Презентация на тему "Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц"

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

pptcloud.ru

Методы регистрации

• 1) Счетчик Гейгера
• 2) Камера Вильсона
• 3) Пузырьковая камера
• 4) Метод толстослойных фотоэмульсий

Счетчик Гейгера

Счетчик Гейгера — один из важнейших приборов для автоматического счета частиц.

Принцип действия

Счетчик состоит из стеклянной трубки, покрытой изнутри металлическим слоем (катод), и тонкой металлической нити, идущей вдоль оси трубки (анод). Трубка заполняется газом, обычно аргоном.

Заряженная частица (электрон, а-частица и т.д.), пролетая в газе, отрывает от атомов электроны и создает положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между анодом и катодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация.

Возникает лавина ионов, и ток через счетчик резко возрастает. При этом на нагрузочном резисторе R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство.

Особенности

• Для того чтобы счетчик мог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд необходимо погасить. Это происходит автоматически.

• Счетчик регистрирует почти все попадающие в него электроны; что же касается γ-квантов, то он регистрирует приблизительно только один γ - квант из ста.

• Регистрация тяжелых частиц (например, α-частиц) затруднена, так как сложно сделать в счетчике достаточно тонкое «окошко», прозрачное для этих частиц.

Камера Вильсона

В камере же Вильсона, созданной в 1912 г., быстрая заряженная частица оставляет след, который можно наблюдать непосредственно или сфотографировать.

Этот прибор можно назвать «окном» в микромир, т. е. мир элементарных частиц и состоящих из них систем.

Принцип действия

• Камера Вильсона представляет собой герметически закрытый сосуд, заполненный парами воды или спирта, близкими к насыщению. При резком опускании поршня, вызванном уменьшением давления под поршнем, пар в камере расширяется.

• Вследствие этого происходит охлаждение, и пар становится пересыщенным. Это неустойчивое состояние пара: пар легко конденсируется. Центрами конденсации становятся ионы, которые образует в рабочем пространстве камеры пролетевшая частица. Если частица проникает в камеру непосредственно перед расширением или сразу после него, то на ее пути возникают капельки воды.

• Эти капельки образуют видимый след пролетевшей частицы — трек . Затем камера возвращается в исходное состояние и ионы удаляются электрическим полем. В зависимости от размеров камеры время восстановления рабочего режима колеблется от нескольких секунд до десятков минут.

Особенности

• По длине трека можно определить энергию частицы, а по числу капелек на единицу длины трека оценивается ее скорость.

• Чем длиннее трек частицы, тем больше ее энергия.

• А чем больше капелек воды образуется на единицу длины трека, тем меньше ее скорость.

• Частицы с большим зарядом оставляют трек большей толщены

• Камеру Вильсона можно поместить в однородное магнитное поле. Магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу с определенной силой. Эта сила искривляет траекторию частицы. Трек имеет тем большую кривизну, чем больше заряд частицы и чем меньше ее масса. По кривизне трека можно определить отношение заряда частицы ее массе.

Пузырьковая камера

В 1952 американским ученым Д. Глейзером было предложено использовать для обнаружения треков частиц перегретую жидкость.

Принцип действия

• В исходном состоянии жидкость в камере находится под высоким давлением, предохраняющим ее от закипания, несмотря на то что температура жидкости выше температуры кипения при атмосферном давлении.

• При резком понижении давления жидкость оказывается перегретой и в течение небольшого времени она будет находиться в неустойчивом состоянии.

• Заряженные частицы, пролетающие именно в это время, вызывают появление треков, состоящих из пузырьков пара. В качестве жидкостей используются главным образом жидкий водород и пропан.

Особенности

• Длительность рабочего цикла пузырьковой камеры невели­ка — около 0,1 с.

• Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона обусловлено большей плотностью рабочего вещества. Пробеги частиц вследствие этого оказываются достаточно короткими, и частицы даже больших энергий застревают в камере.
• Это позволяет наблюдать серию последовательных превращений частицы и вызываемые ею реакции.

Метод толстослойных фотоэмульсий

Ионизирующее действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки позволило французскому физику А. Беккерелю открыть в 1896 г. радиоактивность. Метод был развит советскими физиками Л. В. Мысовским, А. П. Ждановым и др.

Принцип действия

• Фотоэмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра. Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик, отрывает электроны от отдельных атомов брома.

• Цепочка таких кристалликов образует скрытое изображение. При проявлении в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро и цепочка зерен серебра образует трек частицы.

• По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы.

Особенности

• Из-за большой плотности фотоэмульсии треки получаются очень короткими (порядка 10 -3 см для α-частиц, испускаемых радиоактив­ными элементами), но при фотографировании их можно увеличить.

• Преимущество фотоэмульсий состоит в том, что время экспозиции может быть сколь угодно большим. Это позволяет регистрировать редкие явления.

• Важно и то, что благо­даря большой тормозящей способности фотоэмульсий увеличивается число наблюдаемых интересных реакций между частицами и ядрами.