№ 3 9-А Методы регистрации заряженных частиц

7.04.20. физика 9 класс Урок № 3

Тема: Методы регистрации заряженных частиц

Цели урока:

1. Углубить знания о структуре атома

2.Сформировать представление об экспериментальных методах исследования частиц.

1. Организационный момент.

2. Изучение нового материала.

1. Метод сцинтилляции, позволяющий наблюдать вспышки от удара отдельной α частицы в сцинтиллирующие экраны. Одним из первых детекторов α-частиц был экран, покрытый сернистым цинком. Метод счета сцинтилляций был использован Гейгером и Марсденом в эксперименте по рассеянию α-частиц на тонких золотых фольгах, который привел к открытию атомного ядра.

2. Счётчик Гейгера. Счетчик Гейгера – Мюллера – это газоразрядный прибор для исследования различных излучений: α- и β-частиц, γ-квантов, частиц высокой энергии в космических лучах. Большинство частиц регистрируется в счетчике Гейгера–Мюллера по вторичным частицам, которые образуются в результате взаимодействия ионизирующей частицы с рабочим веществом счетчика – инертным газом с небольшими примесями спиртовых паров и галогенов.

Рабочее вещество заключено в полый цилиндр – катод счетчика, – где находится под пониженным давлением (в несколько раз меньше атмосферного). По его оси проходит тонкая металлическая нить – анод. К электродам прикладывается сильное напряжение в несколько сотен вольт.

Если в рабочем веществе счетчика нет ионизирующих частиц, то сигнал в нем не возникает. При попадании в счетчик частицы происходит ионизация газа, и в камере возникают свободные электроны, которые движутся к положительно заряженной нити.

Вблизи нити электроны ускоряются настолько, что выбивают из атомов газа новые электроны, в результате чего поток заряженных частиц нарастает лавинообразно.

Возникает коронный разряд, и через прибор течет ток, регистрация которого и показывает, что обнаружена очередная частица. Через тысячные или сотые доли секунды разряд останавливается, и счетчик становится готов для обнаружения следующей частицы.

3. Камера Вильсона. Первым прибором, с помощью которого стало возможным изучать характеристики частиц, стала камера Вильсона. Она состоит из цилиндра, заполненного парами спирта или воды. При резком опускании поршня температура внутри камеры падает, и пар становится пересыщенным. Влетающие через отверстие заряженные частицы становятся центрами конденсации. По пути (треку) движения частицы образуются капельки жидкости, так что трек можно сфотографировать и изучить. Чем больше длина трека, тем больше энергия частицы, а чем больше толщина трека, тем больше заряд и меньше скорость частицы.

4. Пузырьковая камера. Пузырьковая камера позволяет регистрировать следы (треки) быстрых заряженных частиц. Рабочим веществом пузырьковой камеры является перегретая жидкость (то есть жидкость, нагретая до температуры чуть выше температуры кипения). В таком состоянии жидкость неустойчива и при попадании в камеру любого инородного тела немедленно закипает. Именно цепочка пузырьков газа вдоль траектории частицы и регистрируется в этой камере.

В начале наблюдения в камере резко понижается давление, и жидкость становится перегретой. В это время в нее и впускаются регистрируемые частицы. Часть кинетической энергии частицы расходуется на рост пузырьков газа вдоль ее пути. Через несколько миллисекунд радиус пузырьков вырастает до 0,1–0,3 мм и их можно сфотографировать на фотокамеру. Фотоснимок траектории частиц и является результатом работы камеры. По форме траектории можно определить массу, скорость и энергию получающихся частиц.

После получения фотоснимка давление в камере вновь становится нормальным, после чего прибор готов для повторного использования. Весь цикл занимает меньше секунды.

Эту ссылку скачайте и ищете через Яндекс. Там в ТЕОРИИ четыре интересующие нас вкладки.

https://www.yaklass.ru/p/fizika/9-klass/stroenie-atoma-i-atomnogo-iadra-344899/metody-nabliudeniia-i-registratcii-chastitc-v-iadernoi-fizike-551054

ПРОВЕРЯЕТСЯ. После прочтения одного из текстов, самостоятельно проставьте пропущенные слова. В рабочей тетради ставьте номер и рядом записывайте пропущенное слово.

Пузырьковая камера была изобретена в 1_______ году американским физиком Дональдом 2__________. За своё изобретение учёный получил Нобелевскую премию по физике в 3_________ году.

 Луис Альварес усовершенствовал пузырьковую камеру, используя в качестве перегретой жидкости 4________. Он первым применил 5__________ 6___________ для обработки данных, что позволило делать это намного быстрее.

 Назначение прибора

Пузырьковая камера используется для регистрации 7__________ частиц высокой энергии.

 Устройство прибора

Является разновидностью камеры 8__________. Первая модификация пузырьковой камеры состояла из металлической камеры со стеклянными окнами для освещения и фотографирования, заполненной 9__________ 10___________. Позднее камеры усовершенствовались.

 Принцип работы

Камера заполнена жидкостью, которая находится в состоянии, близком к11 ________. При резком понижении 12___________ жидкость становится 13___________ и существует в таком состоянии некоторое время (10–40 мс). При движении заряженной частицы в такой жидкости вдоль её 14___________ образуется ряд 15_________ пара.

После фотографирования 16______ давление поднимается, пузырьки исчезают, камера готова к регистрации следующей ионизирующей частицы. Весь цикл работы составляет менее 1 секунды.

 Если пузырьковую камеру поместить в сильное 17__________ поле, то по18 __________ 19____________ траектории можно определить 20___________ заряженной частицы.

 Преимущества

1. Обладает большим быстродействием по сравнению с камерой Вильсона.

2. Высокая точность измерения импульсов регистрируемых частиц.

3. Одинаковая  чувствительность к регистрации частиц по всем направлениям.

 Недостатки

1. Меньшая длина треков, чем в камере Вильсона.

2. Низкая управляемость процессом отбора для регистрации взаимодействия частиц.

3. Закрепление ПРОВЕРЯЕТСЯ

1.В каком приборе для регистрации частиц прохождение быстрой заряженной частицы вызывает появление трека из капелек жидкости?

2. Какой процесс приводит к появлению трека в пузырьковой камере ?

3.На каком процессе основан принцип действия счетчика Гейгера?

4. В каком приборе для регистрации частиц происходит процесс кипения перегретой жидкости?

5.В каком приборе для регистрации частиц можно использовать водород?

6.В каком приборе для регистрации частиц прохождение быстрой заряженной частицы вызывает появление трека из пузырьков пара?

7. Какой процесс приводит к появлению трека в камере Вильсона?

8.На каком процессе основан принцип действия пузырьковой камеры?

9. В каком приборе для регистрации частиц происходит процесс ионизации инертного газа?

4. Домашнее задание

1. Прочитать и выучить термины § 25