ELEMENTĀRO DAĻIŅU NOVĒROŠANAS UN REĢISTRĀCIJAS METODES

Ģēģera skaitītājs

Izmanto, lai saskaitītu radioaktīvo daļiņu skaitu ( pārsvarā elektroni).

Šī ir stikla caurule, kas piepildīta ar gāzi (argonu), kuras iekšpusē ir divi elektrodi (katods un anods).
Kad daļiņa iet, tā notiek gāzes triecienjonizācija un rodas elektriskās strāvas impulss.

Priekšrocības:
- kompaktums
- efektivitāte
- sniegums
- augsta precizitāte (10OO daļiņas/s).

Kur izmanto:
- radioaktīvā piesārņojuma reģistrācija uz zemes, telpās, apģērbā, izstrādājumos utt.
- radioaktīvo materiālu glabātavās vai ar darbojošiem kodolreaktoriem
- meklējot radioaktīvās rūdas atradnes (U, Th)

Vilsona kamera

Kalpo novērošanai un fotografēšanai pēdas no daļiņu pārejas (sliedes).

Kameras iekšējais tilpums ir piepildīts ar spirtu vai ūdens tvaiku pārsātinātā stāvoklī:
Kad virzulis ir nolaists, spiediens kamerā samazinās un temperatūra pazeminās adiabātiskā procesa rezultātā; pārsātināts tvaiks.
Pēc daļiņas šķērsošanas kondensējas mitruma pilieni un veidojas sliežu ceļi - redzama pēda.
Kad kamera ir novietota magnētiskajā laukā, celiņu var izmantot, lai noteiktu daļiņas enerģija, ātrums, masa un lādiņš.

Trases garums un biezums un tā izliekums magnētiskajā laukā nosaka garāmejošās radioaktīvās daļiņas īpašības.
Piemēram, alfa daļiņa rada nepārtrauktu biezu celiņu,
protons - plāns celiņš,
elektronu - punktēta trase.

Burbuļu kamera

Vilsona kameras variants

Kad virzulis ir strauji nolaists, šķidrums zem augsta spiediena iziet pārkarsētā stāvoklī. Kad daļiņa ātri pārvietojas pa taku, veidojas tvaika burbuļi, t.i. šķidrums vārās, ir redzama trase.

Priekšrocības salīdzinājumā ar mākoņu kameru:
- augsts vidējais blīvums, tāpēc šorttreki
- daļiņas iestrēgst kamerā un var veikt tālāku daļiņu novērošanu
- lielāks ātrums.

Biezās plēves emulsijas metode

Izmanto daļiņu reģistrēšanai
- ļauj reģistrēt retas parādības ilgā ekspozīcijas laika dēļ.

Fotoemulsija satur lielu skaitu mikrokristālu sudraba bromīds.
Ienākošās daļiņas jonizē fotoemulsiju virsmu. AgBr kristāli lādētu daļiņu ietekmē sadalās, un, attīstoties, tiek atklāta pēda no daļiņas caurbraukšanas - trase.
Atbilstoši trases garumam un biezumam var noteikt daļiņu enerģiju un masu.

Atcerieties tēmu "Atomfizika" 9. klasei:

Radioaktivitāte.
Radioaktīvās pārvērtības.
Atomu kodola sastāvs. Kodolspēki.
Savienojuma enerģija. Masveida defekts
Urāna kodolu skaldīšana.
Kodolķēdes reakcija.
Kodolreaktors.
Termonukleārā reakcija.

Citas lapas par tēmu "Atomfizika" 10.-11.klasei:

KO MĒS ZINĀM PAR FIZIKIEM?

Nīls Bors 1961. gadā teica: "Katrā posmā A. Einšteins izaicināja zinātni, un bez šiem izaicinājumiem kvantu fizikas attīstība būtu aizkavējusies uz ilgu laiku."
___

1943. gadā Nīls Bors, bēgot no iebrucējiem, bija spiests pamest Kopenhāgenu. Neriskējot paņemt līdzi vienu viņam ļoti vērtīgu lietu, viņš to izšķīdināja “aqua regia” un atstāja kolbu laboratorijā. Pēc Dānijas atbrīvošanas, kad viņš atgriezās, viņš izolēja no risinājuma to, ko bija izšķīdināja, un pēc viņa pavēles tika izveidots jauns. Nobela medaļa.
__

1933. gadā laboratorijā vad Ernests Rezerfords, tika uzbūvēts tiem laikiem jaudīgs paātrinātājs. Zinātnieks ļoti lepojās ar šo instalāciju un reiz, rādot to kādam no apmeklētājiem, atzīmēja: “Mums šī lieta maksāja daudz. Ar šo naudu var uzturēt vienu maģistrantu veselu gadu! Bet vai jebkurš absolvents to var izdarīt gada laikā? tik daudz atklājumu!»

• 12. klase.

Nodarbības mērķis:

• Izskaidrojiet studentiem elementārdaļiņu ierakstīšanas un izpētes instalāciju uzbūvi un darbības principu.

"Jums nav jābaidās no nekā, jums vienkārši jāsaprot nezināmais." Marija Kirī. Pamatzināšanu atjaunināšana:

• Kas ir "atoms"?
• Kādi ir tā izmēri?
• Kādu atoma modeli piedāvāja Tomsons?
• Kādu atoma modeli Rezerfords piedāvāja?
• Kāpēc Rezerforda modeli sauca par "Atomu struktūras planētu modeli"?
• Kāda ir atoma kodola uzbūve?

Nodarbības tēma:

• Elementārdaļiņu novērošanas un reģistrēšanas metodes.

• Atoms ir “nedalāms” (Demokrits).

• Molekula

• viela

• mikrokosms

• makrokosmoss

• megapasaule

• Klasiskā fizika

• Kvantu fizika

Kā pētīt un novērot mikropasauli?

• Problēma!

• Problēma!

Problēma:

• Mēs sākam pētīt atoma kodola fiziku, apsvērt to dažādās transformācijas un kodola (radioaktīvo) starojumu. Šai zināšanu jomai ir liela zinātniska un praktiska nozīme.
• Radioaktīvās atomu kodolu šķirnes ir saņēmušas daudzus pieteikumus zinātnē, medicīnā, tehnoloģijā un lauksaimniecībā.
• Šodien apskatīsim ierīces un reģistrācijas metodes, kas ļauj atklāt mikrodaļiņas, pētīt to sadursmes un pārvērtības, tas ir, sniedz visu informāciju par mikrokosmosu un, pamatojoties uz to, arī par radiācijas aizsardzības pasākumiem.
• Tie sniedz mums informāciju par daļiņu uzvedību un īpašībām: elektriskā lādiņa zīmi un lielumu, šo daļiņu masu, tā ātrumu, enerģiju utt. Ar ierakstīšanas instrumentu palīdzību zinātnieki varēja iegūt zināšanas par “mikropasauli”.

Ierakstīšanas ierīce ir sarežģīta makroskopiska sistēma, kas var būt nestabilā stāvoklī. Ar nelielu traucējumu, ko izraisa garāmejoša daļiņa, sākas sistēmas pārejas process uz jaunu, stabilāku stāvokli. Šis process ļauj reģistrēt daļiņu.

• Ierakstīšanas ierīce ir sarežģīta makroskopiska sistēma, kas var būt nestabilā stāvoklī. Ar nelielu traucējumu, ko izraisa pārejoša daļiņa, sākas sistēmas pārejas process uz jaunu, stabilāku stāvokli. Šis process ļauj reģistrēt daļiņu.
• Pašlaik tiek izmantotas daudzas dažādas daļiņu noteikšanas metodes.

• Ģēģera skaitītājs

• Vilsona kamera

• Burbuļu kamera

• Fotogrāfijas

• emulsijas

• Scintilācija
• metodi

• Metodes elementārdaļiņu novērošanai un reģistrēšanai

• Dzirksteles kamera

• Atkarībā no eksperimenta mērķiem un apstākļiem, kādos tas tiek veikts, tiek izmantotas noteiktas ierakstīšanas ierīces, kas atšķiras viena no otras ar galvenajām īpašībām.

Studējot materiālu, jūs aizpildīsit tabulu.

Metodes nosaukums	Darbības princips	Priekšrocības, Trūkumi	Šīs ierīces mērķis

• Izmantot F – 12.klase, 33.§, A.E.Maron, G.Ya. Mjakiševs, E. G. Dubitskaja

Ģēģera skaitītājs:

• kalpo radioaktīvo daļiņu (galvenokārt elektronu) skaita saskaitīšanai.

• Šī ir stikla caurule, kas piepildīta ar gāzi (argonu), kuras iekšpusē ir divi elektrodi (katods un anods). Kad daļiņa iet, tā notiek gāzes triecienjonizācija un rodas elektriskās strāvas impulss.

• Ierīce:

• Mērķis:

• Priekšrocības:-1. kompaktums -2. efektivitāte -3. sniegums -4. augsta precizitāte (10OO daļiņas/s).

• Katods.

• Stikla caurule

• Kur to lieto: - radioaktīvā piesārņojuma reģistrācija uz zemes, telpās, apģērbā, izstrādājumos utt. - radioaktīvo materiālu glabātavās vai ar darbojošiem kodolreaktoriem - meklējot radioaktīvās rūdas (U - urāns, Th - torijs) atradnes.

• Ģēģera skaitītājs.

1882. gads Vācu fiziķis Vilhelms Ģēģers.

• 1882. gads Vācu fiziķis Vilhelms Ģēģers.

• Dažāda veida Geigera skaitītāji.

Vilsona kamera:

• kalpo daļiņu (sliežu) caurbraukšanas pēdu novērošanai un fotografēšanai.

• Mērķis:

• Kameras iekšējais tilpums ir piepildīts ar spirtu vai ūdens tvaiku pārsātinātā stāvoklī: virzuli nolaižot, spiediens kameras iekšpusē samazinās un temperatūra pazeminās, adiabātiska procesa rezultātā veidojas pārsātināti tvaiki. Pēc daļiņas šķērsošanas kondensējas mitruma pilieni un veidojas sliežu ceļi - redzama pēda.

• Stikla plāksne

Ierīci 1912. gadā izgudroja angļu fiziķis Vilsons, lai novērotu un fotografētu lādētu daļiņu pēdas. Viņam 1927. gadā tika piešķirta Nobela prēmija.

• Ierīci 1912. gadā izgudroja angļu fiziķis Vilsons, lai novērotu un fotografētu lādētu daļiņu pēdas. Viņam tika piešķirta Nobela prēmija 1927.
• Padomju fiziķi P.L.Kapitsa un D.V.Skobeltsin ierosināja novietot mākoņu kameru vienotā magnētiskajā laukā.

Mērķis:

• Novietojot kameru magnētiskajā laukā, pēc trases varat noteikt: daļiņas enerģija, ātrums, masa un lādiņš. Pēc trases garuma un biezuma, pēc tā izliekuma magnētiskajā laukā tiek noteikts lidojošas radioaktīvās daļiņas īpašības. Piemēram, 1. alfa daļiņa dod cietu biezu celiņu, 2. protons - plānu celiņu, 3. elektrons - punktētu celiņu.

• Dažādi mākoņu kameru skati un daļiņu pēdu fotogrāfijas.

Burbuļu kamera:

• Vilsona kameras variants.

• Kad virzulis strauji nokrīt, šķidrums zem augsta spiediena nonāk pārkarsētā stāvoklī. Kad daļiņa ātri pārvietojas pa sliežu ceļu, veidojas tvaika burbuļi, t.i., šķidrums uzvārās un trase ir redzama.

• Priekšrocības pār mākoņu kameru: - 1. augsts barotnes blīvums, līdz ar to short tracks - 2. daļiņas iestrēgst kamerā un var veikt tālāku daļiņu novērošanu -3. lielāks ātrums.

• 1952. gads D. Glāzers.

• Dažādi burbuļu kameras skati un daļiņu pēdu fotogrāfijas.

Biezās plēves emulsijas metode:

• 20 L.V.Misovskis, A.P.Ždanovs.
• - kalpo daļiņu reģistrēšanai - ļauj reģistrēt retas parādības ilgā ekspozīcijas laika dēļ. Fotografiskā emulsija satur lielu skaitu sudraba bromīda mikrokristālu. Ienākošās daļiņas jonizē fotoemulsiju virsmu. AgBr (sudraba bromīda) kristāli lādētu daļiņu ietekmē sadalās, un, attīstoties, tiek atklāta pēda no daļiņas caurbraukšanas - pēda. Pamatojoties uz trases garumu un biezumu, var noteikt daļiņu enerģiju un masu.

metodei ir šādas priekšrocības:

• metodei ir šādas priekšrocības:
• 1. Tas var reģistrēt visu to daļiņu trajektorijas, kas novērošanas laikā lido caur fotoplati.
• 2. Fotoplāksne vienmēr ir gatava lietošanai (emulsijai nav nepieciešamas procedūras, kas to nogādātu darba stāvoklī).
• 3. Emulsija ir lieliska bremzēšanas spēja, pateicoties tās augstajam blīvumam.
• 4. Tas dod daļiņas neizzūdošu pēdu, ko pēc tam var rūpīgi izpētīt.

Metodes trūkumi: 1. fotoplašu ķīmiskās apstrādes ilgums un 2. sarežģītība un 3. galvenais, katras plāksnes pārbaude spēcīgā mikroskopā aizņem daudz laika.

• Metodes trūkumi: 1. fotoplašu ķīmiskās apstrādes ilgums un 2. sarežģītība un 3. galvenais, katras plāksnes pārbaude spēcīgā mikroskopā aizņem daudz laika.

Scintilācijas metode

• Šī metode (Ruterfords) ierakstīšanai izmanto kristālus. Ierīce sastāv no scintilatora, fotopavairotāja un elektroniskās sistēmas.

"Lādētu daļiņu reģistrēšanas metodes." (video). Daļiņu reģistrācijas metodes:

• Scintilācijas metode

• Trieciena jonizācijas metode

• Tvaika kondensācija uz joniem

• Biezās plēves emulsijas metode

• Daļiņas, kas nokrīt uz ekrāna, kas pārklāts ar īpašu slāni, izraisa uzplaiksnījumus, kurus var novērot, izmantojot mikroskopu.

• Gāzizlādes Ģēģera skaitītājs

• Vilsona kamera un burbuļu kamera

• Jonizē fotoemulsiju virsmu

• Atkārtosim:

Atspulgs:

• 1. Kādu stundas tēmu mēs šodien mācījāmies?
• 2 Kādus mērķus mēs izvirzījām pirms tēmas izpētes?
• 3. Vai esam sasnieguši savu mērķi?
• 4. Ko nozīmē devīze, ko izmantojām stundā?
• 5. Vai jūs saprotat nodarbības tēmu, kāpēc mēs to iepazinām?

Nodarbības kopsavilkums:

• 1. Kopā pārbaudām jūsu darbu, izmantojot tabulu, kopā novērtējam un vērtējam, ņemot vērā jūsu darbu stundā.

Lietotas grāmatas:

• 1. Interneta resursi.
• 2. F -12.klase, A.E.Mjakiševs, G.Ja.Mjakiševs, E.G.Dubitskaja.

Elementārdaļiņu avoti

Lai pētītu elementārdaļiņas, ir nepieciešami to avoti. Pirms paātrinātāju radīšanas kā tādi avoti tika izmantoti dabiski radioaktīvie elementi un kosmiskie stari. Kosmiskie stari satur ļoti dažādas enerģijas elementārdaļiņas, arī tādas, kuras mūsdienās nav iespējams iegūt mākslīgi. Kosmisko staru kā augstas enerģijas daļiņu avota trūkums ir tāds, ka šādu daļiņu ir ļoti maz. Augstas enerģijas daļiņas parādīšanās ierīces redzes laukā ir nejauša.

Daļiņu paātrinātāji rada elementārdaļiņu plūsmas, kurām ir vienlīdz liela enerģija. Ir dažādi paātrinātāju veidi: betatrons, ciklotrons, lineārais paātrinātājs.

Netālu no Ženēvas atrodas Eiropas Kodolpētniecības organizācija (CERN*) ir līdz šim lielākais daļiņu paātrinātājs, kas uzbūvēts apļveida tunelī pazemē 100 m dziļumā. Kopējais tuneļa garums ir 27 km. (gredzena diametrs ir aptuveni 8,6 km). Supercollider bija paredzēts palaist saskaņā ar programmu 2007. gadā. Aptuveni 4000 tonnas metāla tiks atdzesētas līdz temperatūrai tikai par 2° virs absolūtās nulles. Rezultātā pa supravadošajiem kabeļiem plūdīs 1,8 miljonu ampēru strāva gandrīz bez zudumiem.

Daļiņu paātrinātāji ir tik grandiozas struktūras, ka tos sauc par 20. gadsimta piramīdām.

* Saīsinājums CERN nāk no franču valodas. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Eiropas Kodolpētījumu padome). Krievu valodā parasti tiek lietots saīsinājums CERN.

Elementārdaļiņu reģistrēšanas metodes

1. Scintilācijas skaitītāji

Sākotnēji elementārdaļiņu reģistrēšanai tika izmantoti luminiscējošie ekrāni - ekrāni, kas pārklāti ar īpašu vielu, fosforu, kas spēj pārvērst to absorbēto enerģiju gaismas starojumā (luminescē). Kad elementārdaļiņa ietriecas šādā ekrānā, tā rada vāju zibspuldzi, tik vāju, ka to var novērot tikai pilnīgā tumsā. Bija nepieciešama gana pacietība un uzmanība, lai sēdētu pilnīgā tumsā un stundām skaitītu pamanīto zibšņu skaitu.

Mūsdienu scintilācijas skaitītājā uzplaiksnījumi tiek skaitīti automātiski. Skaitītājs sastāv no scintilatora, fotopavairotāja un elektroniskām ierīcēm impulsu pastiprināšanai un skaitīšanai.

Scintilators pārvērš daļiņas enerģiju redzamās gaismas kvantos.

Gaismas kvanti nonāk fotopavairotāja caurulē, kas tos pārvērš strāvas impulsos.

Impulsus pastiprina elektriskā ķēde un automātiski skaita.

2. Ķīmiskās metodes

Ķīmiskās metodes ir balstītas uz faktu, ka kodolstarojums ir noteiktu ķīmisko reakciju katalizators, tas ir, tas paātrina vai rada to rašanās iespēju.

3. Kalorimetriskās metodes

Kalorimetriskajās metodēs reģistrē siltuma daudzumu, kas izdalās, kad viela absorbē starojumu. Piemēram, viens grams rādija izdala aptuveni 585 džoulus stundā. karstums.

4. Metodes, kuru pamatā ir Čerenkova efekta pielietošana

Dabā nekas nevar ceļot ātrāk par gaismu. Bet, kad mēs to sakām, mēs domājam gaismas kustību vakuumā. Vielā gaisma pārvietojas ar ātrumu, kur Ar ir gaismas ātrums vakuumā, un n– vielas refrakcijas indekss. Līdz ar to gaisma vielā kustas lēnāk nekā vakuumā. Elementārdaļiņa, kustoties vielā, var pārsniegt gaismas ātrumu šajā vielā, nepārsniedzot gaismas ātrumu vakuumā. Šajā gadījumā notiek radiācija, ko savā laikā atklāja Čerenkovs. Čerenkova starojumu nosaka fotopavairotāji tāpat kā scintilācijas metodē. Metode ļauj reģistrēt tikai ātras, tas ir, augstas enerģijas elementārdaļiņas.

Tālāk norādītās metodes ļauj ne tikai reģistrēt elementārdaļiņu, bet arī redzēt tās pēdas.

5. Vilsona kamera

1912. gadā izgudroja Čārlzs Vilsons, par to viņš saņēma Nobela prēmiju 1927. gadā. Mākoņu kamera ir ļoti sarežģīta inženierbūve. Mēs piedāvājam tikai vienkāršotu diagrammu.

Mākoņu kameras darba tilpums ir piepildīts ar gāzi un satur ūdens vai spirta tvaikus. Kad virzulis ātri virzās uz leju, gāze strauji atdziest un tvaiks kļūst pārsātināts. Kad daļiņa lido caur šo telpu, radot jonus savā ceļā, tad uz šiem joniem veidojas kondensētu tvaiku pilieni. Kamerā parādās daļiņu trajektorijas (trases) pēda šauras miglas pilienu sloksnes veidā. Spēcīgā sānu apgaismojumā trasi var redzēt un fotografēt.

6. Burbuļu kamera(izgudroja Glezers 1952. gadā)

Burbuļu kamera darbojas līdzīgi kā mākoņu kamera. Tikai darba šķidrums nav pārdzesēts tvaiks, bet pārkarsēts šķidrums (propāns, šķidrais ūdeņradis, slāpeklis, ēteris, ksenons, freons...). Pārkarsēts šķidrums, tāpat kā pārdzesēts tvaiks, ir nestabilā stāvoklī. Daļiņa, kas lido caur šādu šķidrumu, veido jonus, uz kuriem nekavējoties veidojas burbuļi. Šķidruma burbuļu kamera ir efektīvāka nekā gāzes mākoņu kamera. Fiziķiem ir svarīgi ne tikai novērot lidojošas daļiņas trasi. Ir svarīgi, lai novērošanas apgabalā daļiņa saduras ar citu daļiņu. Daļiņu mijiedarbības attēls ir daudz informatīvāks. Lidojot caur blīvāku šķidrumu, kurā ir augsta protonu un elektronu koncentrācija, daļiņai ir daudz lielāka iespēja piedzīvot sadursmi.

7. Emulsijas kamera

Pirmo reizi to izmantoja padomju fiziķi Mysovskis un Ždanovs. Fotografiskā emulsija ir izgatavota no želatīna. Pārvietojoties pa blīvu želatīnu, elementārdaļiņa bieži saduras. Sakarā ar to daļiņas ceļš emulsijā bieži ir ļoti īss, un pēc fotogrāfiskās emulsijas attīstīšanas tā tiek pētīta mikroskopā.

8. Dzirksteles kamera (izgudrotājs Cranshaw)

Šūnā A atrodas tīkla elektrodu sistēma. Šie elektrodi tiek piegādāti ar augstu spriegumu no barošanas avota B. Kad elementārdaļiņa lido caur kameru IN, tas rada jonizētu taku. Pa šo taku lec dzirkstele, kas padara daļiņu trasi redzamu.

9. Straumētāja kamera

Straumētāja kamera ir līdzīga dzirksteles kamerai, tikai attālums starp elektrodiem ir lielāks (līdz pusmetram). Uz elektrodiem ļoti īsu laiku tiek pielikts spriegums tā, ka īstai dzirkstelei nav laika attīstīties. Laiks parādīties ir tikai dzirksteles rudimentiem – straumēm.

10. Ģēģera skaitītājs

Geigera skaitītājs, kā likums, ir cilindrisks katods, pa kura asi ir izstiepts vads - anods. Sistēma ir piepildīta ar gāzes maisījumu.

Izejot cauri skaitītājam, uzlādēta daļiņa jonizē gāzi. Iegūtie elektroni, virzoties uz pozitīvo elektrodu – pavedienu, nonākot spēcīga elektriskā lauka apgabalā, tiek paātrināti un savukārt jonizē gāzes molekulas, kas noved pie koronaizlādes. Signāla amplitūda sasniedz vairākus voltus un ir viegli ierakstīta.

Geigera skaitītājs reģistrē faktu, ka daļiņa iziet cauri skaitītājam, bet nemēra daļiņas enerģiju.

Skaitītājs sastāv no stikla caurules, kas iekšpusē ir pārklāta ar metāla slāni (katodu) un tievu metāla pavedienu, kas iet gar caurules asi (anodu). Caurule ir piepildīta ar gāzi, parasti argonu. Uzlādēta daļiņa (elektrons, alfa daļiņa utt.), kas lido cauri gāzei, atdala elektronus no atomiem un rada pozitīvus jonus un brīvos elektronus. Elektriskais lauks starp anodu un katodu paātrina elektronus līdz enerģijām, pie kurām sākas trieciena jonizācija. Darbības princips Notiek jonu lavīna, un strāva caur skaitītāju strauji palielinās. Šajā gadījumā slodzes rezistoram R tiek ģenerēts sprieguma impulss, kas tiek ievadīts ierakstīšanas ierīcē.

Funkcijas Lai skaitītājs reģistrētu nākamo daļiņu, kas tam trāpa, lavīnas izlāde ir jānodzēš. Tas notiek automātiski. Skaitītājs reģistrē gandrīz visus elektronus, kas tajā nonāk; Kas attiecas uz γ-kvantiem, tas reģistrē aptuveni tikai vienu γ-kvantu no simts. Smago daļiņu (piemēram, α-daļiņu) reģistrācija ir sarežģīta, jo skaitītājā ir grūti izveidot pietiekami plānu “logu”, kas būtu caurspīdīgs šīm daļiņām.

Mākoņu kamera Mākoņu kamerā, kas izveidota 1912. gadā, ātri uzlādēta daļiņa atstāj pēdas, kuras var novērot tieši vai fotografēt. Šo ierīci var saukt par “logu” mikropasaulē, tas ir, elementārdaļiņu un no tām sastāvošo sistēmu pasaulē.

Darbības princips Mākoņu kamera ir hermētiski noslēgts trauks, kas piepildīts ar ūdens vai spirta tvaiku tuvu piesātinājuma līmenim. Kad virzulis tiek strauji nolaists, ko izraisa spiediena samazināšanās zem virzuļa, tvaiks kamerā izplešas. Tā rezultātā notiek dzesēšana un tvaiks kļūst pārsātināts. Šis ir nestabils tvaika stāvoklis: tvaiks viegli kondensējas. Kondensācijas centri kļūst par joniem, kurus kameras darba telpā veido lidojoša daļiņa. Ja daļiņa iekļūst kamerā tieši pirms vai tūlīt pēc izplešanās, tās ceļā parādās ūdens pilieni. Šie pilieni veido redzamu lidojošo daļiņu trases pēdu. Pēc tam kamera atgriežas sākotnējā stāvoklī, un joni tiek noņemti ar elektrisko lauku. Atkarībā no kameras izmēra darbības režīma atjaunošanas laiks svārstās no vairākām sekundēm līdz desmitiem minūšu.

Funkcijas Trases garums var noteikt daļiņas enerģiju, un pilienu skaitu trases garuma vienībā var izmantot, lai novērtētu tās ātrumu. Jo garāks ir daļiņas ceļš, jo lielāka ir tās enerģija. Un jo vairāk ūdens pilienu veidojas uz trases garuma vienību, jo mazāks ir tā ātrums. Daļiņas ar lielāku lādiņu atstāj biezāku sliežu ceļu Mākoņu kameru var novietot vienmērīgā magnētiskajā laukā. Magnētiskais lauks iedarbojas uz kustīgu lādētu daļiņu ar noteiktu spēku. Šis spēks saliek daļiņas trajektoriju. Jo lielāks ir daļiņas lādiņš un mazāka tās masa, jo lielāks ir sliežu ceļa izliekums. Pēc trases izliekuma var noteikt daļiņas lādiņa attiecību pret tās masu.

Darbības princips Sākotnējā stāvoklī šķidrums kamerā ir zem augsta spiediena, kas neļauj tam vārīties, neskatoties uz to, ka šķidruma temperatūra ir augstāka par viršanas temperatūru atmosfēras spiedienā. Strauji samazinoties spiedienam, šķidrums pārkarst un īsu laiku būs nestabilā stāvoklī. Uzlādētas daļiņas, kas lido šajā konkrētajā laikā, izraisa sliežu parādīšanos, kas sastāv no tvaika burbuļiem. Izmantotie šķidrumi galvenokārt ir šķidrais ūdeņradis un propāns.

Funkcijas Flakona kameras darbības cikls ir īss, apmēram 0,1 s. Burbuļu kameras priekšrocības salīdzinājumā ar Vilsona kameru ir saistītas ar lielāku darba vielas blīvumu. Rezultātā daļiņu ceļi izrādās diezgan īsi, un pat lielu enerģiju daļiņas iestrēgst kamerā. Tas ļauj novērot virkni secīgu daļiņu transformāciju un to izraisītās reakcijas.

Biezslāņu fotoemulsiju metode Ātri uzlādētu daļiņu jonizējošā iedarbība uz fotoplāksnes emulsiju ļāva franču fiziķim A. Bekerelam 1896. gadā atklāt radioaktivitāti. Metodi izstrādāja padomju fiziķi L.V.Mysovskis, A.P.Ždanovs un citi.

Darbības princips Fotoemulsija satur lielu skaitu mikroskopisku sudraba bromīda kristālu. Ātri uzlādēta daļiņa, kas iekļūst kristālā, atdala elektronus no atsevišķiem broma atomiem. Šādu kristālu ķēde veido latentu attēlu. Izstrādājot, metāliskais sudrabs šajos kristālos tiek samazināts, un sudraba graudu ķēde veido daļiņu celiņu. Sliežu ceļa garumu un biezumu var izmantot, lai novērtētu daļiņas enerģiju un masu.

Funkcijas Fotografiskās emulsijas lielā blīvuma dēļ sliedes ir ļoti īsas (cm kārtībā alfa daļiņām, ko izstaro radioaktīvie elementi), bet fotografējot tos var palielināt. Fotoemulsiju priekšrocība ir tā, ka ekspozīcijas laiks var būt tik garš, cik vēlaties. Tas ļauj reģistrēt retus notikumus. Svarīgi ir arī tas, ka fotoemulsiju augstās apturēšanas spējas dēļ palielinās novēroto interesantu reakciju skaits starp daļiņām un kodoliem.

Fizikas stundu plāns 11. klasei.

Temats: Metodes elementārdaļiņu novērošanai un reģistrēšanai.

Nodarbības mērķis: iepazīstināt skolēnus ar ierīcēm, ar kuru palīdzību attīstījās atomu kodolu un elementārdaļiņu fizika; Nepieciešamā informācija par procesiem mikrokosmosā tika iegūta tieši pateicoties šīm ierīcēm.

Nodarbību laikā

Mājas darbu pārbaude, izmantojot frontālās aptaujas metodi

Kāda bija pretruna starp Rezerforda atoma modeli un klasisko fiziku?

Bora kvantu postulāti.

9) Uzdevums. Cik daudz mainās elektrona enerģija ūdeņraža atomā, kad atoms izstaro fotonu ar viļņa garumu 4,86 ​​∙ 10-7 m?

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

2. Jauna materiāla apgūšana

Ierakstīšanas ierīce ir makroskopiska sistēma nestabilā stāvoklī. Jebkuriem traucējumiem, ko izraisa garāmejoša daļiņa, sistēma pāriet uz stabilāku pozīciju. Pārejas process ļauj reģistrēt daļiņu. Pašlaik elementārdaļiņu ierakstīšanai ir daudz ierīču. Apskatīsim dažus no tiem.

A) Geigera gāzizlādes skaitītājs.

Šo ierīci izmanto automātiskai daļiņu skaitīšanai.

Izskaidrojiet skaitītāja uzbūvi, izmantojot plakātu. Skaitītājs darbojas, pamatojoties uz triecienjonizāciju.

Geigera skaitītājs tiek izmantots, lai reģistrētu γ - kvantus un elektronus, skaitītājs skaidri nosaka un saskaita gandrīz visus elektronus un tikai vienu no simts γ - kvantu.

Smagās daļiņas skaitītājs neuzskaita. Ir skaitītāji, kas darbojas pēc citiem principiem.

B)Vilsona kamera.

Skaitītājs uzskaita tikai garām lidojošo daļiņu skaitu. 1912. gadā projektētajā Vilsona kamerā pēc daļiņas caurbraukšanas ir palikusi trase (trase), ko var novērot, fotografēt un pētīt.

Zinātnieki mākoņu kameru sauca par logu uz mikropasauli.

Izskaidrojiet kameras dizainu un darbības principu, izmantojot plakātu. Mākoņu kameras darbības pamatā ir pārsātināto tvaiku kondensācija, kas veido ūdens pilienu pēdas uz joniem. Trases garumu var izmantot, lai noteiktu daļiņas enerģiju; pamatojoties uz pilienu skaitu trases garuma vienībā, aprēķina tā ātrumu; Lidojošās daļiņas lādiņš tiek noteikts pēc trases biezuma. Novietojot kameru magnētiskajā laukā, mēs pamanījām trases izliekumu, kas ir lielāks, jo lielāks ir lādiņš un mazāka daļiņas masa. Nosakot daļiņas lādiņu un zinot trases izliekumu, tiek aprēķināta tās masa.

IN)Burbuļu kamera.

Amerikāņu zinātnieks Glasers 1952. gadā izveidoja jauna veida kameru elementārdaļiņu pētīšanai. Tas bija līdzīgs mākoņu kamerai, taču tika nomainīts darba šķidrums; pārsātinātos tvaikus aizstāja ar pārkarsētu šķidrumu. Ātri kustīga daļiņa, pārvietojoties pa šķidrumu, uz joniem veidoja burbuļus (šķidrumam vārot) - kameru sauca par burbuļu kameru.

Lielais darba vielas blīvums piešķir burbuļu kamerai priekšrocības salīdzinājumā ar mākoņu kameru.

Daļiņu ceļi burbuļu kamerā ir īsi, taču mijiedarbība ir spēcīgāka un dažas daļiņas iestrēgst darba vielā. Rezultātā kļūst iespējams novērot daļiņu pārvērtības. Trases ir galvenais informācijas avots par daļiņu īpašībām.

G)Biezslāņu fotoemulsiju metode.

Lādētu daļiņu jonizējošā iedarbība uz fotoplākšņu emulsiju tiek izmantota, lai pētītu elementārdaļiņu īpašības kopā ar burbuļkameru un mākoņu kameru. Uzlādēta daļiņa lielā ātrumā iekļūst fotogrāfiskā emulsijā, kas satur sudraba bromīda kristālus. Noņemot elektronus no dažiem emulsijas broma atomiem, parādās latentais attēls. Daļiņu trase parādās pēc fotoplates attīstīšanas. Daļiņu enerģija un masa tiek aprēķināta no trases garuma un biezuma.

Ir daudz citu ierīču un instrumentu, kas reģistrē un pēta elementārdaļiņas.

3. Izpētītā materiāla konsolidācija.

1) Kas ir ierakstīšanas ierīce?

2) Ģēģera skaitītāja darbības princips; Vilsona kameras; burbuļkamera, biezslāņa fotoemulsijas metode.

3) Kādas priekšrocības ir burbuļu kamerai salīdzinājumā ar mākoņu kameru?

Apkoposim nodarbību.

Mājas darbs: §98, atkārtojums, §97