Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

Оценивание!
1. Самый активный.
2.Тестиро
вание.

Цель урока:
Изучить устройство и принцип действия установок для регистрации и изучения элементарных частиц.

«Ничего не надо бояться – Надо лишь понять неизвестное». Мария Кюри.

Актуализация опорных знаний:
Что такое «атом» ?
Каковы его размеры?
Какую модель атома предложил Томсон ?
Какую модель атома предложил Резерфорд?
Почему модель Резерфорда назвали «Планетарной моделью строения атома»?
Каково строение атомного ядра?

Тема урока:
Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц.

Атом – «неделимый» (Демокрит).
Молекула
вещество
микромир
макромир
мегамир
Классическая физика
Квантовая физика

Как изучать и наблюдать микромир?
Проблема!
Проблема!

Проблема:
Мы начинаем с вами изучать физику атомного ядра, рассмотрим их различные превращения и ядерных (радиоактивных) излучений. Эта область знаний имеет большое научное и практическое значение.
Многообразные применения в науке, медицине, технике, сельском хозяйстве получили радиоактивные разновидности атомных ядер.
Сегодня мы рассмотрим устройства и методы регистрации, которые позволяют обнаружить микрочастицы, изучить их столкновения и превращения, т е. дают всю информацию о микромире, а на основе этого и о мерах защиты от облучения.
Они дают нам информацию о поведении и характеристиках частиц: знак и величину электрического заряда, массу этих частиц, её скорость, энергию и т.д. С помощью регистрирующих приборов учёные смогли получить знания о «микромире».

Регистрирующий прибор – это сложная макроскопическая система, которая может находиться в неустойчивом состоянии. При небольшом возмущении, вызванном пролетевшей частицей, начинается процесс перехода системы в новое, более устойчивое состояние. Этот процесс и позволяет регистрировать частицу.
В настоящее время используется много разнообразных методов регистрации частиц.

Счётчик Гейгера
Камера Вильсона
Пузырьковая камера
Фотографические
эмульсии
Сцинтилляционный
метод
Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц
Искровая камера
В зависимости от целей эксперимента и условий, в которых он проводиться, применяются те или иные регистрирующие устройства, отличающиеся друг от друга по основным характеристикам.

В ходе изучения материала вы заполните таблицу.

Счётчик Гейгера:
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.
Устройство:
Назначение:
Достоинства:
-1. компактность
-2. эффективность
-3. быстродействие
-4. высокая точность (10ООО частиц/с).
анод
Катод.
Стеклянная трубка

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 - уран, Th - торий).
Счётчик Гейгера.

1882г. нем физик Вильгельм Гейгер.
Различные виды счётчиков Гейгера.

Камера Вильсона:
служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков).
Назначение:
Внутренний объем камеры заполнен парами спирта или воды в перенасыщенном состоянии:
при опускании поршня уменьшается давление внутри камеры и понижается температура, в результате адиабатного процесса образуется перенасыщенный пар.
По следу пролета частицы конденсируются капельки влаги и образуется трек – видимый след.
Стеклянная пластина

Изобрёл прибор в 1912 году английский физик Вильсон для наблюдения и фотографирования следов заряженных частиц. Ему в 1927 году присуждена Нобелевская премия.
Советские физики П.Л.Капица и Д.В.Скобельцин предложили помещать камеру Вильсона в однородное магнитное поле.

Назначение:
При помещении камеры в магнитное поле по треку можно определить: энергию, скорость, массу и заряд частицы.
По длине и толщине трека, по его искривлению в магнитном поле определяют характеристики пролетевшей радиоактивной частицы.
Например, 1. альфа-частица дает сплошной толстый трек,
2. протон - тонкий трек,
3. электрон - пунктирный трек.

Различные виды камер Вильсона и фотографии треков частиц.

Пузырьковая камера:
Вариант камеры Вильсона.
При резком понижении поршня жидкость, находящаяся под высоким давлением, переходит в перегретое состояние. При быстром движении частицы по следу образуются пузырьки пара, т. е. жидкость закипает, виден трек.
Преимущества перед камерой Вильсона:
- 1. большая плотность среды, следовательно короткие треки
- 2. частицы застревают в камере и можно проводить дальнейшее наблюдение частиц
-3. большее быстродействие.
1952 год. Д.Глейзер.

Различные виды пузырьковой камеры и фотографии треков частиц.

Метод толстослойных фотоэмульсий:
20-е г.г. Л.В.Мысовский, А.П.Жданов.
- служит для регистрации частиц
- позволяет регистрировать редкие явления из-за большого время экспозиции.
Фотоэмульсия содержит большое количество микрокристаллов бромида серебра.
Влетающие частицы ионизируют поверхность фотоэмульсий. Кристаллики AgВr (бромида серебра) распадаются под действием заряженных частиц и при проявлении выявляется след от пролета частицы - трек.
По длине и толщине трека можно определить энергию и массу частиц.

метод имеет такие преимущества:
1. Им можно регистрировать траектории всех частиц, пролетевших сквозь фотопластинку за время наблюдения.
2. Фотопластинка всегда готова для применения, (эмульсия не требует процедур, которые приводили бы ее в рабочее состояние).
3. Эмульсия обладает большой тормозящей способностью, обусловленной большой плотностью.
4. Он дает неисчезающий след частицы, которую потом можно, тщательно изучать.

Недостатки метода: 1. длительность и 2. сложность химической обработки фотопластинок и 3. главное — много времени требуется для рассмотрения каждой пластинки в сильном микроскопе.

Сцинтилляционный метод
В этом методе (Резерфорда) для регистрации используются кристаллы. Прибор состоит из сцинтиллятора, фотоэлектронного умножителя и электронной системы.
1
nv
nv
2
3
e
4
5
6
7

«Методы регистрации заряженных частиц».
(видеоролик).

Методы регистрации частиц:
Метод сцинтилляций
Метод ударной ионизации
Конденсация пара на ионах
Метод толстослойных фотоэмульсий
Частицы, попадающие на экран, покрытый специальным слоем, вызывают вспышки, которые можно наблюдать с помощью микроскопа.
Газоразрядный счётчик Гейгера
Камера Вильсона и пузырьковая камера
Ионизирует поверхность фотоэмульсий
Повторим:

Проверяем таблицу.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
§§59,60
Заполнить таблицу
СПАСИБО ЗА УРОК!