ثبت ذرات باردار ثبت ذرات باردار تابش آلفا چیست؟

11 سلول

1 گزینه

1. عمل شمارنده گایگر بر اساس

الف. شکافتن مولکول ها توسط ذره باردار متحرک ب. یونیزاسیون ضربه.

ب- آزاد شدن انرژی توسط یک ذره. ز- تشکیل بخار در مایع فوق گرم.

ه. چگالش بخارات فوق اشباع.

2. دستگاهی برای ثبت ذرات بنیادی که عملکرد آن بر اساس

تشکیل حباب های بخار در یک مایع فوق گرم نامیده می شود

الف. امولسیون عکاسی لایه ضخیم. ب. شمارنده گایگر. ب. دوربین.

د. اتاقک ابری. د. محفظه حباب.

3. یک اتاقک ابر برای مطالعه انتشارات رادیواکتیو استفاده می شود. عمل آن بر این واقعیت استوار است که وقتی یک ذره باردار سریع از آن عبور می کند:
الف. اثری از قطرات مایع در گاز ظاهر می شود. ب. در گاز یک ضربه جریان الکتریکی وجود دارد.
V. یک تصویر نهفته از اثر این ذره در صفحه تشکیل شده است.

ز. یک فلش نور در مایع ظاهر می شود.

4. مسیری که به روش امولسیون لایه ضخیم ایجاد می شود چیست؟

A زنجیره ای از قطرات آب B. زنجیره ای از حباب های بخار

ج. بهمن الکترونی د. زنجیره ای از دانه های نقره

5. آیا ثبت ذرات بدون بار با استفاده از محفظه ابر امکان پذیر است؟

الف- اگر جرم کوچکی داشته باشند (الکترون) ممکن است.

ب- در صورتی که تکانه کمی داشته باشند ممکن است

ب- اگر جرم زیادی داشته باشند (نوترون) ممکن است.

د- اگر تکانه زیادی داشته باشند ممکن است د. غیرممکن است

6. اتاق ابر از چه چیزی پر شده است

الف- بخار آب یا الکل. ب- گاز، معمولاً آرگون. ب- معرفهای شیمیایی

ز- هیدروژن مایع یا پروپان که تقریباً تا نقطه جوش گرم شده است

7. رادیواکتیویته...

الف) توانایی هسته ها برای ساطع خود به خود ذرات، در حالی که تبدیل به هسته های دیگر می شوند.

عناصر شیمیایی

ب- توانایی هسته ها برای انتشار ذرات در حالی که تبدیل به هسته سایر مواد شیمیایی می شوند.

عناصر

ج- توانایی هسته ها در ساطع خود به خود ذرات

د- توانایی هسته ها برای انتشار ذرات

8. آلفا - تابش - تشعشع- این هست

9. تابش گاما- این هست

الف. شار ذرات مثبت ب. شار ذرات منفی ج. شار ذرات خنثی

10. تابش بتا چیست؟

11. در خلال واپاشی α، هسته ...

الف- تبدیل به هسته عنصر شیمیایی دیگری می شود که دو سلول به آن نزدیکتر است

بالای جدول تناوبی

ب- تبدیل به هسته یک عنصر شیمیایی دیگر می شود که یک سلول جلوتر است

از ابتدای جدول تناوبی

ز- هسته همان عنصر با عدد جرمی یک کاهش یافته باقی می ماند.

12. آشکارساز تشعشع در یک جعبه مقوایی بسته با ضخامت دیواره بیش از 1 میلی متر قرار می گیرد. چه نوع تشعشعی را می تواند ثبت کند؟

13. اورانیوم 238 پس از آن به چه چیزی تبدیل می شودα - و دوβ - جدایی؟

14. چه عنصری باید جایگزین X شود؟

204 79 Au X + 0 -1 e

11 سلول

تست "روش های ثبت ذرات بنیادی. رادیواکتیویته".

گزینه 2.

1. دستگاهی برای ثبت ذرات بنیادی که عملکرد آن بر اساس

چگالش بخار فوق اشباع نامیده می شود

الف. دوربین ب. محفظه ابری ج. امولسیون فیلم ضخیم

D. شمارنده گایگر D. اتاق حباب

2. دستگاهی برای ثبت تشعشعات هسته ای، که در آن عبور از یک شارژ سریع

ذره باعث ایجاد دنباله ای از قطرات مایع در گاز می شود که به نام

الف. شمارنده گایگر ب. محفظه ابری ج. امولسیون فیلم ضخیم

د. محفظه حباب E. محافظ سولفید روی

3. در کدام یک از ابزارهای زیر برای ثبت تشعشعات هسته ای

عبور یک ذره باردار سریع باعث ظهور یک پالس الکتریکی می شود

جریان گاز؟

الف. در شمارنده گایگر ب. در محفظه ابر ج. در امولسیون عکاسی

د. در یک شمارنده سوسوزن.

4. روش فوتومولسیون برای تشخیص ذرات باردار بر اساس

الف. یونیزاسیون ضربه. ب- شکافتن مولکول ها توسط یک ذره باردار متحرک.

ب- تشکیل بخار در مایع فوق گرم. د. چگالش بخارات فوق اشباع.

E. آزاد شدن انرژی توسط یک ذره

5. یک ذره باردار باعث ظاهر شدن اثری از حباب های بخار مایع در داخل می شود

الف. شمارنده گایگر. B.Wilson chamber V. Photoemulsions.

د. شمارنده سوسوزن. د. محفظه حباب

6. محفظه حباب با چه چیزی پر شده است

الف- بخار آب یا الکل. ب- گاز، معمولاً آرگون. ب- معرفهای شیمیایی.

ز. تقریباً تا زمانی که هیدروژن مایع یا پروپان در حال جوشیدن باشد حرارت داده می شود.

7. یک ظرف حاوی مواد رادیواکتیو در آن قرار می گیرد

میدان مغناطیسی، باعث ایجاد پرتو می شود

تشعشعات رادیواکتیو به سه قسمت تقسیم می شوند

اجزاء (شکل را ببینید). جزء (3)

مطابقت دارد

الف. تابش گاما ب. تابش آلفا

ب- تشعشعات بتا

8. تابش بتا- این هست

الف. شار ذرات مثبت ب. شار ذرات منفی ج. شار ذرات خنثی

9. تشعشع آلفا چیست؟

الف. شار هسته های هلیوم ب. شار پروتون ها ج. شار الکترون ها

د. امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا

10. تابش گاما چیست؟

الف. شار هسته های هلیوم ب. شار پروتون ها ج. شار الکترون ها

د. امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا

11. در طول واپاشی β، هسته ...

الف. تبدیل به هسته یک عنصر شیمیایی دیگر می شود که یک سلول جلوتر است

از ابتدای جدول تناوبی

ب- تبدیل به هسته عنصر شیمیایی دیگری می شود که دو سلول به آن نزدیکتر است

بالای جدول تناوبی

ب- هسته همان عنصر با همان عدد جرمی باقی می ماند

ز- هسته همان عنصر با عدد جرمی یک کاهش یافته باقی می ماند

12 کدام یک از سه نوع تشعشع دارای بیشترین قدرت نفوذ است؟

الف. تابش گاما ب. تابش آلفا ج. تابش بتا

13. هسته کدام عنصر شیمیایی حاصل یک فروپاشی آلفا است

و دو واپاشی بتا از هسته عنصر داده شده 214 90 Th?

14. کدام عنصر باید جایگزین شودایکس?

ابتدا بیایید با دستگاه هایی آشنا شویم که به لطف آنها فیزیک هسته اتم و ذرات بنیادی بوجود آمد و شروع به توسعه کرد. اینها دستگاه هایی برای ثبت و مطالعه برخوردها و تبدیلات متقابل هسته ها و ذرات بنیادی هستند. آنها اطلاعات لازم را در مورد رویدادهای جهان خرد ارائه می دهند. اصل عملکرد دستگاه های ثبت ذرات بنیادی. هر وسیله ای که ذرات بنیادی یا هسته های متحرک اتم را ثبت کند مانند یک تفنگ پر شده با یک ماشه خمیده است. یک تلاش کوچک هنگام فشار دادن ماشه یک تفنگ باعث ایجاد اثری می شود که با تلاش انجام شده قابل مقایسه نیست - یک شلیک. دستگاه ضبط یک سیستم ماکروسکوپی کم و بیش پیچیده است که می تواند در حالت ناپایدار باشد. با یک اغتشاش کوچک ناشی از یک ذره عبوری، فرآیند انتقال سیستم به حالت جدید و پایدارتر آغاز می شود. این فرآیند امکان ثبت یک ذره را فراهم می کند. در حال حاضر روش های مختلفی برای ثبت ذرات استفاده می شود. بسته به اهداف آزمایش و شرایطی که در آن انجام می شود، از دستگاه های ضبط مختلفی استفاده می شود که ویژگی های اصلی آنها با یکدیگر متفاوت است. شمارشگر گایگر تخلیه گاز. شمارشگر گایگر یکی از مهمترین وسایل برای شمارش خودکار ذرات است. شمارنده (شکل 253) شامل یک لوله شیشه ای است که در داخل با یک لایه فلزی (کاتد) پوشیده شده است و یک نخ فلزی نازک که در امتداد محور لوله (آند) قرار دارد. لوله با گازی که معمولاً آرگون است پر می شود. عملکرد شمارنده بر اساس یونیزاسیون ضربه است. یک ذره باردار (الکترون، ذره a، و غیره) که از میان گاز عبور می کند، الکترون ها را از اتم جدا می کند و یون های مثبت و الکترون های آزاد ایجاد می کند. میدان الکتریکی بین آند و کاتد (ولتاژ بالایی به آنها اعمال می شود) الکترون ها را به انرژی هایی که در آن یونیزاسیون ضربه آغاز می شود، شتاب می دهد. بهمنی از یون ها وجود دارد و جریان از طریق شمارنده به شدت افزایش می یابد. در این حالت یک پالس ولتاژ بر روی مقاومت بار R تشکیل می شود که به دستگاه ضبط تغذیه می شود. برای اینکه شمارنده بتواند ذره بعدی را که داخل آن افتاده است ثبت کند، تخلیه بهمن باید خاموش شود. این به طور خودکار اتفاق می افتد. از آنجایی که در لحظه ظاهر شدن پالس جریان، افت ولتاژ در مقاومت بار R زیاد است، ولتاژ بین آند و کاتد به شدت کاهش می یابد - به حدی که تخلیه متوقف می شود. شمارشگر گایگر عمدتاً برای ثبت الکترون ها و y-quanta (فوتون های پرانرژی) استفاده می شود. با این حال، به دلیل توانایی یونیزاسیون کم، y-quanta مستقیماً ثبت نمی شود. برای تشخیص آنها، دیواره داخلی لوله با ماده ای پوشانده شده است که کوانتای y الکترون ها را از آن خارج می کند. شمارنده تقریباً تمام الکترون هایی را که وارد آن می شوند ثبت می کند. در مورد کوانتوم y، تقریباً تنها یک کوانتوم y از صد را ثبت می کند. ثبت ذرات سنگین (به عنوان مثال، ذرات a) دشوار است، زیرا ایجاد یک پنجره به اندازه کافی نازک برای این ذرات در شمارنده دشوار است. در حال حاضر شمارنده هایی ساخته شده اند که بر اساس اصولی غیر از شمارنده گایگر عمل می کنند. اتاق ویلسون شمارنده ها فقط امکان ثبت این حقیقت را که یک ذره از آنها می گذرد و برخی از ویژگی های آن را ثبت می کنند. در همان محفظه ابری که در سال 1912 ایجاد شد، یک ذره باردار سریع ردی از خود به جا می گذارد که می توان مستقیماً مشاهده کرد یا از آن عکس گرفت. این دستگاه را می‌توان پنجره‌ای به ریزجهان، یعنی دنیای ذرات بنیادی و سیستم‌های متشکل از آنها نامید. عملکرد محفظه ابر بر اساس تراکم بخار فوق اشباع بر روی یون ها با تشکیل قطرات آب است. این یون ها در طول مسیر حرکت آن توسط یک ذره باردار متحرک ایجاد می شوند. محفظه ابر یک ظرف مهر و موم شده است که با آب یا بخار الکل نزدیک به اشباع پر شده است (شکل 254). با پایین آمدن شدید پیستون، ناشی از کاهش فشار زیر آن، بخار در محفظه به صورت آدیاباتیک منبسط می شود. در نتیجه خنک شدن اتفاق می افتد و بخار فوق اشباع می شود. این حالت بخار ناپایدار است: بخار به راحتی متراکم می شود. مراکز تراکم یون هایی هستند که در فضای کاری محفظه توسط یک ذره در حال پرواز تشکیل می شوند. اگر ذره ای بلافاصله قبل یا بلافاصله پس از انبساط وارد محفظه شود، قطرات آب در راه خود ظاهر می شوند. این قطرات یک اثر قابل مشاهده از یک ذره در حال پرواز را تشکیل می دهند - یک مسیر (شکل 255). سپس محفظه به حالت اولیه خود باز می گردد و یون ها توسط میدان الکتریکی حذف می شوند. بسته به اندازه دوربین، زمان بازیابی حالت عملکرد از چند ثانیه تا ده ها دقیقه متغیر است. اطلاعاتی که توسط مسیرهای موجود در محفظه ابری ارائه می شود بسیار غنی تر از آن چیزی است که شمارنده ها می توانند ارائه دهند. از طول مسیر می توان انرژی ذره را تعیین کرد و از تعداد قطرات در واحد طول مسیر می توان سرعت آن را تخمین زد. هر چه مسیر یک ذره طولانی تر باشد، انرژی آن بیشتر است. و هر چه قطرات آب بیشتر در واحد طول مسیر تشکیل شود، سرعت آن کمتر می شود. ذرات باردار بالا مسیر ضخیم تری را به جا می گذارند. فیزیکدانان شوروی P. L. Kapitsa و D. V. Skobeltsyn پیشنهاد کردند که محفظه ابر در یک میدان مغناطیسی یکنواخت قرار گیرد. میدان مغناطیسی بر روی یک ذره باردار متحرک با نیروی معینی (نیروی لورنتس) عمل می کند. این نیرو مسیر حرکت ذره را بدون تغییر در مدول سرعت آن خم می کند. مسیر دارای انحنای بیشتر، بار ذره بزرگتر و جرم آن کوچکتر است. از انحنای مسیر می توان برای تعیین نسبت بار یک ذره به جرم آن استفاده کرد. اگر یکی از این مقادیر شناخته شده باشد، می توان دیگری را محاسبه کرد. به عنوان مثال، با بار یک ذره و انحنای مسیر آن، جرم را محاسبه کنید. محفظه حباب در سال 1952، دانشمند آمریکایی D. Glaser پیشنهاد کرد که از مایعی فوق گرم برای تشخیص ردیابی ذرات استفاده شود. در چنین مایعی، حباب‌های بخار روی یون‌هایی که در حین حرکت یک ذره باردار سریع تشکیل شده‌اند ظاهر می‌شوند و مسیری قابل مشاهده را ایجاد می‌کنند. محفظه هایی از این نوع را اتاقک های حبابی می نامیدند. در حالت اولیه، مایع داخل محفظه تحت فشار زیاد است که با وجود اینکه دمای مایع بالاتر از نقطه جوش در فشار اتمسفر است، از جوشیدن آن جلوگیری می کند. با کاهش شدید فشار، مایع فوق گرم می شود و برای مدت کوتاهی در حالت ناپایدار قرار می گیرد. ذرات باردار که درست در این زمان پرواز می کنند باعث پیدایش مسیرهایی می شوند که از حباب های بخار تشکیل شده اند (شکل 256). هیدروژن مایع و پروپان عمدتاً به عنوان مایع استفاده می شود. مدت زمان چرخه کاری محفظه حباب کوچک است - حدود 0.1 ثانیه. مزیت محفظه حباب دار نسبت به محفظه ابر به دلیل چگالی بیشتر ماده کار است. در نتیجه، مسیرهای ذرات کاملاً کوتاه هستند و ذرات حتی با انرژی بالا در محفظه گیر می کنند. این امر امکان مشاهده یک سری دگرگونی های متوالی ذره و واکنش هایی را که ایجاد می کند را ممکن می سازد. مسیرهای موجود در محفظه ابر و محفظه حباب یکی از منابع اصلی اطلاعات در مورد رفتار و خواص ذرات هستند. مشاهده آثار ذرات بنیادی تأثیر قوی ایجاد می کند، احساس تماس مستقیم با جهان خرد را ایجاد می کند. روش امولسیون های عکاسی لایه ضخیم. برای ثبت ذرات به همراه محفظه های ابری و محفظه های حباب دار از امولسیون های عکاسی لایه ضخیم استفاده می شود. اثر یونیزه کننده ذرات باردار سریع بر روی امولسیون یک صفحه عکاسی به فیزیکدان فرانسوی A. Becquerel اجازه داد تا رادیواکتیویته را در سال 1896 کشف کند. روش امولسیون عکاسی توسط فیزیکدانان شوروی L. V. Mysovsky، A. P. Zhdanov و دیگران ایجاد شد. امولسیون عکاسی حاوی تعداد زیادی بلور میکروسکوپی برمید نقره است. یک ذره باردار سریع، با نفوذ به کریستال، الکترون ها را از اتم های برم منفرد جدا می کند. زنجیره ای از این کریستال ها یک تصویر نهفته را تشکیل می دهد. هنگام توسعه در این بلورها، نقره فلزی کاهش می یابد و زنجیره ای از دانه های نقره یک مسیر ذرات را تشکیل می دهد (شکل 1). 257). از طول و ضخامت مسیر می توان برای تخمین انرژی و جرم ذره استفاده کرد. به دلیل چگالی بالای امولسیون عکاسی، مسیرها بسیار کوتاه هستند (در حد 1 (T3 سانتی متر برای ذرات a که از عناصر رادیواکتیو ساطع می شوند)، اما هنگام عکاسی می توان آنها را افزایش داد. مزیت امولسیون های عکاسی این است که زمان قرار گرفتن در معرض می‌تواند خودسرانه طولانی باشد. این امکان ثبت پدیده‌های نادر را فراهم می‌کند. همچنین مهم است که به دلیل قدرت توقف زیاد امولسیون‌های عکاسی، تعداد واکنش‌های جالب مشاهده شده بین ذرات و هسته‌ها افزایش می‌یابد. ما در مورد همه دستگاه‌هایی که شناسایی ذرات بنیادی.دستگاه های مدرن برای تشخیص ذرات کمیاب و بسیار کوتاه مدت بسیار پیچیده هستند.در ساخت آنها صدها نفر درگیر هستند.E 1- آیا می توان ذرات بدون بار را با یک محفظه ابر ثبت کرد!2. چه مزیت هایی دارد. یک محفظه حباب در مقایسه با یک اتاقک ابری!

روش های ثبت و آشکارسازهای ذرات

§ کالریمتری (با توجه به انرژی آزاد شده)

§ فوتومولسیون

§ محفظه های حباب و جرقه

§ آشکارسازهای سوسوزن

§ آشکارسازهای نیمه هادی

امروزه، تقریباً غیرقابل قبول به نظر می رسد که چه تعداد اکتشاف در فیزیک هسته ای با استفاده از منابع طبیعی تشعشعات رادیواکتیو با انرژی تنها چند مگا الکترون ولت و ساده ترین دستگاه های شناسایی انجام شده است. هسته اتم کشف شد، ابعاد آن به دست آمد، برای اولین بار یک واکنش هسته ای مشاهده شد، پدیده رادیواکتیویته کشف شد، نوترون و پروتون کشف شد، وجود نوترینوها پیش بینی شد و غیره. آشکارساز ذرات اصلی برای مدت طولانی صفحه ای بود که با سولفید روی پوشانده شده بود. ذرات توسط چشم توسط جرقه های نور تولید شده توسط آنها در سولفید روی ثبت شد. تابش چرنکوف برای اولین بار به صورت بصری مشاهده شد. اولین اتاقک حبابی که گلیزر در آن ردهای ذرات را مشاهده کرد به اندازه یک انگشتانه بود. منبع ذرات پرانرژی در آن زمان پرتوهای کیهانی بودند - ذرات تشکیل شده در فضای جهان. ذرات بنیادی جدید برای اولین بار در پرتوهای کیهانی مشاهده شدند. 1932 - پوزیترون (K. Anderson) ، 1937 - میون (K. Anderson, S. Nedermeyer) ، 1947 - مزون (پاول) ، 1947 - ذرات عجیب و غریب کشف شد (J. Rochester, K . ساقی ).

با گذشت زمان، تنظیمات آزمایشی پیچیده تر و پیچیده تر شدند. تکنیک هایی برای شتاب و تشخیص ذرات و الکترونیک هسته ای توسعه یافت. پیشرفت در فیزیک هسته ای و ذرات بنیادی به طور فزاینده ای با پیشرفت در این زمینه ها تعیین می شود. جوایز نوبل فیزیک اغلب برای کار در زمینه تکنیک آزمایش فیزیکی اعطا می شود.

آشکارسازها هم برای ثبت واقعیت حضور یک ذره و هم برای تعیین انرژی و تکانه آن، مسیر حرکت ذره و سایر ویژگی ها کار می کنند. برای ثبت ذرات اغلب از آشکارسازهایی استفاده می شود که تا حد امکان نسبت به ثبت یک ذره خاص حساس بوده و پس زمینه بزرگ ایجاد شده توسط ذرات دیگر را احساس نمی کنند.

معمولاً در آزمایش‌هایی که روی فیزیک هسته‌ای و ذرات انجام می‌شود، لازم است رویدادهای «ضروری» را در مقابل پس‌زمینه‌ای عظیم از رویدادهای «غیرضروری»، شاید یک در یک میلیارد، جدا کنیم. برای این کار از ترکیب های مختلف شمارنده ها و روش های ثبت استفاده می شود، طرح های تصادفی یا ضد تصادفی بین رویدادهای ثبت شده توسط آشکارسازهای مختلف، انتخاب رویدادها بر اساس دامنه و شکل سیگنال ها و ... استفاده می شود. انتخاب ذرات بر اساس زمان پرواز آنها در فاصله معینی بین آشکارسازها، تجزیه و تحلیل مغناطیسی و روش های دیگر اغلب برای تشخیص قابل اعتماد ذرات مختلف استفاده می شود.

ثبت ذرات باردار بر اساس پدیده یونیزاسیون یا تحریک اتم ها است که در ماده آشکارساز ایجاد می کنند. این اساس کار آشکارسازهایی مانند محفظه ابر، محفظه حباب، اتاق جرقه، امولسیون های عکاسی، سوسوزن گاز و آشکارسازهای نیمه هادی است. ذرات بدون بار (کوانتا، نوترون، نوترینو) توسط ذرات باردار ثانویه ناشی از تعامل آنها با ماده آشکارساز شناسایی می شوند.

نوترینوها مستقیماً توسط آشکارساز ثبت نمی شوند. آنها انرژی و شتاب خاصی را با خود می برند. کمبود انرژی و تکانه را می توان با اعمال قانون بقای انرژی و تکانه برای سایر ذرات ثبت شده در نتیجه واکنش تشخیص داد.

ذرات به سرعت در حال پوسیدگی توسط محصولات فروپاشی آنها ثبت می شوند. آشکارسازها به طور گسترده ای برای مشاهده مستقیم مسیر ذرات مورد استفاده قرار گرفته اند. بنابراین با کمک یک محفظه ابری که در یک میدان مغناطیسی قرار داده شده است، پوزیترون، میون و مزون - با کمک یک اتاقک حباب - بسیاری از ذرات عجیب و غریب، با کمک یک اتاق جرقه، رویدادهای نوترینو ثبت شدند و غیره.

1. شمارنده گایگر. شمارنده گایگر معمولاً یک کاتد استوانه ای است که در امتداد محور آن یک سیم کشیده می شود - آند. سیستم با مخلوط گاز پر شده است.

هنگام عبور از شمارنده، ذره باردار گاز را یونیزه می کند. الکترون های حاصل که به سمت الکترود مثبت - رشته حرکت می کنند و در ناحیه یک میدان الکتریکی قوی قرار می گیرند، شتاب می گیرند و به نوبه خود مولکول های گاز را یونیزه می کنند که منجر به تخلیه تاج می شود. دامنه سیگنال به چندین ولت می رسد و به راحتی ثبت می شود. شمارنده گایگر عبور یک ذره از شمارنده را ثبت می کند، اما اجازه اندازه گیری انرژی ذره را نمی دهد.

2. شمارنده متناسب.شمارنده تناسبی همان طراحی شمارنده گایگر را دارد. با این حال، به دلیل انتخاب ولتاژ تغذیه و ترکیب مخلوط گاز در یک شمارنده متناسب، هنگامی که گاز توسط یک ذره باردار عبوری یونیزه می شود، تخلیه تاج رخ نمی دهد. تحت عمل میدان الکتریکی ایجاد شده در نزدیکی الکترود مثبت، ذرات اولیه یونیزاسیون ثانویه ایجاد می‌کنند و بهمن‌های الکتریکی ایجاد می‌کنند که منجر به افزایش یونیزاسیون اولیه ذرات ایجاد شده از طریق شمارنده به میزان 10 3 - 10 6 برابر می‌شود. شمارنده تناسبی امکان ثبت انرژی ذرات را فراهم می کند.

3. محفظه یونیزاسیون.درست مانند شمارشگر گایگر و شمارنده تناسبی، محفظه یونیزاسیون از مخلوط گاز استفاده می کند. با این حال، در مقایسه با یک شمارنده تناسبی، ولتاژ تغذیه در محفظه یونیزاسیون کمتر است و تقویت یونیزاسیون در آن رخ نمی دهد. بسته به نیازهای آزمایش، یا فقط جزء الکترونیکی پالس جریان یا اجزای الکترونیکی و یونی برای اندازه گیری انرژی ذرات استفاده می شود.

4. آشکارساز نیمه هادی. دستگاه آشکارساز نیمه هادی که معمولاً از سیلیکون یا ژرمانیوم ساخته می شود شبیه دستگاه محفظه یونیزاسیون است. نقش گاز در یک آشکارساز نیمه هادی توسط یک منطقه حساس ایجاد شده به روش خاصی انجام می شود که در آن هیچ حامل شارژ رایگان در حالت عادی وجود ندارد. هنگامی که در این منطقه، یک ذره باردار باعث یونیزاسیون می شود، به ترتیب، الکترون ها در نوار رسانایی ظاهر می شوند و سوراخ ها در نوار ظرفیت ظاهر می شوند. تحت عمل ولتاژ اعمال شده به الکترودهای رسوب شده در سطح منطقه حساس، حرکت الکترون ها و حفره ها رخ می دهد و یک پالس جریان تشکیل می شود. بار پالس جریان حاوی اطلاعاتی در مورد تعداد الکترون ها و حفره ها و بر این اساس، در مورد انرژی است که ذره باردار در ناحیه حساس از دست داده است. و اگر ذره در ناحیه حساس به طور کامل انرژی خود را از دست داده باشد، با یکپارچه سازی پالس جریان، اطلاعاتی در مورد انرژی ذره به دست می آید. آشکارسازهای نیمه هادی قدرت تفکیک انرژی بالایی دارند.

تعداد جفت یون های نیون در یک شمارنده نیمه هادی با فرمول N یون = E/W تعیین می شود.

در جایی که E انرژی جنبشی ذره است، W انرژی لازم برای تشکیل یک جفت یون است. برای ژرمانیوم و سیلیکون، W ~ 3-4 eV و برابر با انرژی مورد نیاز برای انتقال یک الکترون از باند ظرفیت به نوار رسانایی است. مقدار کوچک W وضوح بالای آشکارسازهای نیمه هادی را در مقایسه با آشکارسازهای دیگر که انرژی ذره اولیه در آنها صرف یونیزاسیون می شود، تعیین می کند (Eion >> W).

5. اتاقک ابری.اصل عملکرد یک محفظه ابر بر اساس تراکم بخار فوق اشباع و تشکیل قطرات مایع قابل مشاهده بر روی یون ها در امتداد مسیر یک ذره باردار است که از طریق محفظه پرواز می کند. برای ایجاد بخار فوق اشباع، انبساط آدیاباتیک سریع گاز با کمک یک پیستون مکانیکی اتفاق می افتد. پس از عکاسی از مسیر، گاز در محفظه دوباره فشرده می شود، قطرات روی یون ها تبخیر می شوند. میدان الکتریکی در محفظه برای "پاکسازی" محفظه از یون های تشکیل شده در طول یونیزاسیون گاز قبلی عمل می کند.

6. محفظه حباب.اصل کار بر اساس جوشیدن یک مایع فوق گرم در امتداد مسیر یک ذره باردار است. محفظه حباب ظرفی است که با یک مایع شفاف و فوق گرم پر شده است. با کاهش سریع فشار، زنجیره ای از حباب های بخار در امتداد مسیر ذرات یونیزه تشکیل می شود که توسط یک منبع خارجی روشن می شود و عکس می گیرد. پس از عکاسی از رد، فشار در محفظه بالا می رود، حباب های گاز فرو می ریزند و محفظه دوباره آماده بهره برداری می شود. هیدروژن مایع به عنوان سیال کاری در محفظه استفاده می شود که به طور همزمان به عنوان یک هدف هیدروژنی برای مطالعه برهمکنش ذرات با پروتون ها عمل می کند.

محفظه ابر و محفظه حباب دار این مزیت بزرگ را دارند که می توانند مستقیماً تمام ذرات باردار تولید شده در هر واکنش را مشاهده کنند. برای تعیین نوع ذره و تکانه آن، محفظه‌های ابر و محفظه‌های حباب در میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند. محفظه حباب دار در مقایسه با محفظه ابر، چگالی بیشتری از مواد آشکارساز دارد و بنابراین مسیرهای ذرات باردار به طور کامل در حجم آشکارساز محصور می شود. رمزگشایی عکس ها از محفظه های حباب دار یک مشکل زمان بر جداگانه را ارائه می دهد.

7. امولسیون های هسته ای.به طور مشابه، همانطور که در عکاسی معمولی اتفاق می‌افتد، یک ذره باردار ساختار شبکه کریستالی دانه‌های هالید نقره را در مسیر خود مختل می‌کند و آنها را قادر به توسعه می‌کند. امولسیون هسته ای یک ابزار منحصر به فرد برای ثبت رویدادهای نادر است. پشته های امولسیون هسته ای امکان تشخیص ذرات با انرژی بسیار بالا را فراهم می کند. می توان از آنها برای تعیین مختصات مسیر یک ذره باردار با دقت ~ 1 میکرون استفاده کرد. امولسیون های هسته ای به طور گسترده ای برای تشخیص ذرات کیهانی در بالون ها و وسایل نقلیه فضایی استفاده می شود.

8. محفظه جرقه.محفظه جرقه شامل چندین شکاف جرقه مسطح است که در یک حجم ترکیب شده اند. پس از عبور ذره باردار از محفظه جرقه، یک پالس کوتاه ولتاژ بالا به الکترودهای آن اعمال می شود. در نتیجه یک کانال جرقه قابل مشاهده در طول مسیر تشکیل می شود. محفظه جرقه ای که در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد نه تنها تشخیص جهت حرکت ذرات، بلکه تعیین نوع ذره و تکانه آن را با انحنای مسیر ممکن می سازد. ابعاد الکترودهای محفظه جرقه می تواند تا چندین متر باشد.

9. دوربین استریمر.این یک آنالوگ از محفظه جرقه است، با فاصله بین الکترود بزرگ ~ 0.5 متر. مدت زمان تخلیه ولتاژ بالا اعمال شده به شکاف های جرقه ~10 -8 ثانیه است. بنابراین، این یک شکست جرقه نیست که تشکیل می شود، بلکه کانال های نوری کوتاه نوری - استریمرها را جدا می کند. چندین ذره باردار می توانند به طور همزمان در محفظه استریمر ثبت شوند.

10. اتاق متناسب.یک محفظه تناسبی معمولاً به شکل مسطح یا استوانه ای است و به نوعی شبیه شمارنده تناسبی چند الکترودی است. الکترودهای سیم فشار قوی در فاصله چند میلی متری از یکدیگر جدا می شوند. ذرات باردار با عبور از سیستم الکترودها، یک پالس جریان بر روی سیم ها با مدت زمان ~10-7 ثانیه ایجاد می کنند. با ثبت این پالس ها از سیم های مجزا، می توان مسیر ذرات را با دقت چند میکرون بازسازی کرد. زمان تفکیک محفظه متناسب چند میکروثانیه است. وضوح انرژی محفظه متناسب ~ 5-10٪ است.

11. محفظه دریفت.این یک آنالوگ از یک محفظه متناسب است که به شما امکان می دهد مسیر ذرات را با دقت بیشتری بازیابی کنید.

محفظه های جرقه، جریان، متناسب و رانش بسیاری از مزایای محفظه های حباب دار را دارند که به آنها اجازه می دهد از یک رویداد مورد علاقه تحریک شوند و از آنها برای مطابقت با آشکارسازهای سوسوزن استفاده کنند.

12. آشکارساز سوسوزن. آشکارساز سوسوزن از خاصیت مواد خاصی برای درخشش هنگام عبور یک ذره باردار استفاده می کند. سپس کوانتوم های نوری تولید شده در سوسوزن با استفاده از فتومولتیپلایر ثبت می شوند. از هر دو سوسوزن کریستالی، به عنوان مثال، NaI، BGO، و همچنین پلاستیک و مایع استفاده می شود. سوسوزن های کریستالی عمدتاً برای تشخیص کوانتاهای گاما و اشعه ایکس، پلاستیک و مایع - برای تشخیص نوترون ها و اندازه گیری های زمان استفاده می شوند. حجم زیاد سوسوزن ها امکان ایجاد آشکارسازهای با کارایی بسیار بالا برای تشخیص ذرات با سطح مقطع اندک برهمکنش با ماده را فراهم می کند.

13. کالری سنج.کالریمترها لایه های متناوب یک ماده هستند که در آنها ذرات پرانرژی کاهش می یابند (معمولاً اینها لایه های آهن و سرب هستند) و آشکارسازها که به عنوان اتاق های جرقه و متناسب یا لایه های سوسوزن استفاده می شوند. یک ذره یونیزه کننده پرانرژی (E > 1010 eV)، با عبور از کالری سنج، تعداد زیادی ذرات ثانویه را ایجاد می کند که در تعامل با ماده کالری سنج، به نوبه خود ذرات ثانویه ایجاد می کنند - بارانی از ذرات را در جهت ایجاد می کنند. ذره اولیه با اندازه گیری یونیزاسیون در محفظه های جرقه یا متناسب یا خروجی نور سوسوزن ها می توان انرژی و نوع ذره را تعیین کرد.

14. شمارنده چرنکوف.عملکرد شمارنده چرنکوف بر اساس ثبت تابش چرنکوف-واویلوف است، که زمانی اتفاق می‌افتد که یک ذره در محیطی با سرعت v بیشتر از سرعت انتشار نور در محیط حرکت می‌کند (v > c/n). نور تابش چرنکوف با زاویه ای در جهت حرکت ذرات به سمت جلو هدایت می شود.

انتشار نور با استفاده از مولتی پلایر نوری ثبت می شود. با کمک شمارنده چرنکوف می توان سرعت یک ذره را تعیین کرد و ذرات را با توجه به سرعت آنها انتخاب کرد.

بزرگترین آشکارساز آب که در آن ذرات با استفاده از تابش چرنکوف شناسایی می شوند، آشکارساز Superkamiokande (ژاپن) است. آشکارساز شکل استوانه ای دارد. قطر حجم کار آشکارساز 39.3 متر ارتفاع 41.4 متر جرم آشکارساز 50 تن و حجم کار برای ثبت نوترینوهای خورشیدی 22 تن است. آشکارساز Superkamiokande دارای 11000 فتومولتیپلایر است که 40 درصد از سطح آشکارساز را اسکن می کند.

محفظه ابر یک آشکارساز مسیر ذرات باردار اولیه است که در آن مسیر (رد) یک ذره زنجیره ای از قطرات کوچک مایع را در امتداد مسیر حرکت آن تشکیل می دهد. اختراع سی ویلسون در سال 1912 (جایزه نوبل در سال 1927). در محفظه ابر (نگاه کنید به شکل 7.2)، مسیر ذرات باردار به دلیل متراکم شدن بخار فوق اشباع بر روی یون های گاز تشکیل شده توسط ذره باردار قابل مشاهده می شود. قطرات مایع روی یون ها تشکیل می شوند که به اندازه کافی برای مشاهده (10-3-10-4 سانتی متر) و عکاسی در نور خوب رشد می کنند. وضوح فضایی یک محفظه ابر معمولاً 0.3 میلی متر است. محیط کار اغلب مخلوطی از بخار آب و الکل با فشار 0.1-2 اتمسفر است (بخار آب عمدتاً روی یون های منفی متراکم می شود ، بخار الکل روی یون های مثبت). فوق اشباع با کاهش سریع فشار به دلیل انبساط حجم کار به دست می آید. زمان حساسیت دوربین، که در طی آن فوق اشباع برای تراکم روی یون‌ها کافی باقی می‌ماند، و خود حجم به طور قابل قبولی شفاف است (بدون بارگذاری بیش از حد با قطرات، از جمله قطرات پس‌زمینه)، از صدم ثانیه تا چند ثانیه متغیر است. پس از آن لازم است حجم کار دوربین را تمیز کرده و حساسیت آن را بازیابی کنید. بنابراین، محفظه ابر در حالت چرخه ای عمل می کند. کل زمان چرخه معمولا > 1 دقیقه.

قابلیت های محفظه ابر زمانی که در میدان مغناطیسی قرار می گیرد به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. با توجه به خط سیر یک ذره باردار که توسط میدان مغناطیسی منحنی می شود، علامت بار و تکانه آن مشخص می شود. با استفاده از یک محفظه ابر در سال 1932، K. Anderson یک پوزیترون را در پرتوهای کیهانی کشف کرد.

یک پیشرفت مهم که در سال 1948 توسط جایزه نوبل (P. Blackett) اعطا شد، ایجاد یک اتاقک ابری کنترل شده بود. شمارنده های ویژه رویدادهایی را که باید توسط اتاق ابر ثبت شود انتخاب می کنند و اتاق را فقط برای مشاهده چنین رویدادهایی "شروع" می کنند. کارایی یک محفظه ابری که در این حالت کار می کند چندین برابر افزایش می یابد. "کنترل پذیری" محفظه ابر با این واقعیت توضیح داده می شود که امکان ارائه نرخ بسیار بالایی از انبساط محیط گازی وجود دارد و محفظه زمان دارد تا به سیگنال راه اندازی شمارنده های خارجی پاسخ دهد.

تمام دروس فیزیک کلاس 11
سطح اکادمی

ترم 2

فیزیک اتمی و هسته ای

درس 11/88

موضوع. روشهای ثبت تشعشعات یونیزان

هدف درس: آشنایی دانش آموزان با روش های نوین تشخیص و مطالعه ذرات باردار.

نوع درس: درس یادگیری مطالب جدید.

طرح درس

کنترل دانش		1. نیمه عمر. 2. قانون واپاشی رادیواکتیو. 3. رابطه بین ثابت نیمه عمر و شدت تابش رادیواکتیو.
تظاهرات		2. مشاهده مسیرهای ذرات در یک محفظه ابر. 3. عکس های رد ذرات باردار در یک محفظه حباب.
یادگیری مطالب جدید		1. ساختار و اصل عملکرد شمارنده گایگر مولر. 2. محفظه یونیزاسیون. 3. اتاقک ابری. 4. محفظه حباب. 5. روش امولسیون عکاسی لایه ضخیم.
تلفیق مطالب مورد مطالعه		1. سوالات کیفی. 2. یادگیری حل مسائل.

مطالعه مواد جدید

تمام ثبت‌های مدرن ذرات و تشعشعات هسته‌ای را می‌توان به دو گروه تقسیم کرد:

الف) روش های محاسباتی مبتنی بر استفاده از ابزار، تعداد ذرات یک نوع یا دیگری را شمارش می کند.

ب) روش های ردیابی که امکان بازآفرینی ذرات را فراهم می کند. شمارنده گایگر مولر یکی از مهم ترین وسایل برای شمارش خودکار ذرات است. عملکرد شمارنده بر اساس یونیزاسیون ضربه است. یک ذره باردار از میان گاز عبور می کند و الکترون ها را از اتم ها جدا می کند و یون های مثبت و الکترون های آزاد ایجاد می کند. میدان الکتریکی بین آند و کاتد، الکترون ها را به انرژی هایی که در آن یونیزاسیون شروع می شود، شتاب می دهد. شمارنده گایگر مولر عمدتاً برای ثبت الکترون ها و تابش γ استفاده می شود.

چنین محفظه ای امکان اندازه گیری دوز پرتوهای یونیزان را فراهم می کند. معمولاً این یک خازن استوانه ای است که بین صفحات آن گاز وجود دارد. ولتاژ بالا بین صفحات اعمال می شود. در غیاب تابش یونیزان عملا جریانی وجود ندارد و در مورد تابش گاز ذرات باردار آزاد (الکترون ها و یون ها) در آن ظاهر شده و جریان ضعیفی جریان می یابد. این جریان ضعیف تقویت و اندازه گیری می شود. قدرت جریان مشخص کننده اثر یونیزه تابش (γ-quanta) است.

یک اتاق ابری که در سال 1912 ایجاد شد، فرصت های بسیار بیشتری را برای مطالعه دنیای خرد فراهم می کند. در این محفظه، یک ذره باردار سریع ردی از خود به جا می گذارد که می توان مستقیماً آن را مشاهده کرد یا از آن عکس گرفت.

عملکرد محفظه ابر بر اساس تراکم بخار فوق اشباع بر روی یون ها با تشکیل قطرات آب است. این یون ها در طول مسیر حرکت آن توسط یک ذره باردار متحرک ایجاد می شوند. قطرات یک اثر قابل مشاهده از ذره ای را تشکیل می دهند که پرواز کرده است - یک مسیر.

اطلاعاتی که توسط مسیرهای موجود در محفظه ابری ارائه می شود بسیار کاملتر از آن چیزی است که شمارنده ها می توانند ارائه دهند. انرژی ذرات را می توان از طول مسیر تعیین کرد و سرعت آن را می توان از تعداد قطرات در واحد طول مسیر تخمین زد.

فیزیکدانان روسی P. L. Kapitsa و D. V. Skobeltsin پیشنهاد کردند که محفظه ابر در یک میدان مغناطیسی یکنواخت قرار گیرد. یک میدان مغناطیسی بر روی یک ذره متحرک باردار با نیروی معینی عمل می کند. این نیرو مسیر حرکت ذره را بدون تغییر در مدول سرعت آن خم می کند. در پشت انحنای مسیر، می توان نسبت بار یک ذره به جرم آن را تعیین کرد.

معمولاً ردهای ذرات در یک محفظه ابری نه تنها مشاهده می‌شوند، بلکه عکس‌برداری نیز می‌شوند.

در سال 1952، دانشمند آمریکایی D. Glaser پیشنهاد کرد که از مایعی فوق گرم برای تشخیص ردیابی ذرات استفاده شود. در این مایع، حباب‌های بخار روی یون‌هایی که در حین حرکت یک ذره باردار سریع تشکیل شده‌اند ظاهر می‌شوند که مسیری قابل مشاهده را ایجاد می‌کنند. محفظه هایی از این نوع را اتاقک های حبابی می نامیدند.

مزیت محفظه حباب دار نسبت به محفظه ابر به دلیل چگالی بیشتر ماده کار است. در نتیجه، مسیرهای ذرات کاملاً کوتاه هستند و حتی ذرات پرانرژی در محفظه گیر می کنند. این امر امکان مشاهده یک سری دگرگونی های متوالی ذره و واکنش های ناشی از آن را فراهم می کند.

مسیرهای موجود در محفظه ابر و محفظه حباب یکی از منابع اصلی اطلاعات در مورد رفتار و خواص ذرات هستند.

ارزانترین روش ثبت ذرات و تشعشعات، امولسیون نوری است. این مبتنی بر این واقعیت است که یک ذره باردار، که در یک امولسیون عکاسی حرکت می کند، مولکول های برومید نقره را در آن دانه هایی که از آن عبور کرده است، از بین می برد. در طول توسعه، نقره فلزی در کریستال ها کاهش می یابد و زنجیره ای از دانه های نقره یک مسیر ذرات را تشکیل می دهد. از طول و ضخامت مسیر می توان برای تخمین انرژی و جرم ذره استفاده کرد.

سوال از دانش آموزان در حین ارائه مطالب جدید

سطح اول

1. آیا ثبت ذرات بدون بار با استفاده از محفظه ابر امکان پذیر است؟

2. محفظه حباب دار نسبت به محفظه ابر چه مزیت هایی دارد؟

مرحله دوم

1. چرا ذرات آلفا با استفاده از شمارنده گایگر مولر ثبت نمی شوند؟

2. با استفاده از محفظه ابری که در میدان مغناطیسی قرار داده شده است، چه ویژگی های ذرات را می توان تعیین کرد؟

پیکربندی مواد مورد مطالعه

1. چگونه می توان با استفاده از یک محفظه ابر ماهیت ذره ای را که از داخل محفظه پرواز کرد، انرژی و سرعت آن تعیین کرد؟

2. برای چه منظوری اتاق ابر گاهی اوقات با یک لایه سرب مسدود می شود؟

3. میانگین مسیر آزاد یک ذره در کجا بیشتر است: در سطح زمین یا در اتمسفر فوقانی؟

1. شکل، مسیری از یک ذره را نشان می دهد که در یک میدان مغناطیسی یکنواخت با القای مغناطیسی 100 mT، عمود بر صفحه شکل حرکت می کند. فاصله خطوط شبکه در شکل 1 سانتی متر است سرعت ذره چقدر است؟

2. عکس نشان داده شده در شکل در یک محفظه ابری پر از بخار آب گرفته شده است. چه ذره ای می تواند از محفظه ابر عبور کند؟ فلش جهت سرعت اولیه ذره را نشان می دهد.