METODI DI OSSERVAZIONE E REGISTRAZIONE DELLE PARTICELLE ELEMENTARI

contatore Geiger

Utilizzato per contare il numero di particelle radioattive ( per lo più elettroni).

Si tratta di un tubo di vetro riempito di gas (argon) con all'interno due elettrodi (catodo e anodo).
Quando una particella passa, accade ionizzazione da impatto del gas e si verifica un impulso di corrente elettrica.

Vantaggi:
- compattezza
- efficienza
- prestazione
- elevata precisione (10OO particelle/s).

Dove utilizzato:
- registrazione della contaminazione radioattiva sul terreno, nei locali, negli indumenti, nei prodotti, ecc.
- presso impianti di stoccaggio di materiali radioattivi o con reattori nucleari in funzione
- durante la ricerca di giacimenti di minerale radioattivo (U, Th)

Camera di Wilson

Servi per l'osservazione e la fotografia tracce derivanti dal passaggio di particelle (tracce).

Il volume interno della camera è riempito con alcool o vapore acqueo in uno stato sovrasaturo:
quando il pistone si abbassa, la pressione all'interno della camera diminuisce e la temperatura diminuisce, per effetto del processo adiabatico, vapore sovrasaturo.
In seguito al passaggio della particella, le goccioline di umidità si condensano e si forma una traccia, una traccia visibile.
Quando la fotocamera viene posizionata in un campo magnetico, è possibile utilizzare la traccia per determinare energia, velocità, massa e carica della particella.

La lunghezza e lo spessore della traccia e la sua curvatura nel campo magnetico determinano le caratteristiche della particella radioattiva che passa.
Ad esempio, una particella alfa produce una traccia spessa e continua,
protone - traccia sottile,
elettrone - traccia tratteggiata.

Camera a bolle

Variante della camera Wilson

Quando il pistone viene abbassato bruscamente, passa il liquido ad alta pressione in uno stato surriscaldato. Quando una particella si muove velocemente lungo una scia, si formano bolle di vapore, cioè il liquido bolle, la traccia è visibile.

Vantaggi rispetto ad una camera a nebbia:
- elevata densità del mezzo, quindi piste corte
- le particelle rimangono intrappolate nella camera ed è possibile effettuare un'ulteriore osservazione delle particelle
- maggiore velocità.

Metodo dell'emulsione a film spesso

Utilizzato per registrare le particelle
- permette di registrare fenomeni rari dovuti al lungo tempo di esposizione.

L'emulsione fotografica contiene un gran numero di microcristalli bromuro d'argento.
Le particelle in arrivo ionizzano la superficie delle fotoemulsioni. I cristalli AgBr si disintegrano sotto l'influenza di particelle cariche e, una volta sviluppati, viene rivelata una traccia del passaggio della particella - una traccia.
Secondo la lunghezza e lo spessore della pistaè possibile determinare l'energia e la massa delle particelle.

Ricorda l'argomento "Fisica atomica" per il 9 ° grado:

Radioattività.
Trasformazioni radioattive.
Composizione del nucleo atomico. Forze nucleari.
Energia di connessione. Difetto di massa
Fissione dei nuclei di uranio.
Reazione a catena nucleare.
Reattore nucleare.
Reazione termonucleare.

Altre pagine sull'argomento "Fisica atomica" per le classi 10-11:

COSA SAPPIAMO DEI FISICI?

Niels Bohr disse nel 1961: “In ogni fase, A. Einstein sfidò la scienza, e senza queste sfide, lo sviluppo della fisica quantistica sarebbe stato ritardato per molto tempo”.
___

Nel 1943 Niels Bohr, in fuga dagli invasori, fu costretto a lasciare Copenaghen. Non rischiando di portare con sé una cosa che gli era molto preziosa, la sciolse in “acqua regia” e lasciò la fiaschetta nel laboratorio. Dopo la liberazione della Danimarca, al suo ritorno, isolò dalla soluzione ciò che aveva dissolto, e per suo ordine ne creò una nuova Medaglia Nobel.
__

Nel 1933, nel laboratorio diretto Ernest Rutherford, fu costruito un potente acceleratore per quei tempi. Lo scienziato era molto orgoglioso di questa installazione e una volta, mostrandola a uno dei visitatori, osservò: “Questa cosa ci è costata molto. Con questi soldi puoi sostenere uno studente laureato per un anno intero! Ma uno studente laureato può farlo in un anno? tante scoperte!»

• 12° grado.

Lo scopo della lezione:

• Spiegare agli studenti la struttura e il principio di funzionamento degli impianti per la registrazione e lo studio delle particelle elementari.

“Non devi aver paura di nulla, devi solo comprendere l’ignoto.” Maria Curie. Aggiornamento delle conoscenze di base:

• Cos'è un "atomo"?
• Quali sono le sue dimensioni?
• Quale modello di atomo propose Thomson?
• Quale modello di atomo propose Rutherford?
• Perché il modello di Rutherford era chiamato "modello planetario della struttura atomica"?
• Qual è la struttura del nucleo atomico?

Argomento della lezione:

• Metodi per l'osservazione e la registrazione delle particelle elementari.

• L'atomo è “indivisibile” (Democrito).

• Molecola

• sostanza

• microcosmo

• macrocosmo

• megamondo

• Fisica classica

• La fisica quantistica

Come studiare e osservare il micromondo?

• Problema!

• Problema!

Problema:

• Iniziamo a studiare la fisica del nucleo atomico, consideriamo le loro varie trasformazioni e le radiazioni nucleari (radioattive). Quest'area della conoscenza è di grande importanza scientifica e pratica.
• Le varietà radioattive dei nuclei atomici hanno ricevuto numerose applicazioni nella scienza, nella medicina, nella tecnologia e nell'agricoltura.
• Oggi esamineremo i dispositivi e i metodi di registrazione che consentono di rilevare microparticelle, studiarne le collisioni e le trasformazioni, ovvero forniscono tutte le informazioni sul microcosmo e, in base a queste, sulle misure di radioprotezione.
• Ci danno informazioni sul comportamento e sulle caratteristiche delle particelle: il segno e la grandezza della carica elettrica, la massa di queste particelle, la sua velocità, l'energia, ecc. Con l'aiuto di strumenti di registrazione, gli scienziati sono stati in grado di acquisire conoscenze sul "micromondo".

Un dispositivo di registrazione è un sistema macroscopico complesso che può trovarsi in uno stato instabile. Con un piccolo disturbo causato dal passaggio di una particella, inizia il processo di transizione del sistema verso un nuovo stato più stabile. Questo processo rende possibile registrare una particella.

• Un dispositivo di registrazione è un sistema macroscopico complesso che può trovarsi in uno stato instabile. Con un piccolo disturbo causato dal passaggio di una particella, inizia il processo di transizione del sistema verso un nuovo stato più stabile. Questo processo rende possibile registrare una particella.
• Attualmente vengono utilizzati molti metodi diversi di rilevamento delle particelle.

• contatore Geiger

• Camera di Wilson

• Camera a bolle

• Fotografico

• emulsioni

• Scintillazione
• metodo

• Metodi per l'osservazione e la registrazione delle particelle elementari

• Camera di scintilla

• A seconda degli scopi dell'esperimento e delle condizioni in cui viene eseguito, vengono utilizzati alcuni dispositivi di registrazione, diversi tra loro per le loro caratteristiche principali.

Mentre studi il materiale, compilerai la tabella.

Nome del metodo	Principio operativo	vantaggi, Screpolatura	Scopo di questo dispositivo

• Utilizzare F - 12° grado, § 33, A.E. Maron, G.Ya. Myakishev, EG Dubitskaya

Contatore Geiger:

• serve a contare il numero di particelle radioattive (principalmente elettroni).

• Si tratta di un tubo di vetro riempito di gas (argon) con all'interno due elettrodi (catodo e anodo). Quando una particella passa, avviene ionizzazione da impatto del gas e si verifica un impulso di corrente elettrica.

• Dispositivo:

• Scopo:

• Vantaggi:-1. compattezza -2. efficienza -3. prestazioni -4. elevata precisione (10OO particelle/s).

• Catodo.

• Tubo di vetro

• Dove viene utilizzato: - registrazione della contaminazione radioattiva al suolo, nei locali, negli indumenti, nei prodotti, ecc. - negli impianti di stoccaggio di materiali radioattivi o con reattori nucleari in funzione - durante la ricerca di depositi di minerale radioattivo (U - uranio, Th - torio).

• Contatore Geiger.

1882 Il fisico tedesco Wilhelm Geiger.

• 1882 Il fisico tedesco Wilhelm Geiger.

• Diversi tipi di contatori Geiger.

Camera di Wilson:

• serve per osservare e fotografare le tracce derivanti dal passaggio di particelle (tracce).

• Scopo:

• Il volume interno della camera è riempito con alcool o vapore acqueo in stato sovrasaturo: quando il pistone si abbassa, la pressione all'interno della camera diminuisce e la temperatura diminuisce, a seguito di un processo adiabatico si forma vapore sovrasaturo. In seguito al passaggio della particella, le goccioline di umidità si condensano e si forma una traccia, una traccia visibile.

• Piatto di vetro

Il dispositivo fu inventato nel 1912 dal fisico inglese Wilson per osservare e fotografare tracce di particelle cariche. Gli fu assegnato il Premio Nobel nel 1927.

• Il dispositivo fu inventato nel 1912 dal fisico inglese Wilson per osservare e fotografare tracce di particelle cariche. Gli fu assegnato il Premio Nobel nel 1927.
• I fisici sovietici P.L. Kapitsa e D.V Skobeltsin proposero di posizionare una camera a nebbia in un campo magnetico uniforme.

Scopo:

• Quando si posiziona la telecamera in un campo magnetico, è possibile determinare dalla traccia: energia, velocità, massa e carica della particella. Dalla lunghezza e dallo spessore del binario, dalla sua curvatura in un campo magnetico è determinato Caratteristiche di una particella radioattiva volante. Ad esempio, 1. una particella alfa dà una traccia solida e spessa, 2. un protone - una traccia sottile, 3. un elettrone - una traccia tratteggiata.

• Varie viste di camere a nebbia e fotografie di tracce di particelle.

Camera a bolle:

• Variante della camera Wilson.

• Quando il pistone scende bruscamente, il liquido è ad alta pressione entra in uno stato di surriscaldamento. Quando una particella si muove velocemente lungo la traccia, si formano bolle di vapore, cioè il liquido bolle e la traccia è visibile.

• Vantaggi rispetto ad una camera a nebbia: - 1. alta densità del mezzo, quindi tracce corte - 2. le particelle rimangono intrappolate nella camera e può essere effettuata un'ulteriore osservazione delle particelle -3. maggiore velocità.

• 1952 D. Glaser.

• Varie viste della camera a bolle e fotografie delle tracce delle particelle.

Metodo dell'emulsione a film spesso:

• 20 L.V. Mysovsky, A.P. Zhdanov.
• - servi per la registrazione delle particelle: consente di registrare fenomeni rari dovuti al lungo tempo di esposizione. L'emulsione fotografica contiene un gran numero di microcristalli di bromuro d'argento. Le particelle in arrivo ionizzano la superficie delle fotoemulsioni. I cristalli di AgBr (bromuro d'argento) si disintegrano sotto l'influenza di particelle cariche e, una volta sviluppati, viene rivelata una traccia del passaggio della particella: una traccia. In base alla lunghezza e allo spessore della traccia è possibile determinare l'energia e la massa delle particelle.

il metodo presenta i seguenti vantaggi:

• il metodo presenta i seguenti vantaggi:
• 1. Può registrare le traiettorie di tutte le particelle che volano attraverso la lastra fotografica durante il periodo di osservazione.
• 2. La lastra fotografica è sempre pronta all'uso (l'emulsione non necessita di procedimenti che la riportino in condizioni di lavoro).
• 3. L'emulsione ha una grande capacità frenante grazie alla sua alta densità.
• 4. Fornisce una traccia permanente della particella, che può quindi essere studiata attentamente.

Svantaggi del metodo: 1. durata e 2. complessità del trattamento chimico delle lastre fotografiche e 3. soprattutto, ci vuole molto tempo per esaminare ciascuna lastra in un potente microscopio.

• Svantaggi del metodo: 1. durata e 2. complessità del trattamento chimico delle lastre fotografiche e 3. soprattutto, ci vuole molto tempo per esaminare ciascuna lastra in un potente microscopio.

Metodo della scintillazione

• Questo metodo (Rutherford) utilizza i cristalli per la registrazione. Il dispositivo è costituito da uno scintillatore, un fotomoltiplicatore e un sistema elettronico.

"Metodi per la registrazione di particelle cariche." (video). Metodi di registrazione delle particelle:

• Metodo della scintillazione

• Metodo della ionizzazione per impatto

• Condensazione del vapore sugli ioni

• Metodo dell'emulsione a film spesso

• Le particelle che cadono su uno schermo ricoperto da uno strato speciale provocano lampi che possono essere osservati al microscopio.

• Contatore Geiger a scarica di gas

• Camera Wilson e camera a bolle

• Ionizza la superficie delle fotoemulsioni

• Ripetiamo:

Riflessione:

• 1. Quale argomento della lezione abbiamo studiato oggi?
• 2 Quali obiettivi ci siamo prefissati prima di studiare l’argomento?
• 3. Abbiamo raggiunto il nostro obiettivo?
• 4. Qual è il significato del motto che abbiamo preso per la nostra lezione?
• 5. Capisci l'argomento della lezione, perché lo abbiamo conosciuto?

Riepilogo della lezione:

• 1. Controlliamo insieme il tuo lavoro utilizzando la tabella, lo valutiamo insieme e ti diamo un voto, tenendo conto del tuo lavoro nella lezione.

Libri usati:

• 1. Risorse Internet.
• 2. F -12 ° grado, A.E. Myakishev, G.Ya Myakishev, E.G.

Sorgenti di particelle elementari

Per studiare le particelle elementari è necessaria la loro fonte. Prima della creazione degli acceleratori, come fonti venivano utilizzati elementi radioattivi naturali e raggi cosmici. I raggi cosmici contengono particelle elementari di energie molto diverse, comprese quelle che oggi non possono essere ottenute artificialmente. Lo svantaggio dei raggi cosmici come fonte di particelle ad alta energia è che ce ne sono pochissime. La comparsa di una particella ad alta energia nel campo visivo del dispositivo è casuale.

Gli acceleratori di particelle producono flussi di particelle elementari che hanno un'energia altrettanto elevata. Esistono diversi tipi di acceleratori: betatrone, ciclotrone, acceleratore lineare.

Situato vicino a Ginevra, l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN*) possiede il più grande acceleratore di particelle mai realizzato, costruito in un tunnel circolare sotterraneo a una profondità di 100 m. La lunghezza totale del tunnel è di 27 km. (l'anello ha un diametro di circa 8,6 km). Secondo il programma, il super collisore avrebbe dovuto essere lanciato nel 2007. Circa 4000 tonnellate di metallo verranno raffreddate ad una temperatura di soli 2° sopra lo zero assoluto. Di conseguenza, attraverso i cavi superconduttori scorrerà una corrente di 1,8 milioni di A quasi senza perdite.

Gli acceleratori di particelle sono strutture così grandiose da essere chiamate piramidi del 20° secolo.

* L'abbreviazione CERN viene dal francese. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Consiglio europeo per la ricerca nucleare). In russo viene solitamente utilizzata l'abbreviazione CERN.

Metodi per la registrazione delle particelle elementari

1. Contatori a scintillazione

Inizialmente, per registrare le particelle elementari venivano utilizzati schermi luminescenti: schermi rivestiti con una sostanza speciale, un fosforo, in grado di convertire l'energia assorbita in radiazione luminosa (luminescenza). Quando una particella elementare colpisce uno schermo del genere, emette un debole lampo, così debole che può essere osservato solo nella completa oscurità. Era necessario avere una discreta dose di pazienza e attenzione per sedersi nella completa oscurità e contare per ore il numero di lampi notati.

In un moderno contatore a scintillazione, i lampi vengono contati automaticamente. Il contatore è costituito da uno scintillatore, un fotomoltiplicatore e dispositivi elettronici per l'amplificazione e il conteggio degli impulsi.

Lo scintillatore converte l'energia della particella in quanti di luce visibile.

I quanti di luce entrano in un tubo fotomoltiplicatore che li converte in impulsi di corrente.

Gli impulsi vengono amplificati da un circuito elettrico e conteggiati automaticamente.

2. Metodi chimici

I metodi chimici si basano sul fatto che la radiazione nucleare è un catalizzatore per determinate reazioni chimiche, cioè accelera o crea la possibilità che si verifichino.

3. Metodi calorimetrici

Nei metodi calorimetrici viene registrata la quantità di calore rilasciata quando la radiazione viene assorbita da una sostanza. Un grammo di radio, ad esempio, rilascia circa 585 joule all'ora. Calore.

4. Metodi basati sull'applicazione dell'effetto Cherenkov

Niente in natura può viaggiare più veloce della luce. Ma quando diciamo questo intendiamo il movimento della luce nel vuoto. Nella materia, la luce viaggia ad una velocità dove Conè la velocità della luce nel vuoto e N– indice di rifrazione della sostanza. Di conseguenza, la luce si muove più lentamente nella materia che nel vuoto. Una particella elementare, muovendosi in una sostanza, può superare la velocità della luce in questa sostanza, senza superare la velocità della luce nel vuoto. In questo caso, si verifica la radiazione, scoperta da Cherenkov ai suoi tempi. La radiazione Cherenkov viene rilevata dai fotomoltiplicatori allo stesso modo del metodo di scintillazione. Il metodo consente di registrare solo particelle elementari veloci, cioè ad alta energia.

I seguenti metodi non solo ti permettono di registrare una particella elementare, ma anche di vederne la traccia.

5. Camera di Wilson

Inventato da Charles Wilson nel 1912, gli venne assegnato il Premio Nobel nel 1927. Una camera a nebbia è una struttura ingegneristica molto complessa. Presentiamo solo uno schema semplificato.

Il volume di lavoro della camera a nebbia è pieno di gas e contiene acqua o vapore alcolico. Quando il pistone si abbassa rapidamente, il gas si raffredda bruscamente e il vapore diventa sovrasaturo. Quando una particella vola attraverso questo spazio, creando ioni lungo il suo percorso, su questi ioni si formano goccioline di vapore condensato. Una traccia della traiettoria delle particelle (traccia) appare nella camera sotto forma di una stretta striscia di goccioline di nebbia. Con una forte illuminazione laterale, la pista può essere vista e fotografata.

6. Camera a bolle(inventato da Glaeser nel 1952)

La camera a bolle funziona in modo simile a una camera a nebbia. Solo che il fluido di lavoro non è vapore superraffreddato, ma liquido surriscaldato (propano, idrogeno liquido, azoto, etere, xeno, freon...). Un liquido surriscaldato, come il vapore superraffreddato, è in uno stato instabile. Una particella che vola attraverso un tale liquido forma ioni, sui quali si formano immediatamente delle bolle. Una camera a bolle liquide è più efficiente di una camera a nebbia a gas. È importante per i fisici non solo osservare la traccia di una particella volante. È importante che all'interno della regione di osservazione la particella collida con un'altra particella. L'immagine dell'interazione delle particelle è molto più informativa. Volando attraverso un fluido più denso, che ha un'alta concentrazione di protoni ed elettroni, la particella ha maggiori possibilità di subire una collisione.

7. Camera di emulsione

Fu utilizzato per la prima volta dai fisici sovietici Mysovsky e Zhdanov. L'emulsione fotografica è composta da gelatina. Muovendosi attraverso la gelatina densa, la particella elementare subisce frequenti collisioni. Per questo motivo il percorso della particella nell'emulsione è spesso molto breve e, dopo aver sviluppato l'emulsione fotografica, viene studiata al microscopio.

8. Camera della scintilla (inventore Cranshaw)

Nella cella UNè presente un sistema di elettrodi a rete. Questi elettrodi sono alimentati con alta tensione dall'alimentatore B. Quando una particella elementare vola attraverso la camera IN, crea una scia ionizzata. Lungo questa traccia salta una scintilla, che rende visibile la traccia delle particelle.

9. Telecamera streamer

La camera dello streamer è simile alla camera della scintilla, solo che la distanza tra gli elettrodi è maggiore (fino a mezzo metro). La tensione viene applicata agli elettrodi per un tempo molto breve in modo tale che una vera scintilla non abbia il tempo di svilupparsi. Solo i rudimenti di una scintilla - le stelle filanti - hanno il tempo di apparire.

10. contatore Geiger

Un contatore Geiger è, di regola, un catodo cilindrico, lungo l'asse del quale è teso un filo: l'anodo. Il sistema è riempito con una miscela di gas.

Passando attraverso il contatore, una particella carica ionizza il gas. Gli elettroni risultanti, muovendosi verso l'elettrodo positivo - il filamento, entrando nella regione di un forte campo elettrico, vengono accelerati e, a loro volta, ionizzano le molecole di gas, provocando una scarica corona. L'ampiezza del segnale raggiunge diversi volt e viene facilmente registrata.

Un contatore Geiger registra il fatto che una particella passa attraverso il contatore, ma non misura l'energia della particella.

Il contatore è costituito da un tubo di vetro rivestito internamente da uno strato metallico (catodo) e da un sottile filo metallico che corre lungo l'asse del tubo (anodo). Il tubo è riempito di gas, solitamente argon. Una particella carica (elettrone, particella alfa, ecc.), volando attraverso un gas, rimuove gli elettroni dagli atomi e crea ioni positivi ed elettroni liberi. Il campo elettrico tra l'anodo e il catodo accelera gli elettroni fino alle energie alle quali inizia la ionizzazione da impatto. Principio di funzionamento Si verifica una valanga di ioni e la corrente attraverso il contatore aumenta notevolmente. In questo caso, sul resistore di carico R viene generato un impulso di tensione, che viene alimentato al dispositivo di registrazione.

Caratteristiche Affinché il contatore possa registrare la prossima particella che lo colpisce, la scarica della valanga deve essere estinta. Ciò avviene automaticamente. Il contatore registra quasi tutti gli elettroni che vi entrano; Per quanto riguarda i γ-quanti, si registra approssimativamente solo un γ-quanto su cento. La registrazione delle particelle pesanti (ad esempio le particelle α) è difficile, poiché è difficile creare nel contatore una “finestra” sufficientemente sottile che sia trasparente a queste particelle.

Camera a nebbia In una camera a nebbia, creata nel 1912, una particella carica velocemente lascia una traccia che può essere osservata direttamente o fotografata. Questo dispositivo può essere definito una "finestra" sul micromondo, cioè il mondo delle particelle elementari e dei sistemi da esse costituiti.

Principio di funzionamento Una camera a nebbia è un recipiente ermeticamente chiuso riempito con acqua o vapore alcolico prossimo alla saturazione. Quando il pistone viene abbassato bruscamente, a causa di una diminuzione della pressione sotto il pistone, il vapore nella camera si espande. Di conseguenza, si verifica il raffreddamento e il vapore diventa sovrasaturo. Questo è uno stato instabile del vapore: il vapore condensa facilmente. I centri di condensazione diventano ioni, che si formano nello spazio di lavoro della camera da una particella volante. Se una particella entra nella camera immediatamente prima o immediatamente dopo l'espansione, sul suo percorso compaiono gocce d'acqua. Queste goccioline formano una traccia visibile della traccia delle particelle volanti. La camera ritorna quindi al suo stato originale e gli ioni vengono rimossi da un campo elettrico. A seconda delle dimensioni della telecamera, il tempo per ripristinare la modalità operativa varia da alcuni secondi a decine di minuti.

Caratteristiche La lunghezza della traccia può determinare l'energia della particella e il numero di goccioline per unità di lunghezza della traccia può essere utilizzato per stimarne la velocità. Più lunga è la traiettoria della particella, maggiore è la sua energia. E più gocce d'acqua si formano per unità di lunghezza della pista, minore è la sua velocità. Le particelle con una carica maggiore lasciano una traccia più spessa Una camera a nebbia può essere posizionata in un campo magnetico uniforme. Un campo magnetico agisce su una particella carica in movimento con una certa forza. Questa forza piega la traiettoria della particella. Maggiore è la carica della particella e minore è la sua massa, maggiore è la curvatura della pista. Dalla curvatura della pista si può determinare il rapporto tra la carica della particella e la sua massa.

Principio di funzionamento Nello stato iniziale, il liquido nella camera è ad alta pressione, il che ne impedisce l'ebollizione, nonostante la temperatura del liquido sia superiore al punto di ebollizione a pressione atmosferica. Con una forte diminuzione della pressione, il liquido si surriscalda e per un breve periodo si troverà in uno stato instabile. Le particelle cariche che volano in questo particolare momento provocano la comparsa di tracce costituite da bolle di vapore. I liquidi utilizzati sono principalmente idrogeno liquido e propano.

Caratteristiche Il ciclo operativo della camera della fiala è breve, circa 0,1 s. Il vantaggio della camera a bolle rispetto alla camera Wilson è dovuto alla maggiore densità della sostanza di lavoro. Di conseguenza, i percorsi delle particelle risultano piuttosto brevi e le particelle anche con energie elevate rimangono intrappolate nella camera. Ciò permette di osservare una serie di trasformazioni successive di una particella e le reazioni che provoca.

Metodo delle emulsioni fotografiche a strato spesso L'effetto ionizzante delle particelle caricate velocemente sull'emulsione di una lastra fotografica permise al fisico francese A. Becquerel di scoprire la radioattività nel 1896. Il metodo è stato sviluppato dai fisici sovietici L.V. Mysovsky, A.P. Zhdanov e altri.

Principio di funzionamento: l'emulsione fotografica contiene un gran numero di cristalli microscopici di bromuro d'argento. Una particella carica velocemente, penetrando nel cristallo, rimuove gli elettroni dai singoli atomi di bromo. Una catena di tali cristalli forma un'immagine latente. Una volta sviluppato, l'argento metallico si riduce in questi cristalli e una catena di grani d'argento forma una traccia di particelle. La lunghezza e lo spessore della traccia possono essere utilizzati per stimare l'energia e la massa della particella.

Caratteristiche A causa dell'elevata densità dell'emulsione fotografica, le tracce sono molto corte (dell'ordine dei cm per le particelle alfa emesse da elementi radioattivi), ma una volta fotografate possono essere ingrandite. Il vantaggio delle emulsioni fotografiche è che il tempo di esposizione può essere lungo quanto desiderato. Ciò consente di registrare eventi rari. È anche importante che, a causa dell'elevato potere frenante delle fotoemulsioni, aumenti il ​​numero di reazioni interessanti osservate tra particelle e nuclei.

Programma delle lezioni di fisica per l'11a elementare.

Soggetto: Metodi per l'osservazione e la registrazione delle particelle elementari.

Scopo della lezione: familiarizzare gli studenti con i dispositivi con l'aiuto dei quali si è sviluppata la fisica dei nuclei atomici e delle particelle elementari; Le informazioni necessarie sui processi nel microcosmo sono state ottenute proprio grazie a questi dispositivi.

Durante le lezioni

Controllo dei compiti con il metodo del sondaggio frontale

Qual era la contraddizione tra il modello dell'atomo di Rutherford e la fisica classica?

I postulati quantistici di Bohr.

9) Compito. Quanto cambia l'energia di un elettrone in un atomo di idrogeno quando l'atomo emette un fotone con una lunghezza d'onda di 4,86 ​​∙ 10-7 m?

Soluzione. ∆E = hν; ν = c/λ; ∆E = h c /λ; ∆E=4.1 ∙10-19 J.

2. Imparare nuovo materiale

Dispositivo di registrazione è un sistema macroscopico in posizione instabile. Per qualsiasi disturbo causato dal passaggio di una particella, il sistema si sposta in una posizione più stabile. Il processo di transizione consente la registrazione della particella. Attualmente esistono molti dispositivi per la registrazione delle particelle elementari. Diamo un'occhiata ad alcuni di loro.

A) Contatore Geiger a scarica di gas.

Questo dispositivo viene utilizzato per il conteggio automatico delle particelle.

Spiegare il dispositivo del misuratore utilizzando un poster. Il contatore funziona in base alla ionizzazione per impatto.

Per registrare i γ-quanti e gli elettroni viene utilizzato un contatore Geiger; il contatore rileva e conta chiaramente quasi tutti gli elettroni e solo uno su cento γ-quanti.

Le particelle pesanti non vengono conteggiate dal contatore. Ci sono contatori che funzionano secondo altri principi.

B)Camera di Wilson.

Il contatore conta solo il numero di particelle che volano. La camera di Wilson, progettata nel 1912, presenta una traccia (traccia) rimasta dopo il passaggio di una particella, che può essere osservata, fotografata e studiata.

Gli scienziati hanno definito la camera a nebbia una finestra sul micromondo.

Spiegare il design e il principio di funzionamento della fotocamera utilizzando il poster. L'azione di una camera a nebbia si basa sulla condensazione del vapore sovrasaturo, che forma tracce di goccioline d'acqua sugli ioni. La lunghezza della traccia può essere utilizzata per determinare l'energia della particella; in base al numero di goccioline per unità di lunghezza del binario viene calcolata la sua velocità; La carica della particella volante è determinata dallo spessore della pista. Avendo posizionato la fotocamera in un campo magnetico, abbiamo notato la curvatura della traccia, che è tanto maggiore quanto maggiore è la carica e quanto minore è la massa della particella. Determinata la carica della particella e conoscendo la curvatura della pista, se ne calcola la massa.

IN)Camera a bolle.

Lo scienziato americano Glaser, nel 1952, creò un nuovo tipo di camera per studiare le particelle elementari. Era simile a una camera a nebbia, ma il fluido di lavoro veniva sostituito; i vapori sovrasaturi furono sostituiti da liquidi surriscaldati. Una particella in rapido movimento, quando si muoveva attraverso un liquido, formava bolle sugli ioni (mentre il liquido bolliva): la camera era chiamata camera a bolle.

L'elevata densità della sostanza di lavoro conferisce alla camera a bolle un vantaggio rispetto a una camera a nebbia.

I percorsi delle particelle nella camera a bolle sono brevi, ma le interazioni sono più forti e alcune particelle rimangono intrappolate nella sostanza di lavoro. Di conseguenza, diventa possibile osservare le trasformazioni delle particelle. Le tracce sono la principale fonte di informazioni sulle proprietà delle particelle.

G)Metodo delle emulsioni fotografiche a strato spesso.

L'effetto ionizzante delle particelle cariche su un'emulsione su lastra fotografica viene utilizzato per studiare le proprietà delle particelle elementari insieme a una camera a bolle e una camera a nebbia. Una particella carica penetra ad alta velocità in un'emulsione fotografica contenente cristalli di bromuro d'argento. Rimuovendo gli elettroni da alcuni atomi di bromo nell'emulsione, appare un'immagine latente. La traccia delle particelle appare dopo lo sviluppo della lastra fotografica. L'energia e la massa delle particelle vengono calcolate dalla lunghezza e dallo spessore della traccia.

Esistono molti altri dispositivi e strumenti che registrano e studiano le particelle elementari.

3. Consolidamento del materiale studiato.

1) Cos'è un dispositivo di registrazione?

2) Il principio di funzionamento del contatore Geiger; Camere di Wilson; camera a bolle, metodo della fotoemulsione a strato spesso.

3) Quali vantaggi presenta una camera a bolle rispetto ad una camera a nebbia?

Riassumiamo la lezione.

Compiti a casa: §98, ripetere, §97