שיטות תצפית ורישום של חלקיקים קבוצתיים

מונה גייגר

משמש לספירת מספר החלקיקים הרדיואקטיביים ( בעיקר אלקטרונים).

זהו צינור זכוכית מלא בגז (ארגון) ובתוכו שתי אלקטרודות (קתודה ואנודה).
כאשר חלקיק עובר, הוא מתרחש יינון השפעה של גזומתרחשת דופק זרם חשמלי.

יתרונות:
- קומפקטיות
- יעילות
- ביצועים
- דיוק גבוה (10OO חלקיקים/שניות).

איפה שמשתמשים:
- רישום זיהום רדיואקטיבי על הקרקע, בחצרים, ביגוד, במוצרים וכו'.
- במתקני אחסון של חומרים רדיואקטיביים או עם כורים גרעיניים הפועלים
- כאשר מחפשים משקעים של עפרות רדיואקטיביות (U, Th)

תא ווילסון

משרת להתבוננות וצילוםעקבות ממעבר חלקיקים (מסלולים).

הנפח הפנימי של החדר מלא באלכוהול או אדי מים במצב על-רווי:
כאשר הבוכנה יורדת, הלחץ בתוך החדר יורד והטמפרטורה יורדת, כתוצאה מהתהליך האדיאבטי, קיטור על רווי.
בעקבות מעבר החלקיק מתעבות טיפות לחות ונוצר מסלול - עקבות גלוי.
כאשר המצלמה ממוקמת בשדה מגנטי, ניתן להשתמש במסלול כדי לקבוע אנרגיה, מהירות, מסה ומטען של החלקיק.

אורך ועובי המסילה והעקמומיות שלו בשדה המגנטי קובעים את מאפייני החלקיק הרדיואקטיבי המעופף.
לדוגמה, חלקיק אלפא מייצר מסלול עבה רציף,
פרוטון - מסלול דק,
אלקטרוני - מסלול מנוקד.

תא בועות

גרסה קאמרית של ווילסון

כאשר הבוכנה מורידה בחדות, הנוזל בלחץ גבוה עובר למצב מחומם יתר על המידה. כאשר חלקיק נע במהירות לאורך שביל, נוצרות בועות אדים, כלומר. הנוזל רותח, המסלול נראה לעין.

יתרונות על פני תא ענן:
- צפיפות גבוהה של הבינוני, ולכן מסלולים קצרים
- החלקיקים נתקעים בתא וניתן לבצע תצפית נוספת על החלקיקים
- מהירות גדולה יותר.

שיטת אמולסיית סרט עבה

משמש לרישום חלקיקים
- מאפשר לרשום תופעות נדירות עקב זמן החשיפה הארוך.

תחליב צילום מכיל מספר רב של מיקרו-גבישים כסף ברומיד.
חלקיקים נכנסים מייננים את פני השטח של פוטו-אמולציות. גבישי AgBr מתפרקים בהשפעת חלקיקים טעונים ובעת פיתוח מתגלה עקבות ממעבר החלקיק - מסלול.
לפי אורך ועובי המסלולניתן לקבוע את האנרגיה והמסה של החלקיקים.

זכרו את הנושא "פיזיקה אטומית" לכיתה ט':

רדיואקטיבי.
טרנספורמציות רדיואקטיביות.
הרכב גרעין האטום. כוחות גרעיניים.
אנרגיה של תקשורת. פגם המוני
ביקוע של גרעיני אורניום.
תגובת שרשרת גרעינית.
כור גרעיני.
תגובה תרמו-גרעינית.

דפים נוספים בנושא "פיזיקה אטומית" לכיתות י'-י"א:

מה אנחנו יודעים על פיזיקאים?

נילס בוהר אמר ב-1961: "בכל שלב, א. איינשטיין אתגר את המדע, וללא האתגרים הללו, התפתחות הפיזיקה הקוונטית הייתה מתעכבת במשך זמן רב."
___

ב-1943 נאלץ נילס בוהר, שנמלט מהפולשים, לעזוב את קופנהגן. הוא לא הסתכן לקחת איתו דבר אחד שהיה מאוד יקר לו, הוא מוסס אותו ב"אקווה רג'יה" והשאיר את הבקבוק במעבדה. לאחר שחרור דנמרק, כשחזר, בודד מהפתרון את מה שהמיס, ובפקודתו נוצר חדש. מדליית נובל.
__

בשנת 1933, במעבדה בראשות ארנסט רתרפורד, נבנה מאיץ חזק לאותם זמנים. המדען היה מאוד גאה במיצב הזה ופעם אחת, הראה אותו לאחד המבקרים, העיר: "הדבר הזה עלה לנו הרבה. עם הכסף הזה אתה יכול לתמוך בסטודנט אחד לתואר שני במשך שנה שלמה! אבל האם כל סטודנט לתואר שני יכול לעשות זאת בשנה? כל כך הרבה תגליות!»

• כיתה י"ב.

מטרת השיעור:

• הסבירו לתלמידים את המבנה ועקרון הפעולה של מתקנים לרישום ולימוד חלקיקים יסודיים.

"אתה לא צריך לפחד מכלום, אתה רק צריך להבין את הלא נודע." מארי קירי. עדכון ידע בסיסי:

• מהו "אטום"?
• מה המידות שלו?
• איזה דגם של האטום הציע תומסון?
• איזה דגם של האטום הציע רתרפורד?
• מדוע נקרא המודל של רתרפורד "המודל הפלנטרי של מבנה אטומי"?
• מהו המבנה של גרעין האטום?

נושא השיעור:

• שיטות התבוננות ורישום של חלקיקים יסודיים.

• האטום "ניתן לחלוקה" (דמוקריטוס).

• מולקולה

• חומר

• מִיקרוֹקוֹסמוֹס

• תֵבֵל

• megaworld

• פיזיקה קלאסית

• הפיזיקה הקוונטית

כיצד ללמוד ולהתבונן בעולם המיקרו?

• בְּעָיָה!

• בְּעָיָה!

בְּעָיָה:

• אנו מתחילים ללמוד את הפיזיקה של גרעין האטום, לשקול את התמורות השונות שלהם וקרינה גרעינית (רדיואקטיבית). תחום הידע הזה הוא בעל חשיבות מדעית ומעשית רבה.
• זנים רדיואקטיביים של גרעיני אטום קיבלו יישומים רבים במדע, רפואה, טכנולוגיה וחקלאות.
• היום נבחן מכשירים ושיטות רישום המאפשרות לזהות מיקרו-חלקיקים, לחקור את ההתנגשויות והטרנספורמציות שלהם, כלומר, הם מספקים את כל המידע על המיקרוקוסמוס, ועל סמך זה, על אמצעי הגנה מפני קרינה.
• הם נותנים לנו מידע על התנהגות ומאפיינים של חלקיקים: סימן וגודל המטען החשמלי, המסה של חלקיקים אלה, מהירותו, האנרגיה וכו'. בעזרת מכשירי הקלטה, מדענים הצליחו להשיג ידע על "המיקרו-עולם".

מכשיר הקלטה הוא מערכת מקרוסקופית מורכבת שעלולה להיות במצב לא יציב. עם הפרעה קטנה הנגרמת על ידי חלקיק חולף, מתחיל תהליך המעבר של המערכת למצב חדש ויציב יותר. תהליך זה מאפשר לרשום חלקיק.

• מכשיר הקלטה הוא מערכת מקרוסקופית מורכבת שעלולה להיות במצב לא יציב. עם הפרעה קטנה הנגרמת על ידי חלקיק חולף, מתחיל תהליך המעבר של המערכת למצב חדש ויציב יותר. תהליך זה מאפשר לרשום חלקיק.
• נכון לעכשיו, נעשה שימוש בשיטות רבות ושונות לזיהוי חלקיקים.

• מונה גייגר

• תא ווילסון

• תא בועות

• צילום

• תחליבים

• נצנוץ
• שיטה

• שיטות התבוננות ורישום של חלקיקים יסודיים

• תא ניצוצות

• בהתאם למטרות הניסוי ולתנאים שבהם הוא מתבצע, נעשה שימוש במכשירי הקלטה מסוימים, הנבדלים זה מזה במאפיינים העיקריים שלהם.

תוך כדי לימוד החומר, תמלא את הטבלה.

שם השיטה	עקרון הפעולה	יתרונות, פגמים	מטרת מכשיר זה

• השתמש ו' - כיתה י"ב, § 33, א.ע. מרון, ג.י.א. Myakishev, E G Dubitskaya

מונה גייגר:

• משמש לספירת מספר החלקיקים הרדיואקטיביים (בעיקר אלקטרונים).

• זהו צינור זכוכית מלא בגז (ארגון) ובתוכו שתי אלקטרודות (קתודה ואנודה). כאשר חלקיק עובר, הוא מתרחש יינון השפעה של גזומתרחשת דופק זרם חשמלי.

• התקן:

• מַטָרָה:

• יתרונות:-1. קומפקטיות -2. יעילות -3. ביצועים -4. דיוק גבוה (10OO חלקיקים/שניות).

• קָטוֹדָה.

• צינור זכוכית

• היכן הוא משמש: - רישום זיהום רדיואקטיבי על הקרקע, בחצרים, בבגדים, במוצרים וכו'. - במתקני אחסון לחומרים רדיואקטיביים או עם כורים גרעיניים פועלים - בעת חיפוש אחר מרבצים של עפרות רדיואקטיביות (U - אורניום, Th - תוריום).

• מונה גייגר.

1882 הפיזיקאי הגרמני וילהלם גייגר.

• 1882 הפיזיקאי הגרמני וילהלם גייגר.

• סוגים שונים של דלפקי גייגר.

תא וילסון:

• משמש לצפייה וצילום עקבות ממעבר חלקיקים (מסלולים).

• מַטָרָה:

• הנפח הפנימי של החדר ממולא באלכוהול או אדי מים במצב על-רווי: עם הורדת הבוכנה הלחץ בתוך החדר יורד והטמפרטורה יורדת, כתוצאה מתהליך אדיאבטי נוצר אדים על-רווי. בעקבות מעבר החלקיק מתעבות טיפות לחות ונוצר מסלול - עקבות גלויה.

• צלחת זכוכית

המכשיר הומצא בשנת 1912 על ידי הפיזיקאי האנגלי ווילסון כדי לצפות ולצלם עקבות של חלקיקים טעונים. הוא זכה בפרס נובל ב-1927.

• המכשיר הומצא בשנת 1912 על ידי הפיזיקאי האנגלי ווילסון כדי לצפות ולצלם עקבות של חלקיקים טעונים. הוא זכה בפרס נובל ב-1927.
• הפיזיקאים הסובייטים P.L Kapitsa ו-D.V Skobeltsin הציעו להציב תא עננים בשדה מגנטי אחיד.

מַטָרָה:

• כאשר ממקמים את המצלמה בשדה מגנטי, ניתן לקבוע מהמסלול: אנרגיה, מהירות, מסה ומטען של החלקיק. לפי אורך ועובי המסילה, לפי העקמומיות שלובשדה מגנטי נקבע מאפיינים של חלקיק רדיואקטיבי מעופף. לדוגמה, 1. חלקיק אלפא נותן מסלול עבה מוצק, 2. פרוטון - מסלול דק, 3. אלקטרון - מסלול מנוקד.

• תצוגות שונות של תאי ענן ותצלומים של עקבות חלקיקים.

תא בועות:

• גרסה קאמרית של ווילסון.

• כאשר הבוכנה יורדת בחדות, הנוזל בלחץ גבוה נכנס למצב מחומם יתר על המידה.כאשר חלקיק נע במהירות לאורך המסלול, נוצרות בועות אדים, כלומר הנוזל רותח והמסלול נראה לעין.

• יתרונות על פני תא ענן: - 1. צפיפות גבוהה של המדיום, לכן מסלולים קצרים - 2. חלקיקים נתקעים בתא וניתן לבצע צפייה נוספת בחלקיקים -3. מהירות גדולה יותר.

• 1952 ד גלייזר.

• תצוגות שונות של תא הבועות ותצלומים של עקבות חלקיקים.

שיטת אמולסיית סרט עבה:

• שנות ה-20 L.V. Mysovsky, A.P. Zhdanov.
• - מגיש לרישום חלקיקים - מאפשר רישום של תופעות נדירות עקב זמן החשיפה הארוך. האמולסיה הצילומית מכילה מספר רב של מיקרו-גבישים של ברומיד כסף. חלקיקים נכנסים מייננים את פני השטח של פוטו-אמולציות. גבישים של AgBr (ברומיד כסף) מתפרקים בהשפעת חלקיקים טעונים ובעת פיתוח מתגלה עקבות ממעבר החלקיק - מסילה. על סמך אורך ועובי המסילה ניתן לקבוע את האנרגיה והמסה של החלקיקים.

לשיטה יש את היתרונות הבאים:

• לשיטה יש את היתרונות הבאים:
• 1. זה יכול לתעד את המסלולים של כל החלקיקים שעפים דרך לוח הצילום במהלך תקופת התצפית.
• 2. פלטת הצילום מוכנה תמיד לשימוש (האמולסיה אינה דורשת הליכים שיביאו אותה למצב עבודה).
• 3. האמולסיה בעלת יכולת בלימה רבה בשל הצפיפות הגבוהה שלה.
• 4. זה נותן זכר לא נעלם של החלקיק, אשר לאחר מכן ניתן ללמוד בקפידה.

חסרונות השיטה: 1. משך ו-2. מורכבות עיבוד כימי של לוחות צילום ו-3. הכי חשוב, לוקח הרבה זמן לבחון כל לוח במיקרוסקופ חזק.

• חסרונות השיטה: 1. משך ו-2. מורכבות עיבוד כימי של לוחות צילום ו-3. הכי חשוב, לוקח הרבה זמן לבחון כל לוח במיקרוסקופ חזק.

שיטת הנצנץ

• שיטה זו (Rutherford) משתמשת בקריסטלים להקלטה. המכשיר מורכב מסינטילטור, מכפיל פוטו ומערכת אלקטרונית.

"שיטות להקלטת חלקיקים טעונים." (סרטון וידאו).שיטות רישום חלקיקים:

• שיטת הנצנץ

• שיטת יינון השפעה

• עיבוי קיטור על יונים

• שיטת אמולסיית סרט עבה

• חלקיקים הנופלים על מסך מכוסה בשכבה מיוחדת גורמים להבזקים שניתן לצפות בהם באמצעות מיקרוסקופ.

• מונה גייגר פריקת גז

• תא ווילסון ותא בועות

• מיינן את פני השטח של photoemulsions

• בואו נחזור:

הִשׁתַקְפוּת:

• 1. איזה נושא בשיעור למדנו היום?
• 2 אילו יעדים הצבנו לפני לימוד הנושא?
• 3. האם השגנו את המטרה שלנו?
• 4. מה המשמעות של המוטו שלקחנו לשיעור שלנו?
• 5. האם אתה מבין את נושא השיעור, למה הכרנו?

סיכום שיעור:

• 1. אנו בודקים את עבודתך יחד באמצעות הטבלה, מעריכים אותה יחד ונותנים לך ציון תוך התחשבות בעבודה שלך בשיעור.

ספרים משומשים:

• 1. משאבי אינטרנט.
• 2. F -12, A.E Myakishev, G.Ya. Dubitskaya.

מקורות של חלקיקים יסודיים

כדי לחקור חלקיקים יסודיים, נדרשים מקורותיהם. לפני יצירת המאיצים, אלמנטים רדיואקטיביים טבעיים וקרניים קוסמיות שימשו כמקורות כאלה. קרניים קוסמיות מכילות חלקיקים יסודיים בעלי אנרגיות שונות מאוד, כולל כאלו שלא ניתן להשיג באופן מלאכותי כיום. החיסרון של קרניים קוסמיות כמקור לחלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה הוא שיש מעט מאוד חלקיקים כאלה. הופעתו של חלקיק בעל אנרגיה גבוהה בשדה הראייה של המכשיר היא אקראית.

מאיצי חלקיקים מייצרים זרמים של חלקיקים יסודיים בעלי אנרגיה גבוהה באותה מידה. ישנם סוגים שונים של מאיצים: בטאטרון, ציקלוטרון, מאיץ ליניארי.

ממוקם ליד ז'נבה, לארגון האירופי לחקר גרעיני (CERN*) יש את מאיץ החלקיקים הגדול ביותר עד כה, שנבנה במנהרה עגולה מתחת לאדמה בעומק של 100 מ' אורכה הכולל של המנהרה הוא 27 ק"מ. (קוטר הטבעת כ-8.6 ק"מ). מתנגש העל היה אמור להיות משוגר בהתאם לתוכנית בשנת 2007. כ-4000 טון מתכת יוקררו לטמפרטורה של 2 מעלות בלבד מעל האפס המוחלט. כתוצאה מכך, זרם של 1.8 מיליון אמפר יזרום דרך הכבלים המוליכים כמעט ללא הפסד.

מאיצי חלקיקים הם מבנים כה גרנדיוזיים שהם נקראים פירמידות של המאה ה-20.

* הקיצור CERN מגיע מהצרפתית. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (המועצה האירופית למחקר גרעיני). ברוסית משתמשים בדרך כלל בקיצור CERN.

שיטות לרישום חלקיקים יסודיים

1. מוני ניצוץ

בתחילה נעשה שימוש במסכי זוהר לרישום חלקיקים אלמנטריים – מסכים מצופים בחומר מיוחד, זרחן, המסוגל להמיר את האנרגיה שהם סופגים לקרינת אור (luminesce). כאשר חלקיק יסודי פוגע במסך כזה, הוא נותן הבזק חלש, חלש עד כדי כך שניתן לצפות בו רק בחושך מוחלט. היה צורך להצטייד בכמות לא מבוטלת של סבלנות ותשומת לב כדי לשבת בחושך מוחלט ולספור שעות את מספר ההבזקים שהבחינו בהם.

במונה נצנצים מודרני, הבזקים נספרים באופן אוטומטי. המונה מורכב מסינטילטור, מכפיל פוטו ומכשירים אלקטרוניים להגברה וספירת פולסים.

הניצוץ ממיר את האנרגיה של החלקיק לקוונטות האור הנראה.

קוונטות האור נכנסות לצינור פוטו-מכפיל, הממיר אותן לפולסי זרם.

הפולסים מוגברים על ידי מעגל חשמלי ונספרים אוטומטית.

2. שיטות כימיות

שיטות כימיות מבוססות על העובדה שקרינה גרעינית היא זרז לתגובות כימיות מסוימות, כלומר היא מאיצה או יוצרת אפשרות להתרחשותן.

3. שיטות קלורימטריות

בשיטות קלורימטריות נרשמת כמות החום שמשתחררת כאשר קרינה נספגת על ידי חומר. גרם אחד של רדיום, למשל, משחרר כ-585 ג'אול לשעה. חוֹם.

4. שיטות המבוססות על יישום אפקט צ'רנקוב

שום דבר בטבע אינו יכול לנוע מהר יותר מהאור. אבל כשאנחנו אומרים את זה, אנחנו מתכוונים לתנועת האור בוואקום. בחומר, האור נע במהירות שבה עםהיא מהירות האור בוואקום, ו נ- מקדם השבירה של החומר. כתוצאה מכך, האור נע לאט יותר בחומר מאשר בוואקום. חלקיק יסודי, הנע בחומר, יכול לחרוג ממהירות האור בחומר זה, מבלי לחרוג ממהירות האור בוואקום. במקרה זה מתרחשת קרינה, אשר התגלתה על ידי צ'רנקוב בזמנו. קרינת צ'רנקוב מתגלה על ידי מכפילי פוטו באותו אופן כמו בשיטת הניצוץ. השיטה מאפשרת רישום מהיר בלבד, כלומר חלקיקים אלמנטריים עתירי אנרגיה.

השיטות הבאות לא רק מאפשרות לך לרשום חלקיק יסודי, אלא גם לראות את עקבותיו.

5. תא ווילסון

הומצא על ידי צ'ארלס ווילסון ב-1912, הוא קיבל על כך את פרס נובל ב-1927. תא ענן הוא מבנה הנדסי מורכב מאוד. אנו מציגים רק דיאגרמה פשוטה.

נפח העבודה של תא הענן מלא בגז ומכיל מים או אדי אלכוהול. כאשר הבוכנה נעה למטה במהירות, הגז מתקרר בחדות והקיטור הופך להיות רווי-על. כאשר חלקיק עף בחלל הזה, ויוצר יונים לאורך דרכו, אז נוצרות טיפות של אדים מעובה על יונים אלה. זכר למסלול החלקיקים (מסלול) מופיע בתא בצורה של רצועה צרה של טיפות ערפל. בתאורת צד חזקה ניתן לראות ולצלם את המסלול.

6. תא בועות(הומצא על ידי גלייזר ב-1952)

תא הבועות פועל בדומה לתא ענן. רק נוזל העבודה אינו קיטור מצונן-על, אלא נוזל מחומם-על (פרופאן, מימן נוזלי, חנקן, אתר, קסנון, פריאון...). נוזל מחומם-על, כמו קיטור מקורר-על, נמצא במצב לא יציב. חלקיק שעף דרך נוזל כזה יוצר יונים, שעליהם נוצרות מיד בועות. תא בועות נוזל יעיל יותר מאשר תא ענן גז. לפיסיקאים חשוב לא רק להתבונן במסלול של חלקיק מעופף. חשוב שבתוך אזור התצפית החלקיק יתנגש בחלקיק אחר. התמונה של אינטראקציה בין חלקיקים היא הרבה יותר אינפורמטיבית. על ידי טיסה דרך נוזל צפוף יותר, שיש בו ריכוז גבוה של פרוטונים ואלקטרונים, לחלקיק יש סיכוי גדול בהרבה לחוות התנגשות.

7. תא אמולסיה

זה שימש לראשונה את הפיזיקאים הסובייטים מישובסקי וז'דנוב. תחליב צילום עשוי מג'לטין. החלקיק היסודי עובר דרך ג'לטין צפוף, עובר התנגשויות תכופות. בשל כך, הדרך של החלקיק באמולסיה היא לרוב קצרה מאוד ולאחר פיתוח האמולסיה הצילום, היא נחקרת במיקרוסקופ.

8. תא ניצוץ (הממציא קרנשו)

בתא אממוקמת מערכת של אלקטרודות רשת. אלקטרודות אלו מסופקות במתח גבוה מאספקת החשמל ב. כאשר חלקיק יסודי עף דרך החדר IN, זה יוצר שובל מיונן. ניצוץ קופץ לאורך השביל הזה, מה שהופך את מסלול החלקיקים לגלוי.

9. מצלמת סטרימר

תא הסטרימר דומה לתא הניצוץ, רק המרחק בין האלקטרודות גדול יותר (עד חצי מטר). מתח מופעל על האלקטרודות לזמן קצר מאוד באופן שלניצוץ אמיתי אין זמן להתפתח. רק היסודות של ניצוץ - סטרימרים - יש זמן להופיע.

10. מונה גייגר

מונה גייגר הוא, ככלל, קתודה גלילית, שלאורך הציר שלה נמתח חוט - האנודה. המערכת מלאה בתערובת גז.

כאשר עוברים דרך הדלפק, חלקיק טעון מיינן את הגז. האלקטרונים המתקבלים, נעים לכיוון האלקטרודה החיובית - החוט, הנכנס לאזור של שדה חשמלי חזק, מואצים ובתורם מייננים מולקולות גז, מה שמוביל לפריקת קורונה. משרעת האות מגיעה למספר וולט ונרשמת בקלות.

מונה גייגר מתעד את העובדה שחלקיק עובר דרך המונה, אך אינו מודד את האנרגיה של החלקיק.

הדלפק מורכב מצינור זכוכית המצופה מבפנים בשכבת מתכת (קתודה) וחוט מתכת דק העובר לאורך ציר הצינור (אנודה). הצינור מלא בגז, בדרך כלל ארגון. חלקיק טעון (אלקטרון, חלקיק אלפא וכו'), שעף דרך גז, מוציא אלקטרונים מאטומים ויוצר יונים חיוביים ואלקטרונים חופשיים. השדה החשמלי בין האנודה לקתודה מאיץ את האלקטרונים לאנרגיות שבהן מתחיל יינון פגיעה. עקרון הפעולה מתרחשת מפולת של יונים, והזרם דרך הדלפק גדל בחדות. במקרה זה, נוצר דופק מתח על פני נגד העומס R, המוזן למכשיר ההקלטה.

מאפיינים כדי שהמונה ירשום את החלקיק הבא שפוגע בו, יש לכבות את פריקת המפולת. זה קורה אוטומטית. המונה מתעד כמעט את כל האלקטרונים הנכנסים אליו; באשר ל-γ-quanta, הוא רושם בערך רק γ-קוונטי אחד מתוך מאה. רישום של חלקיקים כבדים (לדוגמה, חלקיקי α) קשה, שכן קשה ליצור "חלון" דק מספיק בדלפק שקוף לחלקיקים אלו.

תא ענן בתא ענן, שנוצר בשנת 1912, חלקיק טעון מהיר משאיר עקבות שניתן לצפות בה ישירות או לצלם. מכשיר זה יכול להיקרא "חלון" לעולם המיקרו, כלומר, עולם החלקיקים היסודיים והמערכות המורכבות מהם.

עקרון הפעולה תא ענן הוא כלי אטום הרמטית מלא במים או אדי אלכוהול קרוב לרוויה. כאשר הבוכנה יורדת בחדות, הנגרמת מירידה בלחץ מתחת לבוכנה, הקיטור בתא מתרחב. כתוצאה מכך מתרחשת קירור והקיטור הופך להיות רווי על. זהו מצב קיטור לא יציב: אדים מתעבים בקלות. מרכזי העיבוי הופכים ליונים, שנוצרים בחלל העבודה של החדר על ידי חלקיק מעופף. אם חלקיק נכנס לתא מיד לפני או מיד לאחר ההתפשטות, מופיעות טיפות מים לאורך דרכו. טיפות אלו יוצרות עקבות גלוי למסלול החלקיקים המעופפים. לאחר מכן החדר חוזר למצבו המקורי והיונים מוסרים על ידי שדה חשמלי. בהתאם לגודל המצלמה, הזמן לשחזור מצב ההפעלה נע בין מספר שניות לעשרות דקות.

מאפיינים אורך המסילה יכול לקבוע את האנרגיה של החלקיק, וניתן להשתמש במספר הטיפות ליחידת אורך של המסילה כדי להעריך את מהירותו. ככל שהמסלול של החלקיק ארוך יותר, כך האנרגיה שלו גדולה יותר. וככל שנוצרות יותר טיפות מים ליחידת אורך של המסילה, כך מהירותה נמוכה יותר. חלקיקים בעלי מטען גבוה יותר משאירים מסלול עבה יותר תא ענן יכול להיות ממוקם בשדה מגנטי אחיד. שדה מגנטי פועל על חלקיק טעון נע בכוח מסוים. כוח זה מכופף את מסלול החלקיק. ככל שהמטען של החלקיק גדול יותר ומסתו נמוכה יותר, כך העקמומיות של המסילה גדולה יותר. לפי עקמומיות המסילה ניתן לקבוע את היחס בין מטען החלקיק למסה שלו.

עקרון הפעולה במצב ההתחלתי, הנוזל בתא נמצא בלחץ גבוה, מה שמונע ממנו לרתוח, למרות שטמפרטורת הנוזל גבוהה מנקודת הרתיחה בלחץ אטמוספרי. עם ירידה חדה בלחץ, הנוזל מתחמם יתר על המידה ולמשך זמן קצר הוא יהיה במצב לא יציב. חלקיקים טעונים שעפים בזמן מסוים זה גורמים להופעת מסלולים המורכבים מבועות אדים. הנוזלים בהם משתמשים הם בעיקר מימן נוזלי ופרופאן.

מאפיינים מחזור הפעולה של תא הבקבוקון קצר, כ-0.1 שניות. היתרון של תא הבועות על פני תא ווילסון נובע מהצפיפות הגבוהה יותר של חומר העבודה. כתוצאה מכך, נתיבים של החלקיקים מתבררים כקצרים למדי, וחלקיקים בעלי אנרגיות גבוהות אפילו נתקעים בחדר. זה מאפשר לצפות בסדרה של טרנספורמציות עוקבות של חלקיק ובתגובות שהוא גורם.

שיטת תחליב צילום בשכבה עבה ההשפעה המייננת של חלקיקים טעונים מהירים על אמולסיה של לוח צילום אפשרה לפיזיקאי הצרפתי א' בקארל לגלות רדיואקטיביות ב-1896. השיטה פותחה על ידי הפיזיקאים הסובייטים L.V Mysovsky, A.P. Zhdanov ואחרים.

עקרון הפעולה תחליב צילום מכיל מספר רב של גבישים מיקרוסקופיים של ברומיד כסף. חלקיק טעון מהיר, חודר את הגביש, מסיר אלקטרונים מאטומי ברום בודדים. שרשרת של גבישים כאלה יוצרת תמונה סמויה. כאשר מפתחים, כסף מתכתי מצטמצם בגבישים אלה ושרשרת של גרגרי כסף יוצרת מסלול חלקיקים. ניתן להשתמש באורך ועובי המסלול כדי להעריך את האנרגיה והמסה של החלקיק.

מאפיינים עקב הצפיפות הגבוהה של האמולסיה הצילומית, המסלולים קצרים מאוד (בסדר ס"מ עבור חלקיקי אלפא הנפלטים מאלמנטים רדיואקטיביים), אך בצילום ניתן להגדיל אותם. היתרון של אמולסיות צילום הוא שזמן החשיפה יכול להיות ארוך ככל הרצוי. זה מאפשר לתעד אירועים נדירים. חשוב גם שבשל כוח העצירה הגבוה של פוטו-אמולציות, מספר התגובות המעניינות שנצפו בין חלקיקים וגרעינים גדל.

מערך שיעורי פיזיקה לכיתה יא.

נושא: שיטות התבוננות ורישום של חלקיקים יסודיים.

מטרת השיעור: להכיר לתלמידים את המכשירים שבעזרתם התפתחה הפיזיקה של גרעיני אטום וחלקיקים יסודיים; המידע הדרוש על תהליכים במיקרוקוסמוס הושג בדיוק הודות למכשירים אלה.

במהלך השיעורים

בדיקת שיעורי בית בשיטת הסקר הפרונטלי

מה הייתה הסתירה בין מודל האטום של ראתרפורד לבין הפיזיקה הקלאסית?

ההנחות הקוונטיות של בוהר.

9) משימה. כמה משתנה האנרגיה של אלקטרון באטום מימן כאשר האטום פולט פוטון עם אורך גל של 4.86 ∙ 10-7 מ'?

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

2. לימוד חומר חדש

מכשיר הקלטה היא מערכת מקרוסקופית במצב לא יציב. עבור כל הפרעה הנגרמת על ידי חלקיק חולף, המערכת עוברת למצב יציב יותר. תהליך המעבר מאפשר רישום של החלקיק. נכון לעכשיו, ישנם מכשירים רבים להקלטת חלקיקים יסודיים. בואו נסתכל על כמה מהם.

א) מונה גייגר פריקת גז.

מכשיר זה משמש לספירת חלקיקים אוטומטית.

הסבירו את מכשיר המונה באמצעות פוסטר. המונה פועל על בסיס יינון השפעה.

מונה גייגר משמש לרישום γ-קוונטה ואלקטרונים המונה מזהה וסופר כמעט את כל האלקטרונים ורק אחד מתוך מאה γ-קוואנטים.

חלקיקים כבדים אינם נספרים על ידי המונה. יש מונים שפועלים על פי עקרונות אחרים.

ב)תא ווילסון.

המונה סופר רק את מספר החלקיקים שעפים. לתא וילסון, שתוכנן בשנת 1912, יש מסלול (עקבות) שנותר לאחר מעבר של חלקיק, אותו ניתן לצפות, לצלם ולחקור.

מדענים כינו את תא הענן חלון לעולם המיקרו.

הסבירו את עיקרון העיצוב וההפעלה של המצלמה באמצעות הפוסטר. פעולתו של תא עננים מבוססת על עיבוי של אדי על-רווי, היוצרים עקבות של טיפות מים על היונים. ניתן להשתמש באורך המסלול כדי לקבוע את האנרגיה של החלקיק; בהתבסס על מספר הטיפות ליחידת אורך של המסלול, מחושבת מהירותו; מטען החלקיק המעופף נקבע מעובי המסילה. לאחר שהצבנו את המצלמה בשדה מגנטי, הבחנו בעקמומיות המסילה, שהיא גדולה יותר, ככל שהמטען גדול יותר ומסת החלקיק קטנה יותר. לאחר קביעת מטען החלקיק והכרת העקמומיות של המסילה, מסתו מחושבת.

IN)תא בועות.

המדען האמריקאי גלזר, בשנת 1952, יצר סוג חדש של תא לחקר חלקיקים יסודיים. זה היה דומה לתא ענן, אבל נוזל העבודה הוחלף; אדים רוויים הוחלפו בנוזל מחומם. חלקיק שזז במהירות, כאשר נע בנוזל, יצר בועות על היונים (כשהנוזל רתח) - החדר נקרא תא בועות.

הצפיפות הגבוהה של החומר העובד מעניקה לתא הבועות יתרון על פני תא עננים.

מסלולי החלקיקים בתא הבועות קצרים, אך האינטראקציות חזקות יותר וחלק מהחלקיקים נתקעים בחומר הפועל. כתוצאה מכך, ניתן לראות טרנספורמציות של חלקיקים. מסלולים הם המקור העיקרי למידע על תכונותיהם של חלקיקים.

ז)שיטה של ​​פוטו אמולסיות בשכבה עבה.

ההשפעה המייננת של חלקיקים טעונים על תחליב צלחת צילום משמשת לחקר המאפיינים של חלקיקים אלמנטריים יחד עם תא הבועות ותא הענן. חלקיק טעון חודר לאמולסיה צילום המכילה גבישי כסף ברומיד במהירות גבוהה. על ידי הסרת אלקטרונים מכמה אטומי ברום באמולסיה, מופיעה תמונה סמויה. מסלול החלקיקים מופיע לאחר פיתוח לוח הצילום. האנרגיה והמסה של החלקיקים מחושבים מאורך ועובי המסילה.

ישנם מכשירים ומכשירים רבים אחרים שמתעדים וחוקרים חלקיקים יסודיים.

3. איחוד החומר הנלמד.

1) מהו מכשיר הקלטה?

2) עקרון הפעולה של מונה גייגר; חדרי ווילסון; תא בועות, שיטת פוטו אמולסיה בשכבה עבה.

3) אילו יתרונות יש לתא בועות על פני תא ענן?

בואו נסכם את השיעור.

שיעורי בית: §98, חוזר, §97