Презентація на тему «Методи спостереження і реєстрації заряджених частинок»
Методи спостереження і реєстрації заряджених частинок
Підготувала учениця 11-А класу
Подмаркова Вікторія
Перша група реєструвальних приладів (детекторів) ґрунтується на здатності заряджених частинок і γ-квантів, які проходять через газ, йонізувати його.
Друга група приладів (фотоемульсійні пластинки, кристалічні лічильники) використовує здатність зарядженої частинки iонізувати кристали броміду аргентуму, що містяться у фотоемульсії, або iонізувати кристали напівпровідника і, отже, різко змінювати його електропровідність.
Третя група приладів (сцинтиляційні та черенківські лічильники) використовує флюоресценцію, яка збуджується зарядженою частинкою, або світіння Черенкова при проходженні частинки крізь речовину.
До четвертої групи приладів належать трекові прилади для реєстрування заряджених частинок — камера Вільсона, дифузійна та бульбашкова камери.
Iонізаційна камера
Найпростіша йонізаційна камера має вигляд замкненої посудини, заповненої газом при певному тиску, всередині якої між електродами створюється електричне поле.
лічильники Гейгера — Мюллера
Iонізаційні камери поділяють на два види: лічильно-iонізаційні, розраховані на реєстрацію проходження через камеру однієї якої-небудь частинки, та інтегруючі iонізаційні, які застосовують для вимірювання інтенсивності потоку частинок.
До іонізаційних лічильників належать пропорційні лічильники та лічильники із самостійним газовим розрядом — лічильники Гейгера — Мюллера.
Пропорційні лічильники
Іонізаційна камера працює в режимі струму насичення, тому її чутливість до реєстрації окремих частинок низька. Чутливість значно підвищується, якщо іонізаційна камера працює в режимі газового підсилення.
Лічильник Гейгера — Мюллера
Подальше зростання напруги між електродами спричинює самостійний розряд у газі та великі імпульси розрядного струму, які можна реєструвати за допомогою вимірювальних приладів. За таким принципом працює лічильник Гейгера — Мюллера. До електродів лічильника прикладають напругу 0,8...3 кВ.
Кількість відліків, яку може зробити лічильник за одиницю часу (роздільна здатність), залежить також від прикладеної до електродів лічильника напруги. Цю залежність показано на рис. За допомогою одного лічильника Гейгера — Мюллера можна лише зареєструвати факт проходження частинки через лічильник.
Напівпровідникові (кристалічні) лічильники
Простота пристрою та експлуатації, малі розміри, висока чутливість і швидке зростання імпульсу струму є характерними позитивними властивостями кристалічних лічильників.
Сцинтиляційні лічильники
Сцинтиляційні лічильники — це прилади, що складаються з речовини (люмінофора, фосфору), яка люмінесціює під дією iонізуючих частинок, фотоелектронного помножувача та відлікового пристрою.
Позитивною властивістю сцинтиляційних лічильників є виключно короткий час та висока ефективність лічби, яка на кілька порядків перевищує ефективність іонізаційних лічильників.
Першим із таких реєстраторів частинок був спінтарископ
Лічильники Черепкова
Дія цих приладів ґрунтується на використанні світіння Вавилова — Черенкова.
Лічильники Черенкова за принципом дії подібні до сцинтиляційних лічильників, але в них замість люмінофору використовується речовина, в якій досліджувана частинка зумовлює видиме черенківське випромінювання.
Трекові прилади для реєстрації частинок
У цих приладах іони є центрами конденсації пересиченої пари і центрами, на яких утворюється пара в перегрітій рідині
Камера Вільсона
Історично першим трековим приладом, за допомогою якого безпосередньо спостерігали сліди окремих заряджених частинок та ядерні перетворення, була камера Вільсона, створена англійським фізиком Ч. Вільсоном (1912 р.).
Принцип дії камери Вільсона ґрунтується на здатності iонів бути центрами конденсації краплинок у пересиченій парі. Камера Вільсона має вигляд герметично замкненого об'єму V (робочий об'єм), заповненого якимось газом, що не конденсується (повітря, водень, гелій, аргон, азот), і насичений парами деяких рідин, найчастіше парою суміші рідин (вода і спирт)
Фото треків від йонізаційного випромінювання в камері Вільсона (короткі: від α-частинок, довгі: від β-частинок).
Д. В. Скобельцин
Дифузійна камера
Дифузійна камера — прилад, призначений для спостереження треків iонізуючих частинок, який вперше запропонував А. Лангдорф (1939 р.)
Дифузійна камера — це видозмінена конструкція камери Вільсона, але на відміну від якої дифузійна камера весь час перебуває в робочому стані. В основі її роботи лежить також явище конденсації краплинок з пересиченої пари на iонах уздовж траєкторії частинки, що пролітає.
Бульбашкова камера
Істотним недоліком камери Вільсона та дифузійної камери є мала гальмівна здатність робочих речовин, які використовуються в них. У 1952 р. Д. Глезер (США) побудував прилад, що дістав назву бульбашкової камери
Рідина, якою заповнюють камеру, перебуває під підвищеним тиском, що запобігає її закипанню. При різкому зниженні тиску до нормального рідина виявляється перегрітою. Якщо в цей час через камеру пролетить заряджена частинка, то на утворених на її шляху йонах починається бурхливе пароутворення, а слід частинки стає видимим.
Перші треки, що побачили в бульбашковій камері
Фотоемульсійний метод
Суть цього методу полягає в тому, що спеціально виготовлена фотоемульсія здатна реєструвати шлях зарядженої частинки. Чим більша йонізуюча дія частинки, що пролітає, тобто чим більші втрати її енергії на йонізацію, тим більше виникає чорних зернин на її шляху і тим густішим буде слід частинки.
Фотоемульсійний метод
Суть цього методу полягає в тому, що спеціально виготовлена фотоемульсія здатна реєструвати шлях зарядженої частинки. Чим більша йонізуюча дія частинки, що пролітає, тобто чим більші втрати її енергії на йонізацію, тим більше виникає чорних зернин на її шляху і тим густішим буде слід частинки.
