammio.

Amerikkalainen tiedemies Glaser loi vuonna 1952 uudentyyppisen kammion alkuainehiukkasten tutkimiseksi. Se oli samanlainen kuin pilvikammio, mutta käyttöneste vaihdettiin; ylikyllästyt höyryt korvattiin tulistetulla nesteellä. Nopeasti liikkuva hiukkanen, kun se liikkui nesteen läpi, muodosti kuplia ioneille (nesteen kiehuessa) - kammiota kutsuttiin kuplakammioksi.

Työaineen suuri tiheys antaa kuplakammiolle edun pilvikammioon verrattuna.

Hiukkasten reitit kuplakammiossa ovat lyhyitä, mutta vuorovaikutukset ovat voimakkaampia ja osa hiukkasista takertuu työaineeseen. Tämän seurauksena on mahdollista tarkkailla hiukkasmuutoksia. Jäljet ​​ovat pääasiallinen tietolähde hiukkasten ominaisuuksista.

G)Paksukerroksisten valokuvaemulsioiden menetelmä.

Varautuneiden hiukkasten ionisoivaa vaikutusta valokuvauslevyemulsioon käytetään alkuainehiukkasten ominaisuuksien tutkimiseen yhdessä kuplakammion ja pilvikammion kanssa. Varautunut hiukkanen läpäisee suurella nopeudella hopeabromidikiteitä sisältävän valokuvaemulsion. Poistamalla elektroneja joistakin emulsion bromiatomeista saadaan piilevä kuva. Hiukkasrata tulee näkyviin valokuvalevyn kehittelyn jälkeen. Hiukkasten energia ja massa lasketaan radan pituudesta ja paksuudesta.

On monia muita laitteita ja instrumentteja, jotka tallentavat ja tutkivat alkuainehiukkasia.

3. Tutkitun materiaalin konsolidointi.

1) Mikä on tallennuslaite?

2) Geiger-laskurin toimintaperiaate; Wilsonin kammiot; kuplakammio, paksukerrosfotoemulsiomenetelmä.

3) Mitä etuja kuplakammiolla on pilvikammioon verrattuna?

Tehdään yhteenveto oppitunnista.

Kotitehtävä: §98, toista, §97