Štúdium štruktúry atómového jadra je neoddeliteľne spojené s úvahami o javoch spontánneho alebo núteného rozpadu atómového jadra a jadrových častíc. Skúmaním fragmentov zrúteného atómového jadra a sledovaním osudu týchto fragmentov sme schopní vyvodiť závery o štruktúre jadra a jadrových silách.
Je celkom prirodzené, že najskôr sa podrobne skúmali javy samovoľného rozpadu jadier, teda rádioaktívne javy. Paralelne s tým sa začalo so štúdiom kozmického žiarenia – žiarenia, ktoré má výnimočnú prenikavú silu a prichádza k nám z vesmíru. Pri interakcii s hmotou zohrávajú častice kozmického žiarenia úlohu projektilových častíc. Štúdium kozmického žiarenia bolo po dlhú dobu najdôležitejším spôsobom štúdia vzájomnej premenlivosti elementárnych častíc a do istej miery dokonca aj metódou štúdia atómového jadra. V súčasnosti nadobúdajú prvoradý význam štúdie deštrukcie atómového jadra bombardovaním prúdmi častíc vytvorených v urýchľovačoch.
Experimentálne metódy, o ktorých sa teraz bude diskutovať, sú rovnako použiteľné na štúdium kozmického žiarenia a častíc, ktoré sú výsledkom jadrového bombardovania určitých cieľov.
Trail kamery.
Prvým zariadením, ktoré umožnilo vidieť stopu (stopu) častice, bola oblaková komora. Ak rýchla častica preletí komorou obsahujúcou presýtenú vodnú paru a vytvorí ióny pozdĺž svojej dráhy, potom takáto častica zanechá stopu veľmi podobnú „chvostu“, ktorý niekedy zostáva na oblohe po lietadle. Túto stopu vytvára kondenzovaná para. Ióny označujúce dráhu častice sú centrami kondenzácie pár - to je dôvod na vznik jasne viditeľnej stopy. Stopu častice možno priamo pozorovať a fotografovať.
Na reguláciu stavu pary v komore sa pohybom piestu mení objem komory. Rýchla adiabatická expanzia pary vedie k stavu presýtenia.
Ak je stopová kamera umiestnená v magnetickom poli, potom zo zakrivenia trajektórie možno určiť buď rýchlosť častice pri známom pomere alebo naopak pri známej rýchlosti (pozri vzorce na strane 406).
Wilsonova komnata už patrí do histórie. Keďže komora je naplnená plynom, kolízie sú zriedkavé. Čas „čistenia“ fotoaparátu je veľmi dlhý: fotografie je možné nasnímať až po 20 sekundách. Nakoniec stopa žije rádovo sekundový čas, čo môže viesť k posunutiu obrazov.
V roku 1950 bola navrhnutá bublinová komora, ktorá hrá hlavnú úlohu vo fyzike častíc. Podstatou komory je prehriata kvapalina. Nabitá častica vytvára ióny a v blízkosti iónov sa vytvárajú bubliny, vďaka ktorým je stopa viditeľná. Tento fotoaparát dokáže nasnímať 10 fotografií za sekundu. Najväčším nedostatkom fotoaparátu je nemožnosť ovládať spôsob zapínania. Na výber takej, ktorá zachytáva skúmaný jav, sú preto často potrebné tisíce fotografií.
Veľký význam majú iskrové komory založené na inom princípe. Ak sa na kondenzátor s paralelnými doskami privedie vysoké napätie, medzi doskami preskočí iskra. Ak sú v medzere ióny, iskra preskočí pri nižšom napätí. Ionizujúca častica letiaca medzi platňami teda vytvára iskru.
V iskrovej komore samotná častica zapne vysoké napätie medzi platňami kondenzátora na milióntinu sekundy. Výhody týkajúce sa možnosti zapnutia v správnom momente sú však oslabené nevýhodami: viditeľné sú len častice, ktoré zvierajú s platňami uhol maximálne 45°, stopa je veľmi krátka a nie všetky sekundárne javy sa stihnú prejaviť sami.
Nedávno sovietski vedci navrhli nový typ trailovej kamery (tzv. streamer camera), ktorá už našla široké využitie. Bloková schéma takejto kamery je znázornená na obr. 237. Časticu padajúcu medzi platne, ktoré sú na rozdiel od iskrovej komory umiestnené vo veľkej vzdialenosti od seba, zaznamená počítadlo. Elektronické logické zariadenie
rozlišuje primárne udalosti a vyberie tú, ktorá experimentátora zaujíma. V tomto bode sa na platne krátko aplikuje vysoké napätie. Ióny vytvorené pozdĺž dráhy častice tvoria čiarky (streamery), ktoré sú fotografované. Dráha častice je vyznačená týmito pomlčkami.
Ak je fotografia urobená v smere čiarok, potom dráha častíc vyzerá ako bodkovaná čiara.
Úspešnosť streamerovej komory závisí od správnej korelácie vzniku elektrónovej lavíny z primárneho iónu s parametrami vysokonapäťového impulzu. V zmesi 90 % neónu a 10 % hélia so vzdialenosťou medzi platňami 30 cm sa dosahujú dobré výsledky s napätím 600 000 V a dobou impulzu. V tomto prípade by sa impulz mal aplikovať najneskôr s po primárna ionizačná udalosť. Tento typ budiacej komory je zložitým a nákladným zariadením, ktoré je od oblačnej komory vzdialené rovnako ako moderné urýchľovače častíc od elektrónovej trubice.
Ionizačné počítadlá a ionizačné komory.
Ionizačné zariadenie určené na prácu so žiarením je väčšinou valcový kondenzátor naplnený plynom; jedna elektróda je valcová doska a druhá je závit alebo hrot prebiehajúci pozdĺž osi valca (obr. 237a). Napätie aplikované na kondenzátor a tlak plynu plniaceho meradlo musia byť zvolené špeciálnym spôsobom v závislosti od problému. V bežnej variácii tohto zariadenia, nazývanej Geigerov počítač, sa na valec a vlákno privádza prierazné napätie. Ak cez stenu alebo cez koniec takého merača sa dostane do
ionizujúcej častici, potom cez kondenzátor pretečie prúdový impulz, ktorý bude pokračovať, kým sa primárne elektróny a nimi vytvorené samovybíjacie elektróny a ióny nedostanú ku kladnej doske kondenzátora. Tento prúdový impulz môže byť zosilnený konvenčnými rádiotechnickými metódami a prechod častice cez počítadlo môže byť zaznamenaný buď kliknutím, alebo zábleskom svetla, alebo napokon digitálnym počítadlom.
Takéto zariadenie dokáže spočítať počet častíc vstupujúcich do zariadenia. Na to je potrebná iba jedna vec: aktuálny impulz sa musí zastaviť v čase, keď ďalšia častica vstúpi do počítadla. Ak je prevádzkový režim glukomera zvolený nesprávne, glukomer sa začne „dusiť“ a počíta nesprávne. Rozlíšenie ionizačného počítadla je obmedzené, ale stále dosť vysoké: až častíc za sekundu.
Môžete znížiť napätie a dosiahnuť režim, v ktorom prúdový impulz úmerný počtu vytvorených iónov prechádza cez kondenzátor (proporcionálne počítadlo). Aby ste to dosiahli, musíte pracovať v oblasti nesamostatného výboja plynu. Primárne elektróny, pohybujúce sa v elektrickom poli kondenzátora, získavajú energiu. Začína sa nárazová ionizácia a vytvárajú sa nové ióny a elektróny. Počiatočné iónové páry vytvorené časticami letiacimi do počítadla sa premenia na iónové páry. Pri prevádzke v režime nesamostatného výboja bude zisk konštantná hodnota a proporcionálne počítadlá nielen zistia skutočnosť, že častica prejde počítadlom, ale merajú aj jej ionizačnú schopnosť.
Výboj v proporcionálnych počítadlách, ako aj v Geigerových počítadlách opísaných vyššie, zhasne, keď sa ionizácia zastaví. Rozdiel medzi Geigerovým počítadlom je v tom, že v ňom prichádzajúca častica pôsobí ako spúšťací mechanizmus a čas rozpadu nesúvisí s počiatočnou ionizáciou.
Keďže proporcionálne počítadlá reagujú na ionizačnú schopnosť častice, prevádzkový režim počítadla je možné zvoliť tak, že deteguje len častice určitého typu.
Ak zariadenie pracuje v režime saturačného prúdu (čo je možné dosiahnuť znížením napätia), potom je prúd, ktorý ním prechádza, mierou energie žiarenia absorbovaného v objeme zariadenia za jednotku času. V tomto prípade sa zariadenie nazýva ionizačná komora. Zisk sa v tomto prípade rovná jednote. Výhodou ionizačnej komory je jej väčšia stabilita. Konštrukcia ionizačných komôr sa môže výrazne líšiť. Náplň komory, materiály stien, počet a tvar elektród sa líšia v závislosti od účelu štúdie. Popri maličkých komôrkach s objemom rádovo kubický milimeter treba riešiť komôrky s objemom až stovky metrov. Vplyvom stáleho zdroja ionizácie vznikajú v komorách prúdy v rozmedzí od do
Scintilačné počítadlá.
Metódu počítania zábleskov fluorescenčnej látky (scintiláciu) ako prostriedok na počítanie elementárnych častíc prvýkrát použil Rutherford pre svoje klasické štúdie štruktúry atómového jadra. Moderné stelesnenie tejto myšlienky sa len málo podobá Rutherfordovmu jednoduchému zariadeniu.
Častica spôsobí záblesk svetla v pevnej látke – fosfore. Je známe veľmi veľké množstvo organických a anorganických látok, ktoré majú schopnosť premieňať energiu nabitých častíc a fotónov na svetelnú energiu. Mnohé fosfory majú veľmi krátke trvanie dosvitu, rádovo v miliardtinách sekundy. To umožňuje konštruovať scintilačné čítače s vysokou rýchlosťou čítania. Pre množstvo fosforov je svetelný výkon úmerný energii častíc. To umožňuje zostaviť počítadlá na odhad energie častíc.
V moderných počítadlách sú fosfory kombinované s fotonásobičmi, ktoré majú konvenčné fotokatódy citlivé na viditeľné svetlo. Elektrický prúd vytvorený v multiplikátore sa zosilní a potom sa odošle do počítacieho zariadenia.
Najbežnejšie používaným organickým fosforom je antracén, stilbén, terfenyl atď. Všetky tieto chemické zlúčeniny patria do triedy takzvaných aromatických zlúčenín zostavených zo šesťuholníkov uhlíkových atómov. Aby sa mohli použiť ako scintilátory, musia byť tieto látky prijímané vo forme monokryštálov. Keďže pestovanie veľkých monokryštálov je trochu náročné a keďže kryštály organických zlúčenín sú veľmi krehké, veľmi zaujímavé je použitie plastových scintilátorov, takzvaných tuhých roztokov organického fosforu v priehľadných plastoch - polystyrén alebo iná podobná látka s vysokým obsahom polymérov. . Z anorganického fosforu sa používajú halogenidy alkalických kovov, sulfid zinočnatý a wolframany kovov alkalických zemín.
Čerenkov kontruje.
Už v roku 1934 Čerenkov ukázal, že keď sa rýchlo nabitá častica pohybuje v úplne čistom kvapalnom alebo pevnom dielektriku, objaví sa špeciálna žiara, ktorá sa zásadne líši od fluorescenčnej žiary spojenej s energetickými prechodmi v atómoch látky, ako aj od brzdného žiarenia. ako je röntgenové spojité spektrum . Čerenkovovo žiarenie nastáva, keď sa nabitá častica pohybuje rýchlosťou presahujúcou fázovú rýchlosť svetla v dielektriku. Hlavným znakom žiarenia je, že sa šíri po kužeľovej ploche dopredu v smere pohybu častíc. Uhol kužeľa je určený vzorcom:
kde je uhol tvoriacej čiary kužeľa so smerom pohybu častice, V je rýchlosť častice, rýchlosť svetla v médiu. Pre médium s daným indexom lomu teda existuje kritická rýchlosť, pod ktorou nebude žiadne žiarenie. Pri tejto kritickej rýchlosti bude žiarenie paralelné so smerom pohybu častice. Pre časticu, ktorá sa pohybuje rýchlosťou veľmi blízkou rýchlosti svetla, bude pozorovaný maximálny uhol žiarenia pre cyklohexán
Čerenkovovo spektrum žiarenia, ako ukazujú skúsenosti a teória, sa nachádza hlavne vo viditeľnej oblasti.
Čerenkovovo žiarenie je jav podobný vzniku lúčovej vlny z lode pohybujúcej sa vodou; v tomto prípade je rýchlosť lode väčšia ako rýchlosť vĺn na hladine vody.
Ryža. 2376 ilustruje pôvod žiarenia. Nabitá častica sa pohybuje pozdĺž axiálnej čiary a pozdĺž dráhy, elektromagnetické pole nasledujúce častice dočasne polarizuje médium v bodoch pozdĺž trajektórie častice.
Všetky tieto body sa stávajú zdrojmi sférických vĺn. Existuje jeden jediný uhol, pod ktorým budú tieto sférické vlny vo fáze a budú tvoriť jednu prednú stranu.
Uvažujme dva body na dráhe nabitej častice (obr. 237c). Vytvorili sférické vlny, jednu po druhej, druhú po druhej. Je zrejmé, že častici trvalo cestovanie medzi týmito dvoma bodmi. Aby sa tieto dve vlny šírili pod určitým uhlom 9 v tej istej fáze, je potrebné, aby čas prechodu prvého lúča bol o čas väčší ako čas prechodu druhého lúča Dráha, ktorú prejde častica v čase rovná Vlna prekoná vzdialenosť za rovnaký čas Odtiaľ dostaneme vyššie uvedený vzorec:
Čerenkovovo žiarenie sa v poslednej dobe veľmi široko používa ako metóda na detekciu elementárnych častíc. Počítadlá založené na tomto jave sa nazývajú Čerenkovove čítače. Svetelná látka je kombinovaná, ako v scintilačných počítačoch, s fotonásobičmi a zosilňovačmi
fotoelektrický prúd. Existuje veľa návrhov počítadiel Cherenkov.
Čerenkovove počítadlá majú veľa výhod. Medzi ne patrí rýchla rýchlosť počítania a schopnosť určiť náboje častíc pohybujúcich sa rýchlosťou veľmi blízkou rýchlosti svetla (nepovedali sme, že svetelný výkon výrazne závisí od náboja častice). Len s pomocou Čerenkovových počítadiel možno vyriešiť také dôležité problémy, ako je priame určenie rýchlosti nabitej častice, určenie smeru, ktorým sa ultrarýchla častica pohybuje atď.
Umiestnenie pultov.
Aby bolo možné študovať rôzne procesy transformácie a interakcie elementárnych častíc, je potrebné vedieť nielen zaznamenať vzhľad častice na danom mieste, ale aj sledovať ďalší osud tej istej častice. Takéto problémy sa riešia pomocou špeciálnych usporiadaní počítadiel so zovšeobecneným počítacím obvodom. Napríklad je možné prepojiť elektrické obvody dvoch alebo viacerých počítadiel takým spôsobom, že počítanie nastane len vtedy, ak výboj vo všetkých počítadlách začne presne v rovnakom čase. To môže slúžiť ako dôkaz, že cez všetky čítače prešla rovnaká častica. Toto zapnutie počítadiel sa nazýva „zhodné spínanie“.
Metóda hrubovrstvových fotografických emulzií.
Ako je známe, fotosenzitívna vrstva fotografických platní je želatínový film, do ktorého sú vložené mikrokryštály bromidu strieborného. Základom fotografického procesu je ionizácia týchto kryštálov, ktorej výsledkom je redukcia bromidu strieborného. K tomuto procesu dochádza nielen pod vplyvom svetla, ale aj pod vplyvom nabitých častíc. Ak cez emulziu preletí nabitá častica, v emulzii sa objaví skrytá stopa, ktorú je možné vidieť po vyvolaní fotografickej platne. Stopy vo fotografickej emulzii prezrádzajú mnohé podrobnosti o častici, ktorá ich spôsobila. Silne ionizujúce častice zanechávajú mastný zvyšok. Keďže ionizácia závisí od náboja a rýchlosti častíc, samotný vzhľad stopy hovorí veľa. Cennú informáciu poskytuje vzdialenosť (stopa) častice vo fotografickej emulzii; Meraním dĺžky stopy možno určiť energiu častice.
Výskum využívajúci konvenčné fotografické platne s tenkými emulziami je pre účely jadrovej fyziky málo užitočný. Takéto platne by zachytili iba tie častice, ktoré sa pohybujú striktne pozdĺž platne. Mysovsky a Zhdanov, ako aj o niekoľko rokov neskôr Powell v Anglicku, predstavili fotografické platne s hrúbkou emulzie blízkou (pri bežných platniach je hrúbka vrstvy stokrát menšia). Foto metóda je cenná pre svoju jasnosť, schopnosť pozorovať komplexný obraz premeny, ku ktorej dochádza pri zničení častice.
Na obr. 238 ukazuje typickú fotografiu získanú touto metódou. V bodoch došlo k jadrovým transformáciám.
V najnovšej verzii tejto metódy sa ako médium, v ktorom sa zaznamenávajú stopy častíc, používajú veľkoobjemové emulzné komory.
Metódy analýzy pozorovaní.
Pomocou opísaných prístrojov má výskumník možnosť určiť všetky najdôležitejšie konštanty elementárnej častice: rýchlosť a energiu, elektrický náboj, hmotnosť; všetky tieto parametre je možné určiť s pomerne vysokou presnosťou. V prítomnosti toku častíc je možné určiť aj hodnotu spinu elementárnej častice a jej magnetického momentu. Robí sa to rovnakým experimentom rozdelenia lúča v magnetickom poli, ktorý bol opísaný na strane 171.
Malo by sa pamätať na to, že priamo pozorované sú iba nabité častice. Všetky údaje o neutrálnych časticiach a fotónoch sa získavajú nepriamo štúdiom povahy pôsobenia týchto neviditeľných častíc na nabité. Získané údaje o neviditeľných časticiach však majú vysoký stupeň spoľahlivosti.
Podstatnú úlohu pri štúdiu všetkých druhov premien elementárnych častíc zohráva aplikácia zákonov zachovania hybnosti a energie. Keďže máme do činenia s rýchlymi časticami, pri aplikácii zákona zachovania energie je potrebné počítať s možnou zmenou hmotnosti.
Predpokladajme, že na fotografii je stopa častíc vo forme „vidličky“. Prvá častica sa zmenila na dve častice: druhú a tretiu. Potom musia byť splnené nasledujúce vzťahy. Po prvé, hybnosť prvej častice sa musí rovnať vektorovému súčtu hybnosti výsledných častíc:
kde je hmotnostný rozdiel
Celá skúsenosť jadrovej fyziky ukazuje, že zákony zachovania sú prísne dodržiavané pri akýchkoľvek premenách elementárnych častíc. To nám umožňuje pomocou týchto zákonov určiť vlastnosti neutrálnej častice, ktorá nezanecháva stopu vo fotografickej emulzii a neionizuje plyn. Ak sú na fotografickej platni pozorované dve rozbiehajúce sa stopy, potom je to pre výskumníka jasné: v bode, z ktorého sa tieto stopy rozchádzajú, došlo k transformácii neutrálnej častice. Stanovením hybnosti, energií a hmotností výsledných častíc možno vyvodiť spoľahlivé závery o hodnote parametrov neutrálnej častice. Takto bol objavený neutrón a týmto spôsobom posudzujeme neutrína a neutrálne mezóny, o ktorých bude reč nižšie.
Dnes si povieme niečo o experimentálnych metódach štúdia častíc. V tejto lekcii budeme diskutovať o tom, ako možno alfa častice produkované rozpadom rádioaktívneho prvku rádia použiť na štúdium vnútornej štruktúry atómov. Povieme si aj o experimentálnych metódach štúdia častíc, ktoré tvoria atóm.
Téma: Štruktúra atómu a atómového jadra. Využitie energie atómových jadier
Lekcia 54. Experimentálne metódy na štúdium častíc
Erjutkin Jevgenij Sergejevič
Táto lekcia bude venovaná diskusii o experimentálnych metódach detekcie častíc. Predtým sme hovorili o tom, že na začiatku dvadsiateho storočia sa objavil nástroj, pomocou ktorého môžete študovať štruktúru atómu a štruktúru jadra. Ide o a-častice, ktoré vznikajú v dôsledku rádioaktívneho rozpadu.
Na registráciu tých častíc a žiarenia, ktoré vznikajú v dôsledku jadrových reakcií, sú potrebné niektoré nové metódy, ktoré sa líšia od metód používaných v makrokozme. Mimochodom, jedna takáto metóda už bola použitá v Rutherfordových experimentoch. Nazýva sa to scintilačná (záblesková) metóda. V roku 1903 sa zistilo, že ak častica zasiahne sulfid zinočnatý, v mieste, kde dopadne, dôjde k malému záblesku. Tento jav bol základom scintilačnej metódy.
Táto metóda bola stále nedokonalá. Musel som veľmi pozorne sledovať obrazovku, aby som videl všetky záblesky, moje oči boli unavené: napokon som musel použiť mikroskop. Vznikla potreba nových metód, ktoré by umožnili jasnejšie, rýchlejšie a spoľahlivejšie registrovať určité žiarenia.
Túto metódu prvýkrát navrhol člen laboratória pod vedením Rutherforda Geiger. Vytvoril zariadenie schopné „počítať“ do neho padajúce nabité častice, tzv. Geigerov počítač. Po tom, čo nemecký vedec Muller vylepšil práve toto počítadlo, stalo sa známe ako Geiger-Mullerov počítadlo.
Ako sa stavia? Toto počítadlo je plyno-výbojové, t.j. Funguje na nasledujúcom princípe: práve vo vnútri tohto počítadla v jeho hlavnej časti vzniká pri prechode častice výboj plynu. Dovoľte mi pripomenúť, že výboj je tok elektrického prúdu v plyne.
Ryža. 1. Schematický diagram Geiger-Mullerovho počítača
Sklenená nádoba obsahujúca anódu a katódu. Katóda je prezentovaná vo forme valca a anóda je natiahnutá vo vnútri tohto valca. Medzi katódou a anódou sa vďaka zdroju prúdu vytvorí dostatočne vysoké napätie. Medzi elektródami vo vnútri vákuového valca je zvyčajne inertný plyn. Toto sa robí špeciálne na vytvorenie rovnakého elektrického výboja v budúcnosti. Okrem toho obvod obsahuje vysoký odpor (R~10 9 ohmov). Je potrebné uhasiť prúd pretekajúci v tomto okruhu. A počítadlo funguje nasledovne. Ako vieme, častice, ktoré vznikajú v dôsledku jadrových reakcií, majú pomerne vysokú penetračnú silu. Sklenená nádoba, vo vnútri ktorej sa tieto prvky nachádzajú, im teda nepredstavuje žiadnu prekážku. Výsledkom je, že častica preniká do tohto počítadla výboja plynu a ionizuje plyn, ktorý je vo vnútri. V dôsledku takejto ionizácie sa vytvárajú energetické ióny, ktoré sa následne zrážajú a vytvárajú, pričom sa navzájom zrážajú, lavínu nabitých častíc. Táto lavína nabitých častíc bude pozostávať zo záporných a kladne nabitých iónov, ako aj elektrónov. A keď táto lavína prejde, môžeme detekovať elektrický prúd. To nám dá príležitosť pochopiť, že častica prešla cez počítadlo výboja plynu.
Je to výhodné, pretože takéto počítadlo dokáže zaregistrovať približne 10 000 častíc za jednu sekundu. Po určitom zlepšení začalo toto počítadlo registrovať aj g-lúče.
určite, Geigerov počítač- pohodlná vec, ktorá umožňuje určiť existenciu rádioaktivity vo všeobecnosti. Geiger-Müllerovo počítadlo však neumožňuje určiť parametre častice alebo vykonať akýkoľvek výskum s týmito časticami. To si vyžaduje úplne iné metódy, úplne iné metódy. Čoskoro po vytvorení Geigerovho počítača sa takéto metódy a zariadenia objavili. Jednou z najznámejších a najrozšírenejších je Wilsonova komora.
Ryža. 2. Oblačná komora
Venujte pozornosť dizajnu fotoaparátu. Valec obsahujúci piest, ktorý sa môže pohybovať hore a dole. Vo vnútri tohto piestu je tmavá tkanina navlhčená alkoholom a vodou. Horná časť valca je pokrytá priehľadným materiálom, zvyčajne dosť hustým sklom. Nad ním je umiestnená kamera, ktorá fotografuje, čo sa bude diať vo vnútri oblačnej komory. Aby bolo toto všetko veľmi dobre viditeľné, ľavá strana je osvetlená. Prúd častíc smeruje cez okno vpravo. Tieto častice padajúce dovnútra do média, ktoré pozostáva z vody a alkoholu, budú interagovať s časticami vody a časticami alkoholu. Tu je to najzaujímavejšie. Priestor medzi sklom a piestom je vyplnený vodou a alkoholovými parami vznikajúcimi pri odparovaní. Pri prudkom poklese piestu sa tlak zníži a pary, ktoré sa tu nachádzajú, sa dostanú do veľmi nestabilného stavu, t.j. pripravený prejsť do kvapaliny. Ale keďže je v tomto priestore umiestnený čistý alkohol a voda bez nečistôt, potom nejaký čas (môže byť dosť veľký) takýto nerovnovážny stav pretrváva. V momente, keď nabité častice vstúpia do oblasti takéhoto presýtenia, stanú sa centrami, v ktorých začína kondenzácia pary. Navyše, ak vstúpia negatívne častice, interagujú s niektorými iónmi, a ak sú pozitívne, potom s iónmi inej látky. Tam, kde táto častica preletela, zostáva takzvaná stopa, alebo inými slovami, stopa. Ak je teraz oblaková komora umiestnená v magnetickom poli, častice, ktoré majú náboj, sa začnú v magnetickom poli vychyľovať. A potom je všetko veľmi jednoduché: ak je častica kladne nabitá, potom je vychýlená jedným smerom. Ak je negatívny, prejdite na iný. Takto vieme určiť znamienko náboja a z polomeru samotnej krivky, po ktorej sa častica pohybuje, vieme určiť alebo odhadnúť hmotnosť tejto častice. Teraz môžeme povedať, že môžeme získať kompletné informácie o časticiach, ktoré tvoria to alebo ono žiarenie.
Ryža. 3. Stopy častíc v oblačnej komore
Oblaková komora má jednu nevýhodu. Samotné stopy, ktoré sa vytvárajú v dôsledku prechodu častíc, sú krátkodobé. Zakaždým musíte znova pripraviť fotoaparát, aby ste získali nový obrázok. Preto je na vrchu kamery kamera, ktorá zaznamenáva tie isté stopy.
Prirodzene, nejde o posledné zariadenie, ktoré sa používa na registráciu častíc. V roku 1952 bolo vynájdené zariadenie, ktoré sa nazývalo bublinková komora. Princíp činnosti je približne rovnaký ako pri oblačnej komore; sa vykonáva len práca s prehriatou kvapalinou, t.j. v stave, keď sa kvapalina chystá vrieť. V tomto momente takouto kvapalinou prelietavajú častice, ktoré vytvárajú centrá na tvorbu bublín. Stopy vytvorené v takejto komore sú zachované oveľa dlhšie, a preto je komora pohodlnejšia.
Ryža. 4. Vzhľad bublinkovej komory
V Rusku vznikla ďalšia metóda pozorovania rôznych rádioaktívnych častíc, rozpadov a reakcií. Ide o metódu hrubých filmových emulzií. Častice spadajú do emulzií pripravených určitým spôsobom. Interakciou s časticami emulzie nielenže vytvárajú stopy, ale stopy, ktoré samotné predstavujú fotografiu, ktorú získame, keď fotíme stopy v oblačnej komore alebo v bublinovej komore. Je to oveľa pohodlnejšie. Ale aj tu je jedna dôležitá nevýhoda. Aby fotoemulzná metóda fungovala pomerne dlho, musí dochádzať k neustálemu prenikaniu, vstupu nových častíc alebo vytváraniu žiarenia, t.j. Je problematické takýmto spôsobom registrovať krátkodobé impulzy.
Môžeme hovoriť o iných metódach: napríklad existuje metóda nazývaná iskrová komora. Tam sa v dôsledku rádioaktívnych reakcií vyskytujúcich sa v stope častice vytvárajú iskry. Sú tiež jasne viditeľné a ľahko sa registrujú.
Dnes sa najčastejšie používajú polovodičové snímače, ktoré sú kompaktné, pohodlné a poskytujú pomerne dobré výsledky.
O tom, aké objavy sa dosiahli pomocou metód opísaných vyššie, si povieme v nasledujúcej lekcii.
Zoznam doplnkovej literatúry
- Borovoy A.A. Ako sa zisťujú častice (stopami neutrín). „Knižnica „Kvant““. Vol. 15. M.: Nauka, 1981
- Bronstein M.P. Atómy a elektróny. „Knižnica „Kvant““. Vol. 1. M.: Nauka, 1980
- Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fyzika: Učebnica pre 9. ročník strednej školy. M.: "Osvietenie"
- Kitaygorodsky A.I. Fyzika pre každého. Fotóny a jadrá. Kniha 4. M.: Veda
- Myakishev G.Ya., Sinyakova A.Z. fyzika. Optika Kvantová fyzika. 11. ročník: učebnica pre prehĺbené štúdium fyziky. M.: Drop
Dokončené práce
STUPEŇ FUNGUJE
Veľa už prešlo a teraz ste absolvent, ak, samozrejme, prácu napíšete načas. Ale život je taká vec, že až teraz je vám jasné, že keď prestanete byť študentom, stratíte všetky študentské radosti, z ktorých mnohé ste nikdy nevyskúšali, všetko odložíte a odložíte na neskôr. A teraz namiesto dobiehania pracuješ na diplomovej práci? Existuje vynikajúce riešenie: stiahnite si diplomovú prácu, ktorú potrebujete z našej webovej stránky - a okamžite budete mať veľa voľného času!
Práce boli úspešne obhájené na popredných univerzitách Kazašskej republiky.
Cena práce od 20 000 tenge
KURZ FUNGUJE
Projekt kurzu je prvou serióznou praktickou prácou. Práve písaním ročníkových prác začína príprava na vypracovanie diplomových projektov. Ak sa študent naučí správne prezentovať obsah témy v kurzovom projekte a kompetentne ho formátovať, nebude mať v budúcnosti problémy s písaním referátov, písaním diplomových prác, či vykonávaním iných praktických úloh. S cieľom pomôcť študentom pri písaní tohto typu študentskej práce a objasniť otázky, ktoré sa vynárajú pri jej príprave, vznikla táto informačná časť.
Cena práce od 2500 tenge
MAGISTERSKÉ DIZERÁTNE PRÁCE
V súčasnosti je na vysokých školách v Kazachstane a krajinách SNŠ úroveň vyššieho odborného vzdelávania, ktorá nasleduje po bakalárskom stupni, veľmi bežná - magisterský stupeň. V magisterskom programe študenti študujú s cieľom získať magisterský titul, ktorý je vo väčšine krajín sveta uznávaný viac ako bakalársky a uznávajú ho aj zahraniční zamestnávatelia. Výsledkom magisterského štúdia je obhajoba diplomovej práce.
Poskytneme vám aktuálny analytický a textový materiál v cene sú 2 vedecké články a abstrakt.
Náklady na prácu od 35 000 tenge
PRAXE
Po absolvovaní akéhokoľvek typu študentskej praxe (vzdelávacej, priemyselnej, predmaturitnej) je potrebná správa. Tento dokument bude potvrdením praktickej práce študenta a podkladom pre vypracovanie hodnotenia pre prax. Aby ste mohli vypracovať správu o stáži, musíte zvyčajne zhromaždiť a analyzovať informácie o podniku, zvážiť štruktúru a pracovnú rutinu organizácie, v ktorej stáž prebieha, zostaviť kalendárny plán a opísať svoje praktické skúsenosti. činnosti.
Pomôžeme vám napísať správu o vašej stáži, berúc do úvahy špecifiká činnosti konkrétneho podniku.
Prístroje používané na detekciu jadrového žiarenia sa nazývajú detektory jadrového žiarenia. Najpoužívanejšie sú detektory, ktoré detegujú jadrové žiarenie ionizáciou a excitáciou atómov hmoty, ktorú produkujú. Počítadlo výboja plynu vynašiel nemecký fyzik G. Geiger, potom ho zdokonalil spolu s W. Mullerom. Preto sa počítadlá vypúšťania plynov často nazývajú Geiger-Mullerove počítadlá. Ako telo meradla slúži valcová trubica, ktorá je natiahnutá pozdĺž svojej osi. Závit a telo rúrky sú oddelené izolátorom. Pracovný objem meradla je naplnený zmesou plynov, napríklad argónom zmiešaným s parami metylalkoholu, pri tlaku asi 0,1 atm.
Na registráciu ionizujúcich častíc sa medzi teleso počítadla a vlákno aplikuje vysoké konštantné napätie; Rýchlo nabitá častica letiaca cez pracovný objem počítadla
vytvára ionizáciu atómov plniaceho plynu pozdĺž svojej dráhy. Vplyvom elektrického poľa sa voľné elektróny presúvajú na anódu, kladné ióny sa presúvajú na katódu. Intenzita elektrického poľa v blízkosti NNH anódy čítača je taká vysoká, že voľné elektróny, keď sa k nemu priblížia na dráhe medzi dvoma zrážkami s neutrálnymi atómami, získajú energiu dostatočnú na ich ionizáciu. V glukomeri dochádza ku korónovému výboju, ktorý sa po krátkom čase zastaví.
Napäťový impulz je odoslaný z odporu zapojeného do série s počítadlom na vstup záznamového zariadenia. Schematický diagram zapnutia počítadla plynových výbojov na registráciu jadrového žiarenia je znázornený na obrázku 314. Na základe údajov elektronického počítacieho zariadenia sa určí počet rýchlo nabitých častíc zaregistrovaných počítadlom.
Scintilačné počítadlá.
Konštrukcia najjednoduchšieho zariadenia určeného na záznam alfa častíc, spintariskopu, je znázornená na obrázku 302. Hlavnými časťami spintariskopu sú clona 3 potiahnutá vrstvou sulfidu zinočnatého a lupa s krátkym ohniskom 4. Alfa rádioaktívne liečivo je umiestnené na konci tyče 1 približne oproti stredu sita. Keď alfa častica narazí na kryštály sulfidu zinočnatého, dôjde k záblesku svetla, ktorý možno zistiť pri pozorovaní cez lupu.
Proces premeny kinetickej energie rýchlo nabitej častice na energiu svetelného záblesku sa nazýva scintilácia. Scintilácia je typ luminiscenčného javu. V moderných scintilačných počítačoch sa svetelné záblesky zaznamenávajú pomocou fotobuniek, ktoré premieňajú energiu svetelného záblesku v kryštáli na energiu impulzu elektrického prúdu. Prúdové impulzy na výstupe fotobunky sú zosilnené a potom zaznamenané.
Wilsonova komora.
Jedným z najpozoruhodnejších nástrojov experimentálnej jadrovej fyziky je oblaková komora. Vzhľad demonštračnej komory Wilsonovej školy je znázornený na obrázku 315. Vo valcovom tvare
Nádoba s plochým skleneným vekom obsahuje vzduch obsahujúci nasýtené alkoholové výpary. Pracovný objem komory je pripojený cez rúrku k gumovej banke. Vo vnútri komory je rádioaktívny liek namontovaný na tenkej tyči. Na aktiváciu fotoaparátu sa žiarovka najskôr jemne stlačí a potom prudko uvoľní. Pri rýchlej adiabatickej expanzii sa vzduch a para v komore ochladia a para sa dostane do stavu presýtenia. Ak v tomto okamihu alfa častica opustí prípravok, vytvorí sa stĺpec iónov pozdĺž dráhy jej pohybu v plyne. Presýtená para kondenzuje na kvapôčky kvapaliny a k tvorbe kvapôčok dochádza predovšetkým na iónoch, ktoré slúžia ako centrá kondenzácie pary. Stĺpec kvapiek kondenzovaných na iónoch pozdĺž trajektórie častice sa nazýva dráha častíc.
Na vykonanie presných meraní fyzikálnych charakteristík detekovaných častíc je oblaková komora umiestnená v konštantnom magnetickom poli. Stopy častíc pohybujúcich sa v magnetickom poli sa ukážu ako zakrivené. Polomer zakrivenia dráhy závisí od rýchlosti častice, jej hmotnosti a náboja. Pri známej indukcii magnetického poľa možno tieto charakteristiky častíc určiť z nameraných polomerov zakrivenia stôp častíc.
Prvé fotografie stôp alfa častíc v magnetickom poli získal sovietsky fyzik P. L. Kapitsa v roku 1923.
Metódu využitia oblačnej komory v konštantnom magnetickom poli na štúdium spektier beta a gama žiarenia a štúdium elementárnych častíc ako prvý vyvinul sovietsky fyzik, akademik Dmitrij Vladimirovič Skobelcin.
Bublinová komora.
Princíp činnosti bublinkovej komory je nasledujúci. Komora obsahuje kvapalinu s teplotou blízkou bodu varu. Rýchlo nabité častice prenikajú do jeho pracovného objemu cez tenké okienko v stene komory a pozdĺž cesty ionizujú a excitujú atómy kvapaliny. V okamihu, keď častice prenikajú do pracovného objemu komory, tlak v nej sa prudko zníži a kvapalina prechádza do prehriateho stavu. Ióny, ktoré sa objavujú pozdĺž dráhy častice, majú prebytok kinetickej energie. Táto energia vedie k zvýšeniu teploty kvapaliny v mikroskopickom objeme v blízkosti každého iónu, jeho varu a tvorbe bublín pary. Reťaz bublín pary vznikajúcich pozdĺž dráhy rýchlo nabitej častice cez kvapalinu tvorí stopu tejto častice.
V bublinovej komore je hustota akejkoľvek kvapaliny výrazne vyššia ako hustota plynu v oblačnej komore, takže je možné efektívnejšie študovať interakcie rýchlo nabitých častíc s atómovými jadrami. Na plnenie bublinových komôr sa používa kvapalný vodík, propán, xenón a niektoré ďalšie kvapaliny.
Fotoemulzná metóda.
Fotografická metóda je historicky prvou experimentálnou metódou na zaznamenávanie jadrového žiarenia, keďže fenomén rádioaktivity objavil Becquerel pomocou tejto metódy.
Schopnosť rýchlo nabitých častíc vytvárať latentný obraz vo fotografickej emulzii je dnes v jadrovej fyzike široko využívaná. Jadrové fotoemulzie sa úspešne využívajú najmä pri výskume v oblasti fyziky častíc a kozmického žiarenia. Rýchlo nabitá častica pri pohybe vo vrstve fotografickej emulzie vytvára stredy latentného obrazu pozdĺž dráhy pohybu. Po vyvolaní sa objaví obraz stôp primárnej častice a všetkých nabitých častíc vznikajúcich v emulzii v dôsledku jadrových interakcií primárnej častice.
