Физика атомного ядра. Радиоактивность. Приборы для регистрации элементарных частиц

Приборы для регистрации элементарных частиц
Регистрирующий прибор – это макроскопическая система, которая может находиться в неустойчивом состоянии. При небольшом возмущении, вызванном пролетевшей частицей, начинается процесс перехода системы в более устойчивое состояние

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц
Счётчик Гейгера
Камера Вильсона
Пузырьковая камера
Толстослойные
фотоэмульсии

Счетчик Гейгера
В наполненной аргоном трубке пролетающая через газ частичка ионизирует его.
Между катодом и анодом возникает электрический ток.
На резисторе R образуется импульс напряжения, который подаётся в регистрирующее устройство.
Прибор для автоматического подсчёта частиц.
Действие счётчика основано на ударной ионизации.
Применяется для регистрации электронов и гамма-квантов.

Камера Вильсона (1912 г.)
В камере заряженная частица оставляет след (трек).
По длине трека определяют энергию частицы, а по числу капелек на единицу длины – её скорость.
Помещая камеру Вильсона в однородное магнитное поле по кривизне трека можно определить отношение заряда частицы к её массе.
Принцип действия основан на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капелек воды.
След альфа-частиц
След бета-частиц
След гамма-лучей

Пузырьковая камера (1952 г.)
Камера заполнена перегретой жидкостью под высоким давлением (сжиженный пропан). Давление резко понижается.
Влетевшая заряженная частица на своем пути ионизирует атомы жидкости, около этих ионов жидкость закипает и образуются пузырьки пара, траектория частицы становится видимой.
Используется для обнаружения треков частиц в перегретой жидкости.
Имеет большую плотность рабочего вещества, поэтому частицы даже с большой энергией застревают в камере, что позволяет наблюдать серию последовательных превращений частиц и вызываемые ею реакции.

Толстослойные фотоэмульсии
Пролетающая сквозь фотоэмульсию заряженная частица действует на
зерна бромистого серебра и образует
скрытое изображение.
После проявления на фотопластинке образуется след (трек).
Метод основан на ионизирующем действии быстрых заряженных частиц на эмульсию фотоплёнки.
Треки не исчезают со временем и могут быть изучены.
По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы.
Благодаря большой тормозящей способности эмульсий увеличивается число наблюдаемых реакций между частицами и ядрами.

Радиоактивность – способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра, при этом процесс превращения сопровождается излучением различных частиц.
Испускаемые лучи называют радиоактивным излучением или радиацией.
Радиоактивность

Исследования радиоактивности
1898 год – открыты радиоактивность тория, полония и радия.
Все химические элементы,
начиная с номера 83,
обладают радиоактивностью

Ионизируют воздух, атомы и молекулы живых организмов, особенно костного мозга и пищеварительного тракта, поражает гены в хромосомах, в больших дозах отрицательно влияет на наследственность
Действуют на фотопластинку
Светятся после облучения солнечным светом ( соли урана )
Проникают через непрозрачные предметы (тело человека )
Интенсивность излучения зависит только от массы радиоактивного вещества
Интенсивность излучения не зависит от внешних факторов (давление, температура, освещенность, электрические разряды)
Излучение сопровождается выделением энергии , во много раз большей, чем при химических реакциях
Свойства радиоактивных излучений

Природа радиоактивного излучения
(опыт проведен Резерфордом в 1899 году)
α- лучи - ядра атома гелия, двигающиеся со скоростью
20 000 км /c
β- лучи - поток электронов, двигающихся со скоростью от
100 000 км /c до 300 000 км/с.

Свойства радиоактивных излучений

Проникающая способность радиоактивных излучений
Лист картона (0,1 мм)

Радиоактивные превращения
В результате исследований было выяснено:
1) обычные воздействия не влияют на интенсивность излучения
2) радиоактивность сопровождается выделением энергии
3) радиоактивность сопровождается самопроизвольным превращением одного химического элемента в другой
4) в результате радиоактивного излучения изменяются ядра атомов химических элементов

Правило смещения
При альфа-распаде заряд ядра уменьшается на 2 элементарных заряда, масса убывает на 4 а.е.м. и образуется новый элемент, расположенный на две клетки ближе к началу периодической системы: