эксперементальные методы регистрации заряженных частиц (1).

Тема урока:
Лунёва Людмила Валентиновна
учитель физики МБОУ СОШ№3
городского округа г. Урюпинск Волгоградской области
Методы наблюдения и
регистрации
элементарных частиц
Сцинтилляционный
метод
Счётчик Гейгера
Камера Вильсона
Фотографические
эмульсии
Искровая камера
Детекторы
Пузырьковая
камера
СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ
счетчик
 В 1903 г.У. Крупс заметил, что α – частицы,
испускаемые радиоактивным аппаратом , попадая
на покрытый сернистым цинком экран, вызывают
свечение.
 ДЕТЕКТОР (сцинтилляционный спектрометр),
прибор для регистрации и спектрометрии частиц.
Действие основано на возбуждении заряженными
частицами в ряде веществ световых вспышек
(сцинтилляций), которые регистрируются
фотоэлектронными умножителями.
Сцинтилляционные детекторы обладают высокой
эффективностью регистрации нейтронов и gквантов и быстродействием.
ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ
СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА
Представляет собой
газонаполненный диод
(обычно цилиндрический) с
тонкой нитью в качестве
анода. Действие основано
на возникновении в газе в
результате его ионизации
(при пролете частицы)
электрического разряда
(коронного). Назван по
имени Х. Гейгера
изобретенный в 1908 г.
 Счётчик Гейгера
применяется в основном для
регистрации электронов и y
- квантов(фотонов большой
энергии).
+
-
R
К усилителю
 Счётчик регистрирует почти
Стеклянная трубка
Анод
все падающие в него
электроны.
 Регистрация сложных
частиц затруднена.
Катод
Чтобы зарегистрировать y- кванты, стенки трубки покрывают специальным
материалом, из которого они выбивают электроны.
ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА
Трековый детектор ядерных
излучений, действие
которого основано на
вскипании перегретой
жидкости (образовании
мелких пузырьков пара)
вблизи ионов, возникающих
вдоль следа (трека)
заряженной частицы.
Распространены
криогенные пузырьковые
камеры, заполненные
жидким водородом и
дейтерием. Следы частиц в
пузырьковых камерах
фотографируются.
Изобретена Д. Глейзером
(1952).
Пропановая
пузырьковая камера в
г. Дубне Московской
области
 Фотография
процессов
взаимодействия
частиц
пузырьковой
камере г.Дубн
Если частицы проникают в камеру, то на их пути
возникают капельки воды. Эти капельки образуют
видимый след пролетевшей частицы - трек. По длине
трека можно определить энергию частицы, а по числу
капелек на единицу длины оценивается её скорость.
Трек имеет кривизну.
Первое искусственное превращение элементов –
взаимодействие a - частицы с ядром азота, в
результате которого образовались ядро кислорода и
протон.
Схема действия
пузырьковой камеры
ВИЛЬСОНА КАМЕРА
 Первый трековый детектор
заряженных частиц.
Изобретена Ч. Вильсоном в
1912. Действие Вильсона
камеры основано на
конденсации пересыщенного
пара (образовании мелких
капелек жидкости) на ионах,
возникающих вдоль следа
(трека) заряженной частицы. В
дальнейшем вытеснена
другими трековыми
детекторами.
Трек заряженной
частицы в камере
Вильсона
Метод толстостенных
фотоэмульсий.
Был разработан в 1928 г физиками
А.П. ждановым и Л.В.
Мысовским. Его сущность
заключается в использовании
специальных фотоэмульсий для
регистрации заряженных частиц.
Заряженная частица действует
на зерна бромистого серебра и
образует скрытое изображение.
После проявления пленки
исследуется трек и определяется
энергия и масса заряженной
частицы.
Искровая камера
Искровая камера – трековый детектор заряженных частиц,
в котором трек (след) частицы образует цепочка искровых
электрических разрядов вдоль траектории её движения.
1959 г. С.Фукуи, С.Миямото. Искровая камера. Разряд в
газе при его ударной ионизации.
Трек частицы в
узкозазорной
искровой камере
.
Искровая камера обычно представляет собой систему
параллельных металлических электродов, пространство между
которыми заполнено инертным газом. Расстояние между
пластинами от 1-2 см до 10 см. Широко используются
проволочные искровые камеры, электроды которых состоят из
множества параллельных проволочек. Внешние управляющие
счётчики фиксируют факт попадания заряженной частицы в
искровую камеру и инициируют подачу на её электроды короткого (10 – 100 нс)
высоковольтного импульса чередующейся полярности так, что между двумя соседними
электродами появляется разность потенциалов
10 кВ. В местах прохождения
заряженной частицы между пластинами за счёт ионизации ею атомов среды свободные
носители зарядов (электроны, ионы), что вызывает искровой
пробой (разряд). Разрядные искры строго локализованы. Они
возникают там, где появляются свободные заряды, и поэтому
воспроизводят траекторию движения частицы через камеру.
Отдельные искровые разряды, направлены вдоль электрического
поля
(перпендикулярно
электродам).
Совокупность
этих
последовательных разрядов формирует трек частицы. Этот трек
может быть зафиксирован либо оптическими методами
(например,
сфотографирован),
либо
электронными.
Пространственное разрешение обычной искровой камеры 0.3 мм.
Частота срабатывания 10 – 100 Гц. Искровые камеры могут иметь
размеры порядка нескольких метров.
Внешний вид
двухсекционной
искровой камер
ДЕТЕКТОРЫ
ДЕТЕКТОРЫ приборы для
регистрации частиц. Основаны на
явлениях, возникающих при
прохождении заряженных частиц
через вещество . Нейтроны и gкванты регистрируются по
образующимся при взаимодействии
их со средой вторичным заряженным
частицам.
Схема нейтринного детектора
КООРДИНАТНЫЕ
ДЕТЕКТОРЫ
Для наблюдения и
фотографирования следов (треков)
частиц в различных средах служат
координатные детекторы: ядерная
фотоэмульсия, пузырьковая
камера, искровая камера, ПЗСдетектор и др.
Схематическое изображение
полупроводникового детектора
(штриховкой выделена
чувствительная область): n —
полупроводник с электронной
проводимостью; p —
полупроводник с дырочной
проводимостью; Ge — германий,
имеющий собственную
проводимость (i); V —
напряжение постоянного
источника.
МЫСОВСКИЙ
Лев Владимирович (1888-1939)
российский физик. Труды по физике
космических лучей, ядерной физике,
ускорителям. Обнаружил (1927) барометрический эффект
(изменение интенсивности космического излучения с
изменением атмосферного давления). Предложил (1925) метод
регистрации заряженных частиц при помощи толстослойных
фотографических эмульсий. Доказал (1934) присутствие в
составе космических лучей нейтронов. Положил начало
гамма-дефектоскопии (1926). Открыл (1935, совместно с Б. В.
Курчатовым, И. В. Курчатовым и Л. И. Русиновым) изомерию
атомных ядер у искусственно радиоактивных изотопов. В 1922
одним из первых выдвинул идею создания ускорителя
заряженных частиц.