Название прибора метода что происходит при попадании частицы в прибор таблица

Сводная таблица для учащихся 9 и 11 классов «Экспериментальные методы исследования частиц»

Если в трубку влетает частица, способная ионизировать атомы газа, то в трубке образуются электрон-ионные пары. В результате чего происходит кратковременное и резкое возрастание силы тока в цепи и напряжения на сопротивлении. Этот импульс свидетельствует о попадании в счетчик частицы.

Для регистрации электронов.

Изучаемые частицы впускают в камеру. Пролетая через пересыщенный пар, частицы создают ионы, которые становятся центрами конденсации. Благодаря чему траектория (трек) движения частиц становится видимой.

Позволяет определить знак и модуль заряда частицы, ее массу, энергию.

Принцип действия как у камеры Вильсона, но вместо пересыщенного пара используется перегретая выше точки кипения жидкость.

Позволяет определить знак и модуль заряда частицы, ее массу, энергию.

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Номер материала: ДВ-538380

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Онлайн-конференция о профориентации и перспективах рынка труда

Время чтения: 3 минуты

Дума приняла закон о бесплатном проживании одаренных детей в интернатах при вузах

Время чтения: 1 минута

Костромская область разработала программу привлечения педагогических кадров

Время чтения: 2 минуты

Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст

Время чтения: 1 минута

Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате

Время чтения: 1 минута

Чем заняться с детьми в новогодние праздники в Москве

Время чтения: 4 минуты

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Семинарское занятие по теме «Экспериментальные методы исследования частиц»

Разделы: Физика

1. Образовательная: повторить процессы -, — распада, -излучения.
Изучить методы регистрации частиц, путем обсуждения материала, найденного учащимися самостоятельно. Заполнить таблицу по сообщениям учащихся.

2. Развивающая: развивать познавательный интерес учащихся, умение работать с литературой, таблицей. Способствовать формированию умения анализировать, сравнивать, обобщать факты.

3. Воспитательная: воспитывать чувство ответственности, умение работать в коллективе.

Тип урока: урок-семинар

Оборудование: Счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера, видеопроектор, презентация, таблица “Методы регистрации частиц”.

Эпиграф: “ ….. воспитание творческих способностей в человеке основывается на развитии самостоятельного мышления” П.П. Капица

Ход урока:

1. Организационный момент.

Здравствуйте ребята и уважаемые гости. Я рада приветствовать вас на уроке физики.

2. Подведение к теме, задачи урока.

Узбекская пословица гласит: “ Что в юности узнал на камне выбито, что в старости узнал – по льду написано.

На прошлом уроке мы с вами узнали, что такое радиоактивность и что представляет из себя -, — распад, — излучение.

Сегодня мы продолжим “выбивать на камне” ваши знания, а именно, обсудим тот материал, который вам удалось найти в литературе. Прослушаем ваши сообщения по теме “Экспериментальные методы исследования частиц” и заполним таблицу.

Итак, запишите тему урока в тетрадь.

3.Актуализация знаний:

Перед тем, как приступить к семинарскому занятию, проведем небольшую самостоятельную работу по вариантам. Листочки у вас на столах, подпишите фамилию и группу. См/раб состоит из двух заданий.

4. Вступление в беседу.

Элементарные частицы (например, электроны и ионы), а также атомные ядра невозможно увидеть ни в один микроскоп, даже электронный.

Для дальнейшего развития ядерной физики (в частности, для исследования строения атомных ядер) необходимы были специальные устройства, с помощью которых можно было бы регистрировать различные частицы, а также изучать их взаимодействия.

Были созданы специальные методы и приборы, позволяющие определить характеристики частиц: массу, скорость, энергию, знак и величину, и другие характеристики.

Действия большинства приборов основаны на том, что быстрая заряженная частица, пролетая через газ или жидкость ионизирует их атомы и молекулы. А вот эту ионизацию можно обнаружить уже с помощью различных приборов.

Я предлагаю вам начертить таблицу в тетрадь, и будем ее заполнять, после прослушивания ваших докладов.

Вывожу таблицу на белый экран с помощью мультимедийного видеопроектора.

Название устройства

Схематическое изображение

Физические принципы действия

Пузырьковая камера

Метод толстослойных фотоэмульсий

Сцинтилляционный метод

Учащиеся выступают со своими докладами, после чего мы обобщаем информацию с помощью слайдов презентации и заполняем данную таблицу. (Приложение 1,2)

5. Примерные доклады учащихся:

Газоразрядный счетчик Гейгера.

Счетчик Гейгера — один из важнейших приборов для автоматического счета частиц, изобретенный в 1908г.

Счетчик Гейгера состоит из металлического цилиндра, являющегося катодом (т. е. отрицательно заряженным электродом) и натянутой вдоль его оси тонкой проволочки — анода (т. е. положительного электрода). Катод и анод через сопротивление R присоединены к источнику высокого напряжения (порядка 200—1000В), благодаря чему в пространстве между электродами возникает сильное электрическое поле.

Оба электрода помещают в герметичную стеклянную трубку, заполненную разреженным газом (обычно аргоном).

Действие счетчика основано на ударной ионизации.

Пока газ не ионизирован, ток в электрической цепи источника напряжения отсутствует. Если же в трубку сквозь ее стенки влетает какая-нибудь частица, способная ионизировать атомы газа, то в трубке образуется некоторое количество электрон-ионных пар. Электроны и ионы начинают двигаться к соответствующим электродам.

Если напряженность электрического поля достаточно велика, то электроны на длине свободного пробега (т. е. между соударениями с молекулами газа) приобретают достаточно большую энергию и тоже ионизируют атомы газа, образуя новое поколение ионов и электронов, которые тоже могут принять участие в ионизации, и т. д. В трубке образуется так называемая электронно-ионная лавина, в результате чего происходит кратковременное и резкое возрастание силы тока в цепи и напряжения на сопротивлении R. Этот импульс напряжения, свидетельствующий о попадании в счетчик частицы, регистрируется специальным устройством.

Поскольку сопротивление R очень велико (порядка 10?Ом), то в момент протекания тока основная доля напряжения источника падает именно на нем, в результате чего напряжение между катодом и анодом резко уменьшается и разряд автоматически прекращается (так как это напряжение становится недостаточным для образования новых поколений электрон-ионных пар). Счетчик готов к регистрации следующей частицы.

Счетчик Гейгера позволяет только регистрировать тот факт, что через него пролетает частица.

После выступления проводится демонстрация работы счетчика Гейгера.

Гораздо большие возможности для изучения микромира дает прибор, изобретенный в 1912г. и называемый камерой Вильсона.

Камера Вильсона состоит из невысокого стеклянного цилиндра со стеклянной крышкой. Внутри цилиндра может двигаться поршень. На дне камеры находится черная ткань. Благодаря тому, что ткань увлажнена смесью воды со спиртом, воздух в камере насыщен парами этих жидкостей.

Действие камеры Вильсона основано на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капелек воды.

При быстром движении поршня вниз находящиеся в камере воздух и пары расширяются, их внутренняя энергия уменьшается, температура понижается.

В обычных условиях это вызвало бы конденсацию паров (появление тумана). Однако в камере Вильсона этого не происходит, так как из нее предварительно удаляются так называемые ядра конденсации (пылинки, ионы и пр.). Поэтому в данном случае при понижении температуры в камере пары становятся пересыщенными, т. е. переходят в крайне неустойчивое состояние, при котором они будут легко конденсироваться на любых образующихся в камере ядрах конденсации, например на ионах.

Изучаемые частицы впускаются в камеру через тонкое окошко (иногда источник частиц помещают внутри камеры). Пролетая с большой скоростью через газ, частицы создают на своем пути ионы. Эти ионы и становятся ядрами конденсации, на которых пары конденсируются в виде маленьких капелек (водяной пар конденсируется преимущественно на отрицательных ионах, пары этилового спирта — на положительных). Вдоль всего пути частицы возникает тонкий след из капелек (трек), благодаря чему траектория движения становится видимой.

Если поместить камеру Вильсона в магнитное поле, то траектории заряженных частиц искривляются. По направлению изгиба следа можно судить о знаке заряда частицы, а по радиусу кривизны определять ее массу, энергию, заряд.

Треки существуют в камере недолго, так как воздух нагревается, получая тепло от стенок камеры, и капельки испаряются. Чтобы получить новые следы, необходимо удалить имеющиеся ионы с помощью электрического поля, сжать воздух поршнем, выждать, пока воздух в камере, нагревшийся при сжатии, охладится, и произвести новое расширение.

Обычно треки частиц в камере Вильсона не только наблюдают, но и фотографируют. При этом камеру освещают сбоку мощным пучком световых лучей.

С помощью камеры Вильсона был сделан ряд важнейших открытий в области ядерной физики и физики элементарных частиц.

После выступления проводится демонстрация камеры Вильсона.

В 1952г. американским ученым Д. Глейзером было предложено использовать для обнаружения треков частиц перегретую жидкость. В такой жидкости на ионах, образующихся при движении быстрой заряженной частицы, возникают пузырьки пара, дающие видимый трек. Камеры такого типа были названы пузырьковыми. Они состоят из стеклянного цилиндра, заполненного жидкостью и немного напоминают камеру Вильсона.

Принцип действия ее основан на том, что в перегретом состоянии чистая жидкость, находясь под высоким давлением, не закипает при температуре выше точки кипения. 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. Длительность рабочего цикла пузырьковой камеры невелика — около 0,1с.

Треки в камере Вильсона и пузырьковой камере — один из главных источников информации о поведении и свойствах частиц.

Наблюдение следов элементарных частиц производит сильное впечатление, создает ощущение непосредственного соприкосновения с микромиром.

Метод толстослойных фотоэмульсий.

Для регистрации частиц наряду с камерами Вильсона и пузырьковыми камерами применяются толстослойные фотоэмульсии. Ионизирующее действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки позволило французскому физику А. Беккерелю открыть в 1896г. радиоактивность. Метод фотоэмульсии был разработан в 1928г. советскими физиками Л. В. Мысовским, А. П. Ждановым.

Этот метод проделывают при помощи фотопластины покрытой фотоэмульсией.

Его сущность заключается в использовании специальных фотоэмульсий для регистрации заряженных частиц.

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.

Этот метод был использован Резерфордом в 1911г, а предложил его У. Крупе в 1903г. Простейшим средством регистрации излучений был экран, покрытый люминесцирующим веществом (от лат. lumen – свет). Это вещество светится при ударе о него заряженной частицы, если энергии этой частицы достаточно для возбуждения атомов вещества. В том месте, куда частица попадает, возникает вспышка – сцинтилляция (от лат. scintillatio – сверкание, искрение). Вспышки на экране наблюдаются с помощью микроскопа. Такие счётчики и получили название сцинтилляционные.

Вся эта установка помещается в сосуд, из которого откачен воздух (чтобы устранить рассеяние частиц за счет их столкновений с молекулами воздуха). Если на пути частиц нет никаких препятствии, то они попадают на экран узким, слегка расширяющимся пучком. При этом все возникающие на экране вспышки сливаются в одно небольшое светлое пятно.

Но этот метод не дают точности, так как результат подсчета вспышек на экране в большей степени зависит от остроты зрения наблюдателя. Кроме того, длительное наблюдение оказывается невозможным, так как глаз быстро устает.

6. Подведение итогов урока.

Итак, сегодня мы с вами познакомились с методами регистрации частиц, какие это методы? Перечислите их?

Мы рассказали далеко не о всех приборах, регистрирующих элементарные частицы. Современные приборы для обнаружения редко встречающихся и очень мало живущих частиц очень сложны. В их сооружении принимают участие сотни людей.

7. Дополнительные вопросы: (работа с учебником).

1. Какие преимущества имеет пузырьковая камера по сравнению с камерой Вильсона? (§76, стр.188).

2. Какие преимущества имеет метод фотоэмульсий? (§76, стр.188).

А сегодня мы заканчиваем наш урок.

Оценки за работу на уроке:

8. Домашнее задание.

§76 (ответить на вопросы в конце параграфа).

По трубопроводу течет бензин, а вслед за ним – нефть. Как определить момент, когда через данное сечение трубопровода проходит граница раздела бензина и нефти? (пробу брать нельзя, но у вас есть счетчик Гейгера и радиоактивный препарат)

Источник

Урок-презентация по теме «Экспериментальные методы исследования частиц» (9 класс)

Выбранный для просмотра документ Презентация1.pptx

Описание презентации по отдельным слайдам:

Экспериментальные методы исследования частиц МКОУ «Саметская ООШ» Учитель физики Карабанова С.В. 2015 год

Фронтальный опрос: 1. Что происходит с радием в результате α-распада? 2. Что происходит с радиоактивными химическими элементами в результате α- или β-распада? 3. Какая часть атома – ядро или электронная оболочка – претерпевает изменения при радиоактивном распаде? 4. Запишите реакцию α-распада радия и объясните, что означает каждый символ в этой записи. 5. Как называются верхнее и нижнее числа, стоящие перед буквенным обозначением элемента? 6. Чему равно массовое число? Зарядовое число? 7.Какой вывод следовал из открытия, сделанного Резерфордом и Содди? 8. Что такое радиоактивность?

Подготовьте таблицу для изучения нового материала Название прибора, метода Чтопроисхо- дитпри попадании частицы в прибор? Какое явлениевозника-етприпрохож- дениичастицы через прибор? Какиехаракте-ристикичастицопреде- ляются? Преиму- щества Недо- статки

Счетчик Гейгера 1908 г

Проверка! Название прибора, метода Чтопроисхо- дитпри попадании частицы в прибор? Какое явлениевозника-етприпрохож- дениичастицы через прибор? Какиехаракте-ристикичастицопреде- ляются? Преиму- щества Недо- статки Газоразрядный счетчик Гейгера, 1908г. Ионизация молекул аргона Самостоятельный разряд в газе Кол-во частиц Простота в эксплуатации, дешево Мало информации

Камера Вильсона 1912 г

Камера Вильсона в магнитном поле По искривлённой магнитным полем траектории заряженной частицы определяют знак её заряда. Измерив радиус кривизны траектории, можно определить удельный заряд частицы. Камера Вильсона работает в циклическом режиме, т.к. необходимо очищать рабочий объём камеры от ионов (с помощью электрического поля). Полное время цикла обычно > 1 мин.

Название прибора, метода Чтопроисхо- дитпри попадании частицы в прибор? Какое явлениевозника-етприпрохож- дениичастицы через прибор? Какиехаракте-ристикичастицопреде- ляются? Преиму- щества Недо- статки Камера Вильсона, 1912 г. Ионизация молекул воды или спирта Конденсация перенасыщенного пара Кол-во частиц, знак заряда, энергия, скорость, удельный заряд Информативность, дешево Малый объем камеры, цикличность работы

Пузырьковая камера Д.Глейзер 1952 г. Глейзер около пузырьковой камеры Старая пузырьковая камера Лаборатории им. Э. Ферми

Пузырьковая камера СКАТ Институт физики высоких энергий Государственного комитета по использованию атомной энергии СССР (пос. Протвино близ г. Серпухова): общий вид пузырьковой камеры СКАТ на монтажной площадке перед закаткой в магнит. 1976 г.

Название прибора, метода Чтопроисхо- дитпри попадании частицы в прибор? Какое явлениевозника-етприпрохож- дениичастицы через прибор? Какиехаракте-ристикичастицопреде- ляются? Преиму- щества Недо- статки Пузырьковая камера, Глейзер, 1952 г. Ионизация молекул жидкого водорода или пропана Кипение перегретой жидкости Кол-во частиц, знак заряда, энергия, скорость, удельный заряд Изучение треков частиц больших энергий Дороговизна, цикличность работы

Название прибора, метода Чтопроисхо- дитпри попадании частицы в прибор? Какое явлениевозника-етприпрохож- дениичастицы через прибор? Какиехаракте-ристикичастицопреде- ляются? Преиму- щества Недо- статки Метод толстослойных фотоэмульсий, 1928 г, МысовскийЛ.В., Жданов А.П. Ионизация молекул фотоэмульсииAgBr Фотохимическая реакция Кол-во частиц, знак заряда, энергия, скорость, удельный заряд Непрерывный режим работы, дешево Трудоемкость обработки информации

Для регистрации каких частиц в основном используется счетчик Гейгера? А) Альфа-частиц Б) Электронов В) Протонов

В каком приборе для регистрации частиц прохождение быстрой заряженной частицы вызывает появление следа из капелек жидкости? 1) Счетчик Гейгера 2) Камера Вильсона 3) Пузырьковая камера

Домашнее задание: § 68, ответить на вопросы.

Выбранный для просмотра документ экспериментальные методы.doc

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

Костромского муниципального района Костромской области

«Саметская основная общеобразовательная школа»

Методическая разработка по теме

«Урок презентация по теме «Экспериментальные методы исследования частиц»

Выполнила: учитель математики

и физики Карабанова С.В.

Изучить приборы регистрации частиц, их устройство и принцип действия, назначение.

Продолжить формирование умений работать с книгой и текстом, со схемами приборов.

Развивать умения выделять главное, сравнивать, сопоставлять, обобщать, продолжать развивать самостоятельность, познавательный интерес.

Проследить диалектический путь познания на примере изучения приборов для регистрации частиц.

Тип урока : Урок изучения нового материала.

Форма: урок презентация.

Оборудование : На каждом столе рисунки, схемы для каждого прибора ( приложение 1 ), дополнительный теоретический материал ( приложение 2 ), мультимедийный проектор, презентация.

Учитель: Здравствуйтеребята! Сегодня мы с вами продолжим изучение ядерной физики и познакомимся с экспериментальными методами исследования частиц.(Слайд 1) Но перед началом изучения новой темы повторим пройденный материал по вопросам к параграфу.(Слайд 2)

Учащиеся отвечают на вопросы.

Учитель: Изучая строение атома и радиоактивности, мы с вами установили состав излучения, свойства излучения и знаем, что они при определенных условиях могут представлять опасность для здоровья живых организмов. Радиоактивное излучение невидимо. Для того, чтобы защитить свою жизнь от биологического действия излучений необходимы специальные приборы, обнаруживающие излучение. Человек должен знать такие приборы, их изучать, для этого мы сегодня и рассмотрим различные приборы, выясним какой из них лучше.

Учитель: Современные технологии требуют максимальной информации о заряженных частицах. Сегодня вам предоставляется возможность познакомитьсясо специальными устройствами, с помощью которых можно было бы регистрировать ядра и различные частицы, а также изучать их взаимодействие. Записываем тему урока «Экспериментальные методы исследования частиц».

Учитель: Вспомните, в процессе рассмотрения какого опыта, вы уже познакомились с одним из методов регистрации частиц?

Учитель: Правильно, это метод сцинтилляции. Но этот метод не дает необходимой точности. Результат подсчета вспышек на экране в большей степени зависит от остроты зрения наблюдателя. Глаза быстро устают.

А сейчас вы перечертите таблицу, которую мы с вами заполним в процессе работы. (Слайд 3)

Учащиеся перечерчивают таблицу в тетрадь.

Учитель: Более совершенным прибором для регистрации частиц является так называемый счетчик Гейгера, изобретенный в 1908 году. (Слайд 4)

Устройство состоит из герметичного металлического или стеклянного баллона, наполненного инертным газом (неон, аргон) или газовой смесью. Внутри баллона имеются электроды – катод и анод. Для облегчения возникновения электрического разряда в газовом баллоне создается пониженное давление. Электроды подключаются к источнику высокого напряжения постоянного тока через нагрузочный резистор, на котором формируются электрические импульсы при регистрации радиоактивных частиц.

В исходном состоянии газовый промежуток между электродами имеет высокое сопротивление и тока в цепи нет. Когда заряженная частица, имеющая высокую энергию, сталкивается с элементами конструкции датчика (корпус, баллон, катод), она выбивает некоторое количество электронов, которые оказываются в промежутке между электродами. Под действием ускоряющего напряжения в несколько сотен вольт электроны, находящиеся в инертном газе, начинают устремляться к аноду. На этом пути они легко ионизируют молекулы газа, выбивая вторичные электроны. Процесс многократно повторяется и количество электронов лавинообразно увеличивается, что приводит к возникновению разряда между катодом и анодом. В состоянии разряда газовый промежуток в межэлектродном пространстве становится токопроводящим, что обуславливает скачок тока в нагрузочном резисторе.

В несамогасящихся счетчиках прекращение разряда достигается отключением источника питания, что приводит счетчик Гейгера в исходное состояние. В самогасящихся галогенных счетчиках, широко применяемых в настоящее время, это достигается за счет введения в газовую среду специальных добавок (хлор, бром, йод, спирт), которые способствуют быстрому прекращению разряда. Также в качестве нагрузочного резистора используют высокоомное сопротивление – несколько единиц или десятков мегаом. Это позволяет за счет падения напряжения на резисторе (во время разряда) резко уменьшить разность потенциалов на электродах счетчика. Как правило, напряжение менее 300 вольт делает невозможным поддержание разряда, и он автоматически прекращается. (Слайд 5)

Учитель: У каждого из вас есть дополнительные данные по счетчику Гейгера, рисунки и схемы. Вам дается 5 минут на прочтение и заполнение таблицы по этому методу. После того как вы сделаете мы с вами проверим записи.

Учащиеся выполняют задание.

Учитель: Теперь проверяем и записываем данные кто не смог сделать. (Слайд 6)

Учитель: Счетчик Гейгера позволяет только регистрировать тот факт, что через него пролетает частица.Гораздо большие возможности для изучения микромира дает прибор, изобретенный в 1912 году и называемый камерой Вильсона. (Слайд 7)

Учитель: Возможности камеры Вильсона значительно возрастают при помещении её в магнитное поле. По искривлённой магнитным полем траектории заряженной частицы определяют знак её заряда и импульс. С помощью камеры Вильсона в 1932 г. К. Андерсон обнаружил в космических лучах позитрон.
Наблюдение позитрона в камере Вильсона (рис. 2), помещенной в магнитное поле. Тонкая изогнутая прерывистая линия, идущая снизу вверх – трек позитрона. Темная полоса, пересекающая трек посредине, слой вещества, в котором позитрон теряет часть энергии, и по выходе из которого двигается с меньшей скоростью. Поэтому трек искривлён сильнее. (Слайд 8)

Учитель: Важным усовершенствованием, удостоенным в 1948 г. Нобелевской премии ( П. Блэкетт ), явилось создание управляемой камеры Вильсона. Специальные счётчики отбирают события, которые должны быть зарегистрированы камерой Вильсона, и “запускают” камеру лишь для наблюдения таких событий. Эффективность камеры Вильсона, работающей в таком режиме, многократно возрастает. “Управляемость” камеры Вильсона объясняется тем, что можно обеспечить очень высокую скорость расширения газовой среды и камера успевает отреагировать на запускающий сигнал внешних счётчиков.

Учитель: Сейчас вы прочитав дополнительный материал по камере Вильсона заполните таблицу и далее мы ее проверим.

Учащиеся читают и заполняют таблицу.

Учитель: Проверяем ваши записи и дописываем те записи, которых у вас нет. (Слайд 9)

Учитель: Одной из разновидностей камеры Вильсона является изобретенная в 1952 году пузырьковая камера. (Слайд 10)

Учитель: Принцип действия пузырьковой камеры напоминает принцип действия камеры Вильсона. В последней используется свойство перенасыщенного пара конденсироваться в мельчайшие капельки вдоль траектории заряженных частиц. В пузырьковой камере используется свойство чистой перегретой жидкости вскипать (образовывать пузырьки пара) вдоль пути пролёта заряженной частицы. Перегретая жидкость – это жидкость, нагретая до температуры большей температуры кипения для данных условий. Вскипание такой жидкости происходит при появлении центров парообразования, например, ионов. Таким образом, если в камере Вильсона заряженная частица инициирует на своём пути превращение пара в жидкость, то в пузырьковой камере, наоборот, заряженная частица вызывает превращение жидкости в пар. (Слайд 11)

Учитель: Перегретое состояние достигается быстрым (5-20 мс) уменьшением внешнего давления. На несколько миллисекунд камера становится чувствительной и способна зарегистрировать заряженную частицу. После фотографирования треков давление поднимается до прежней величины, пузырьки “схлопываются” и камера вновь готова к работе. Цикл работы большой пузырьковой камеры 1 с (т. е. значительно меньше, чем у камеры Вильсона), что позволяет использовать её в экспериментах на импульсных ускорителях. Небольшие пузырьковые камеры могут работать в значительно более быстром режиме – 10-100 расширений в секунду. Моменты возникновения фазы чувствительности пузырьковой камеры синхронизуют с моментами попадания в камеру частиц от ускорителя.(Слайд 12)

Учитель: Сейчас вы прочитав дополнительный материал по пузырьковой камере заполните таблицу, затем мы ее проверим.

Учащиеся читают и заполняют таблицу.

Учитель: Проверяем и исправляем неправильно написанное. (Слайд 13)Для регистрации частиц наряду с камерами Вильсона и пузырьковыми камерами применяются толстослойные фотоэмульсии. Ионизирующие действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки. Фотоэмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра.(Слайд14)

Учитель: Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик, отрывает электроны от отдельных атомов брома. Цепочка таких кристалликов образует скрытое изображение. При появлении в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро и цепочка зёрен серебра образует трек частицы.

По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы. Из-за большой плотности фотоэмульсии треки получаются очень короткими, но при фотографировании их можно увеличить. Преимущество фотоэмульсии состоит в том, что время экспозиции может быть сколько угодно большим. Это позволяет регистрировать редкие явления. Важно и то, что благодаря большой тормозящей способности фотоэмульсии увеличивается число наблюдаемых интересных реакций между частицами и ядрами.

Учитель: Сейчас вы прочитав дополнительный материал по методу толстослойных фотоэмульсий заполните таблицу и мы ее проверим.

Учащиеся читают и заполняют таблицу.

Учитель: Сравниваем записи в таблице и дописываем у кого нет записей. (Слайд 15)

Учитель: А сейчас вы ответите на несколько вопросов. (Слайд 16, 17)

Учитель: Вот мы и познакомились с вами с различными экспериментальными методами исследования частиц. Все методы разные, имеют и преимущества, и недостатки, обладают различными характеристиками. (Слайд 18)

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ: §68, ответить на вопросы к параграфу.

На этом наш урок закончен. Всем большое спасибо!

Принцип работы газоразрядного счетчика Гейгера

Принцип работы счетчиков Гейгера основан на эффекте ударной ионизации газовой среды под действием радиоактивных частиц или квантов электромагнитных колебаний в межэлектродном пространстве при высоком ускоряющем напряжении.

Устройство состоит из герметичного металлического или стеклянного баллона, наполненного инертным газом (неон, аргон) или газовой смесью. Внутри баллона имеются электроды – катод и анод. Для облегчения возникновения электрического разряда в газовом баллоне создается пониженное давление. Электроды подключаются к источнику высокого напряжения постоянного тока через нагрузочный резистор, на котором формируются электрические импульсы при регистрации радиоактивных частиц.

Рис.1. Устройство и схема включения счетчика Гейгера.

В исходном состоянии газовый промежуток между электродами имеет высокое сопротивление и тока в цепи нет. Когда заряженная частица, имеющая высокую энергию, сталкивается с элементами конструкции датчика (корпус, баллон, катод), она выбивает некоторое количество электронов, которые оказываются в промежутке между электродами. Под действием ускоряющего напряжения в несколько сотен вольт электроны, находящиеся в инертном газе, начинают устремляться к аноду. На этом пути они легко ионизируют молекулы газа, выбивая вторичные электроны. Процесс многократно повторяется и количество электронов лавинообразно увеличивается, что приводит к возникновению разряда между катодом и анодом. В состоянии разряда газовый промежуток в межэлектродном пространстве становится токопроводящим, что обуславливает скачок тока в нагрузочном резисторе.

В несамогасящихся счетчиках прекращение разряда достигается отключением источника питания, что приводит счетчик Гейгера в исходное состояние. В самогасящихся галогенных счетчиках, широко применяемых в настоящее время, это достигается за счет введения в газовую среду специальных добавок (хлор, бром, йод, спирт), которые способствуют быстрому прекращению разряда. Также в качестве нагрузочного резистора используют высокоомное сопротивление – несколько единиц или десятков мегаом. Это позволяет за счет падения напряжения на резисторе (во время разряда) резко уменьшить разность потенциалов на электродах счетчика. Как правило, напряжение менее 300 вольт делает невозможным поддержание разряда, и он автоматически прекращается.

Характеристики счетчиков Гейгера

Остановимся на наиболее важных характеристиках газоразрядных счетчиков Гейгера, по которым можно сравнивать и выявлять лучшие образцы из них.

Конструкция и назначение. Основные виды счетчиков – цилиндрические и торцевые. Первые похожи на продолговатую трубку-баллон в виде цилиндра. Ионизационная камера вторых образована круглой или прямоугольной формой тела небольшой высоты и значительной рабочей торцевой поверхностью. Реже встречаются торцевые счетчики в виде удлиненного цилиндра и малого входного окна со стороны торца. Устройства могут регистрировать как отдельный вид радиоактивного излучения (альфа, бета, гамма), так и их комбинацию (например, гамма+бета или альфа+бета+гамма). Это достигается особенностями конструкции корпуса, электродов, а также выбором материала для их изготовления.

Площадь входного окна или рабочей зоны. Это площадь пространства, через которое пролетают детектируемые частицы или кванты. Она напрямую связана с размерами счетчика. Чем больше эта площадь, тем больше частиц сможет уловить счетчик Гейгера в единицу времени и тем больше будет его чувствительность к радиации.

Эффективность регистрации. По разным причинам счетчики Гейгера не могут зафиксировать все без исключения пролетающие частицы или гамма-кванты. Данная величина указывает процент фактически зарегистрированных радиоактивных частиц от всего их количества, пролетающего через площадь рабочей зоны. Этот параметр проверяют стандартными источниками на основе плутония-239 (альфа-излучатель), таллия-204 (бета-излучатель) и других радиоактивных материалов. В качестве бета-излучателей также используется система радионуклидов: стронция-90 и продукта его распада иттрия-90.

Диапазон регистрируемых энергий. Это энергетический спектр улавливаемых счетчиком Гейгера фотонов, альфа или бета-частиц. Может указываться как в общем, так и раздельно для каждого вида излучения. Единицы измерения – мегаэлектронвольты (МэВ) либо килоэлектронвольты (кэВ). Радиоактивные частицы, вырывающиеся в окружающее пространство, имеют широкий диапазон энергий. Но только бета-излучение достаточной энергии сможет выбить первичные электроны для начала ионизационного процесса. Только сильные альфа-частицы смогут преодолеть воздушную прослойку и стенку входного окна между источником и камерой счетчика Гейгера.

Сегодня промышленность выпускает широкий ассортимент счетчиков Гейгера-Мюллера для нужд приборостроительной отрасли. Рассмотрим наиболее типичные из них, которые нашли применение в современных дозиметрических приборах.

Камера Вильсона

К. Андерсон обнаружил в космических лучах позитрон.
Наблюдение позитрона в камере Вильсона (рис. 2), помещенной в магнитное поле. Тонкая изогнутая прерывистая линия, идущая снизу вверх – трек позитрона. Темная полоса, пересекающая трек посредине, слой вещества, в котором позитрон теряет часть энергии, и по выходе из которого двигается с меньшей скоростью. Поэтому трек искривлён сильнее.

Важным усовершенствованием, удостоенным в 1948 г. Нобелевской премии ( П. Блэкетт ), явилось создание управляемой камеры Вильсона. Специальные счётчики отбирают события, которые должны быть зарегистрированы камерой Вильсона, и “запускают” камеру лишь для наблюдения таких событий. Эффективность камеры Вильсона, работающей в таком режиме, многократно возрастает. “Управляемость” камеры Вильсона объясняется тем, что можно обеспечить очень высокую скорость расширения газовой среды и камера успевает отреагировать на запускающий сигнал внешних счётчиков.

Образование пары позитрон—электрон в камере Вильсона. Видны следы позитрона и электрона, образовавшихся при взаимодействии γ-кванта (не оставляющего видимого следа) с ядром свинца в свинцовом экране, перегораживающем камеру.

Пузырьковая камера

Пузырьковая камера – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара вдоль траектории её движения. Изобретена А. Глэзером в 1952 г. (Нобелевская премия 1960 г.).
Принцип действия пузырьковой камеры напоминает принцип действия камеры Вильсона. В последней используется свойство перенасыщенного пара конденсироваться в мельчайшие капельки вдоль траектории заряженных частиц. В пузырьковой камере используется свойство чистой перегретой жидкости вскипать (образовывать пузырьки пара) вдоль пути пролёта заряженной частицы. Перегретая жидкость – это жидкость, нагретая до температуры большей температуры кипения для данных условий. Вскипание такой жидкости происходит при появлении центров парообразования, например, ионов. Таким образом, если в камере Вильсона заряженная частица инициирует на своём пути превращение пара в жидкость, то в пузырьковой камере, наоборот, заряженная частица вызывает превращение жидкости в пар.

Перегретое состояние достигается быстрым (5-20 мс) уменьшением внешнего давления. На несколько миллисекунд камера становится чувствительной и способна зарегистрировать заряженную частицу. После фотографирования треков давление поднимается до прежней величины, пузырьки “схлопываются” и камера вновь готова к работе. Цикл работы большой пузырьковой камеры 1 с (т. е. значительно меньше, чем у камеры Вильсона), что позволяет использовать её в экспериментах на импульсных ускорителях. Небольшие пузырьковые камеры могут работать в значительно более быстром режиме – 10-100 расширений в секунду. Моменты возникновения фазы чувствительности пузырьковой камеры синхронизуют с моментами попадания в камеру частиц от ускорителя.

камерой Вильсона и диффузионной камерой является то, что в качестве рабочей среды в ней используется жидкость (жидкие водород, гелий, неон, ксенон, фреон, пропан и их смеси). Эти жидкости, являясь одновременно мишенью и детектирующей средой, обладают на 2-3 порядка большей плотностью, чем газы, что многократно увеличивает вероятность появления в них событий, достойных изучения, и позволяют целиком “уместить” в своём объёме треки высокоэнергичных частиц.
Пузырьковые камеры могут достигать очень больших размеров (до 40 м 3 ). Их, как и камеры Вильсона, помещают в магнитное поле. Пространственное разрешение пузырьковых камер ≈ 0.1 мм.
Недостатком пузырьковой камеры является то, что её невозможно (в отличие от камеры Вильсона) быстро “включить” по сигналам внешних детекторов, осуществляющих предварительный отбор событий, так как жидкость слишком инерционна и не поддается очень быстрому (за время ≈ 1 мкс) расширению. Поэтому пузырьковые камеры, будучи синхронизованы с работой ускорителя, регистрируют все события, инициируемые в камере пучком частиц. Значительная часть этих событий не представляет интереса.

Метод толстослойных фотоэмульсий

Для регистрации частиц наряду с камерами Вильсона и пузырьковыми камерами применяются толстослойные фотоэмульсии. Ионизирующие действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки. 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 появлении в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро и цепочка зёрен серебра образует трек частицы.

По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы. Из-за большой плотности фотоэмульсии треки получаются очень короткими, но при фотографировании их можно увеличить. Преимущество фотоэмульсии состоит в том, что время экспозиции может быть сколько угодно большим. Это позволяет регистрировать редкие явления. Важно и то, что благодаря большой тормозящей способности фотоэмульсии увеличивается число наблюдаемых интересных реакций между частицами и ядрами.

— служит для подсчета количества радиоактивных частиц ( в основном электронов ).

Это стеклянная трубка, заполненная газом (аргоном), с двумя электродами внутри (катод и анод).
При пролете частицы возникает ударная ионизация газа и возникает импульс электрического тока.

Достоинства:
— компактность
— эффективность
— быстродействие
— высокая точность (10ООО частиц/с).

Где используется:
— регистрация радиоактивных загрязнений на местности, в помещениях, одежды, продуктов и т.д.
— на объектах хранения радиоактивных материалов или с работающими ядерными реакторами
— при поиске залежей радиоактивной руды (U, Th)

— служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков).

— вариант камеры Вильсона

Преимущества перед камерой Вильсона:
— большая плотность среды, следовательно короткие треки
— частицы застревают в камере и можно проводить дальнейшее наблюдение частиц
— большее быстродействие.

Метод толстослойных фотоэмульсий

— служит для регистрации частиц
— позволяет регистрировать редкие явления из-за большого время экспозиции.

Источник