Atomu kodola fizika. Eksperimentālās metodes elementārdaļiņu ierakstīšanai. Elementārdaļiņu reģistrēšanas metodes Daļiņu novērošanas un reģistrēšanas metodes tabula
Fizikas stundu plāns 11. klasei.
Temats: Elementārdaļiņu novērošanas un reģistrēšanas metodes.
Nodarbības mērķis: iepazīstināt skolēnus ar ierīcēm, ar kuru palīdzību attīstījās atomu kodolu un elementārdaļiņu fizika; Nepieciešamā informācija par procesiem mikrokosmosā tika iegūta tieši pateicoties šīm ierīcēm.
Nodarbību laikā
Mājas darbu pārbaude, izmantojot frontālās aptaujas metodi
Kāda bija pretruna starp Rezerforda atoma modeli un klasisko fiziku?
Bora kvantu postulāti.
9) Uzdevums. Cik daudz mainās elektrona enerģija ūdeņraža atomā, kad atoms izstaro fotonu ar viļņa garumu 4,86 ∙ 10-7 m?
Risinājums. ∆E = h ν; ν = c/λ; ∆E = h c /λ; ∆E=4,1 ∙10–19 J.
2. Jauna materiāla apgūšana
Ierakstīšanas ierīce ir makroskopiska sistēma nestabilā stāvoklī. Jebkuriem traucējumiem, ko izraisa garāmejoša daļiņa, sistēma pāriet uz stabilāku pozīciju. Pārejas process ļauj reģistrēt daļiņu. Pašlaik elementārdaļiņu ierakstīšanai ir daudz ierīču. Apskatīsim dažus no tiem.
A) Geigera gāzizlādes skaitītājs.
Šo ierīci izmanto automātiskai daļiņu skaitīšanai.
Izskaidrojiet skaitītāja uzbūvi, izmantojot plakātu. Skaitītājs darbojas, pamatojoties uz triecienjonizāciju.
Geigera skaitītājs tiek izmantots, lai reģistrētu γ kvantus un elektronus; skaitītājs skaidri nosaka un saskaita gandrīz visus elektronus un tikai vienu no simts γ kvantiem.
Smagās daļiņas skaitītājs neuzskaita. Ir skaitītāji, kas darbojas pēc citiem principiem.
B)Vilsona kamera.
Skaitītājs uzskaita tikai garām lidojošo daļiņu skaitu. 1912. gadā projektētajā Vilsona kamerā pēc daļiņas pārejas ir palikusi trase (trase), ko var novērot, fotografēt un pētīt.
Zinātnieki mākoņu kameru sauca par logu uz mikropasauli.
Izskaidrojiet kameras dizainu un darbības principu, izmantojot plakātu. Mākoņu kameras darbības pamatā ir pārsātināto tvaiku kondensācija, kas uz joniem veido ūdens pilienu pēdas. Trases garumu var izmantot, lai noteiktu daļiņas enerģiju; pamatojoties uz pilienu skaitu trases garuma vienībā, aprēķina tā ātrumu; Lidojošās daļiņas lādiņš tiek noteikts pēc trases biezuma. Novietojot kameru magnētiskajā laukā, mēs pamanījām trases izliekumu, kas bija lielāks, jo lielāks bija lādiņš un mazāka daļiņas masa. Nosakot daļiņas lādiņu un zinot trases izliekumu, tiek aprēķināta tās masa.
IN)Burbuļu kamera.
Amerikāņu zinātnieks Glasers 1952. gadā izveidoja jauna veida kameru elementārdaļiņu pētīšanai. Tas bija līdzīgs mākoņu kamerai, taču tika nomainīts darba šķidrums; pārsātinātos tvaikus aizstāja ar pārkarsētu šķidrumu. Ātri kustīga daļiņa, pārvietojoties pa šķidrumu, veidoja burbuļus uz joniem (šķidrumam vārot) - kameru sauca par burbuļu kameru.
Lielais darba vielas blīvums piešķir burbuļu kamerai priekšrocības salīdzinājumā ar mākoņu kameru.
Daļiņu ceļi burbuļu kamerā ir īsi, taču mijiedarbība ir spēcīgāka un dažas daļiņas iestrēgst darba vielā. Rezultātā kļūst iespējams novērot daļiņu pārvērtības. Trases ir galvenais informācijas avots par daļiņu īpašībām.
G)Biezslāņu fotoemulsiju metode.
Lādētu daļiņu jonizējošā iedarbība uz fotoplākšņu emulsiju tiek izmantota, lai pētītu elementārdaļiņu īpašības kopā ar burbuļkameru un mākoņu kameru. Uzlādēta daļiņa lielā ātrumā iekļūst fotogrāfiskā emulsijā, kas satur sudraba bromīda kristālus. Noņemot elektronus no dažiem emulsijas broma atomiem, parādās latentais attēls. Daļiņu trase parādās pēc fotoplates attīstīšanas. Daļiņu enerģija un masa tiek aprēķināta no trases garuma un biezuma.
Ir daudz citu ierīču un instrumentu, kas reģistrē un pēta elementārdaļiņas.
3. Izpētītā materiāla konsolidācija.
1) Kas ir ierakstīšanas ierīce?
2) Ģēģera skaitītāja darbības princips; Vilsona kameras; burbuļkamera, biezslāņa fotoemulsijas metode.
3) Kādas ir burbuļu kameras priekšrocības salīdzinājumā ar mākoņu kameru?
Apkoposim nodarbību.
Mājas darbs: §98, atkārtojums, §97
Nodarbības mērķis: iepazīstināt skolēnus ar ierīcēm, ar kuru palīdzību attīstījās atomu kodolu un elementārdaļiņu fizika; Nepieciešamā informācija par procesiem mikrokosmosā tika iegūta tieši pateicoties šīm ierīcēm.
Nodarbību laikā
1. Mājas darbu pārbaude, izmantojot frontālās aptaujas metodi
1) Kādu starojumu sauc par inducētu?
2) Kad parādījās pirmie lāzeri; kas ir viņu radītāji?
3) Kādas ir lāzera starojuma īpašības?
4) Kāds ir lāzeru darbības princips?
5) Kam tiek izmantota trīspakāpju sistēma?
6) Kā darbojas rubīna lāzers?
7) Kādi citi lāzeru veidi pastāv?
8) Kur tiek izmantoti lāzeri?
9) Uzdevums. Cik daudz mainās elektrona enerģija ūdeņraža atomā, kad atoms izstaro fotonu ar viļņa garumu 4,86 ∙ 10-7 m?
Risinājums. ∆E = h ν; ν = c/λ; ∆E = h c /λ; ∆E=4,1 ∙10–19 J.
2. Jauna materiāla apgūšana
Ierakstīšanas ierīce ir makroskopiska sistēma nestabilā stāvoklī. Jebkuriem traucējumiem, ko izraisa garāmejoša daļiņa, sistēma pāriet uz stabilāku pozīciju. Pārejas process ļauj reģistrēt daļiņu. Pašlaik elementārdaļiņu ierakstīšanai ir daudz ierīču. Apskatīsim dažus no tiem.
A) Geigera gāzizlādes skaitītājs.
Šo ierīci izmanto automātiskai daļiņu skaitīšanai.
Izskaidrojiet skaitītāja uzbūvi, izmantojot plakātu. Skaitītājs darbojas, pamatojoties uz triecienjonizāciju.
Geigera skaitītājs tiek izmantots, lai reģistrētu γ kvantus un elektronus; skaitītājs skaidri nosaka un saskaita gandrīz visus elektronus un tikai vienu no simts γ kvantiem.
Smagās daļiņas skaitītājs neuzskaita. Ir skaitītāji, kas darbojas pēc citiem principiem.
B) Vilsona kamera.
Skaitītājs uzskaita tikai garām lidojošo daļiņu skaitu. 1912. gadā projektētajā Vilsona kamerā pēc daļiņas pārejas ir palikusi trase (trase), ko var novērot, fotografēt un pētīt.
Zinātnieki mākoņu kameru sauca par logu uz mikropasauli.
Izskaidrojiet kameras dizainu un darbības principu, izmantojot plakātu. Mākoņu kameras darbības pamatā ir pārsātināto tvaiku kondensācija, kas uz joniem veido ūdens pilienu pēdas. Trases garumu var izmantot, lai noteiktu daļiņas enerģiju; pamatojoties uz pilienu skaitu trases garuma vienībā, aprēķina tā ātrumu; Lidojošās daļiņas lādiņš tiek noteikts pēc trases biezuma. Novietojot kameru magnētiskajā laukā, mēs pamanījām trases izliekumu, kas bija lielāks, jo lielāks bija lādiņš un mazāka daļiņas masa. Nosakot daļiņas lādiņu un zinot trases izliekumu, tiek aprēķināta tās masa.
B) Burbuļu kamera.
Amerikāņu zinātnieks Glasers 1952. gadā izveidoja jauna veida kameru elementārdaļiņu pētīšanai. Tas bija līdzīgs mākoņu kamerai, taču tika nomainīts darba šķidrums; pārsātinātos tvaikus aizstāja ar pārkarsētu šķidrumu. Ātri kustīga daļiņa, pārvietojoties pa šķidrumu, veidoja burbuļus uz joniem (šķidrumam vārot) - kameru sauca par burbuļu kameru.
Lielais darba vielas blīvums piešķir burbuļu kamerai priekšrocības salīdzinājumā ar mākoņu kameru.
Daļiņu ceļi burbuļu kamerā ir īsi, taču mijiedarbība ir spēcīgāka un dažas daļiņas iestrēgst darba vielā. Rezultātā kļūst iespējams novērot daļiņu pārvērtības. Trases ir galvenais informācijas avots par daļiņu īpašībām.
D) Biezslāņu fotoemulsiju metode.
Lādētu daļiņu jonizējošā iedarbība uz fotoplākšņu emulsiju tiek izmantota, lai pētītu elementārdaļiņu īpašības kopā ar burbuļkameru un mākoņu kameru. Uzlādēta daļiņa lielā ātrumā iekļūst fotogrāfiskā emulsijā, kas satur sudraba bromīda kristālus. Noņemot elektronus no dažiem emulsijas broma atomiem, parādās latentais attēls. Daļiņu trase parādās pēc fotoplates attīstīšanas. Daļiņu enerģija un masa tiek aprēķināta no trases garuma un biezuma.
>> Metodes elementārdaļiņu novērošanai un ierakstīšanai
13. nodaļa ATOMA KODOLA FIZIKA
Izteicieni atoma kodols un elementārdaļiņas jau ir minēti vairākkārt. Jūs zināt, ka atoms sastāv no kodola un elektroniem. Pats atoma kodols sastāv no elementārdaļiņām, neitroniem un protoniem. Fizikas nozari, kas pēta atomu kodolu uzbūvi un transformācijas, sauc par kodolfiziku. Sākotnēji nebija dalījuma starp kodolfiziku un elementārdaļiņu fiziku. Pētot kodolprocesus, fiziķi saskārās ar elementārdaļiņu pasaules daudzveidību. Elementārdaļiņu fizikas nodalīšana neatkarīgā studiju jomā notika ap 1950. gadu. Mūsdienās ir divas neatkarīgas fizikas nozares: vienas no tām saturs ir atomu kodolu izpēte, bet otras saturs ir atomu kodolu izpēte. elementārdaļiņu būtība, īpašības un savstarpējās pārvērtības.
97. § ELEMENTĀRO DAĻIŅU NOVĒROŠANAS UN REĢISTRĀCIJAS METODES
Vispirms iepazīsimies ar ierīcēm, pateicoties kurām radās un sāka attīstīties atoma kodola un elementārdaļiņu fizika. Tās ir ierīces kodolu un elementārdaļiņu sadursmju un savstarpējo transformāciju reģistrēšanai un izpētei. Viņi ir tie, kas sniedz cilvēkiem nepieciešamo informāciju par mikropasauli.
Elementārdaļiņu ierakstīšanas ierīču darbības princips. Jebkura ierīce, kas nosaka elementārdaļiņas vai kustīgus atomu kodolus, ir kā pielādēts lielgabals ar nospiestu āmuru. Neliels spēks, nospiežot pistoles mēlīti, izraisa efektu, kas nav salīdzināms ar piepūli - šāvienu.
Ierakstīšanas ierīce ir vairāk vai mazāk sarežģīta makroskopiska sistēma, kas var būt nestabilā stāvoklī. Ar nelielu traucējumu, ko izraisa garāmejoša daļiņa, sākas sistēmas pārejas process uz jaunu, stabilāku stāvokli. Šis process ļauj reģistrēt daļiņu. Pašlaik tiek izmantotas daudzas dažādas daļiņu noteikšanas metodes.
Atkarībā no eksperimenta mērķiem un apstākļiem, kādos tas tiek veikts, tiek izmantotas noteiktas ierakstīšanas ierīces, kas atšķiras viena no otras ar galvenajām īpašībām.
Gāzizlādes Ģēģera skaitītājs. Geigera skaitītājs ir viena no svarīgākajām ierīcēm automātiskai daļiņu skaitīšanai.
Skaitītājs (13.1. att.) sastāv no stikla caurules, kas no iekšpuses pārklāta ar metāla slāni (katodu) un tievu metāla pavedienu, kas iet pa caurules (anoda) asi. Caurule ir piepildīta ar gāzi, parasti argonu. Skaitītājs darbojas, pamatojoties uz triecienjonizāciju. Uzlādēta daļiņa (elektrons, -daļiņa utt.), kas lido cauri gāzei, atdala elektronus no atomiem un rada pozitīvus jonus un brīvos elektronus. Elektriskais lauks starp anodu un katodu (uz tiem tiek pielikts augsts spriegums) paātrina elektronus līdz enerģijām, pie kurām sākas triecienjonizācija. Notiek jonu lavīna, un strāva caur skaitītāju strauji palielinās. Šajā gadījumā slodzes rezistoram R tiek ģenerēts sprieguma impulss, kas tiek ievadīts ierakstīšanas ierīcē.
Lai skaitītājs reģistrētu nākamo daļiņu, kas tam trāpa, lavīnas izlāde ir jānodzēš. Tas notiek automātiski. Tā kā šobrīd parādās strāvas impulss, sprieguma kritums uz slodzes rezistora R ir liels, spriegums starp anodu un katodu strauji samazinās - tik daudz, ka izlāde apstājas.
Geigera skaitītāju galvenokārt izmanto elektronu un -kvantu (augstas enerģijas fotonu) reģistrēšanai.
Šobrīd ir izveidoti skaitītāji, kas darbojas pēc tiem pašiem principiem.
Vilsona kamera. Skaitītāji ļauj reģistrēt tikai to, ka daļiņa iet caur tiem, un reģistrēt dažus tās raksturlielumus. Mākoņu kamerā, kas izveidota 1912. gadā, ātri uzlādēta daļiņa atstāj pēdas, kuras var novērot tieši vai fotografēt. Šo ierīci var saukt par logu mikropasaulē, tas ir, elementārdaļiņu un no tām sastāvošo sistēmu pasaulē.
Mākoņu kameras darbības princips ir balstīts uz pārsātinātu tvaiku kondensāciju uz joniem, veidojot ūdens pilienus. Šos jonus pa trajektoriju rada kustīga lādēta daļiņa.
Mākoņu kamera ir hermētiski noslēgts trauks, kas piepildīts ar ūdens vai spirta tvaiku tuvu piesātinājuma līmenim (13.2. att.). Kad virzulis ir strauji nolaists, ko izraisa spiediena samazināšanās zem tā, tvaiki kamerā izplešas adiabātiski. Tā rezultātā notiek dzesēšana un tvaiks kļūst pārsātināts. Tas ir nestabils tvaika stāvoklis: tas viegli kondensējas, ja traukā parādās kondensācijas centri. Centri
kondensācija kļūst par joniem, kurus kameras darba telpā veido lidojoša daļiņa. Ja daļiņa iekļūst kamerā tūlīt pēc tvaika izplešanās, tad tās ceļā parādās ūdens pilieni. Šie pilieni veido redzamu lidojošās daļiņas pēdu - trasi (13.3. att.). Pēc tam kamera atgriežas sākotnējā stāvoklī, un joni tiek noņemti ar elektrisko lauku. Atkarībā no kameras izmēra darbības režīma atjaunošanas laiks svārstās no vairākām sekundēm līdz desmitiem minūšu.
Informācija, ko sniedz ieraksti mākoņu kamerā, ir daudz bagātāka nekā skaitītāji. Pēc trases garuma var noteikt daļiņas enerģiju, bet no pilienu skaita trases garuma vienībā – tās ātrumu. Jo garāks ir daļiņas ceļš, jo lielāka ir tās enerģija. Un jo vairāk ūdens pilienu veidojas uz trases garuma vienību, jo mazāks ir tā ātrums. Daļiņas ar lielāku lādiņu atstāj biezāku sliežu ceļu.
Padomju fiziķi P. L. Kapitsa un D. V. Skobelcins ierosināja novietot mākoņu kameru vienmērīgā magnētiskajā laukā.
Magnētiskais lauks iedarbojas uz kustīgu lādētu daļiņu ar noteiktu spēku (Lorenca spēks). Šis spēks izliec daļiņas trajektoriju, nemainot tās ātruma moduli. Jo lielāks ir daļiņas lādiņš un mazāka tās masa, jo lielāks ir sliežu ceļa izliekums. Pēc trases izliekuma var noteikt daļiņas lādiņa attiecību pret tās masu. Ja viens no šiem lielumiem ir zināms, tad otru var aprēķināt. Piemēram, pēc daļiņas lādiņa un tās sliežu ceļa izliekuma var atrast daļiņas masu.
Burbuļu kamera. 1952. gadā amerikāņu zinātnieks D. Glasers ierosināja izmantot pārkarsētu šķidrumu, lai noteiktu daļiņu pēdas. Šādā šķidrumā uz joniem (iztvaikošanas centriem), kas veidojas ātri uzlādētas daļiņas kustības laikā, parādās tvaika burbuļi, radot redzamu sliežu ceļu. Šāda veida kameras sauca par burbuļu kamerām.
Sākotnējā stāvoklī šķidrums kamerā ir zem augsta spiediena, kas neļauj tam vārīties, neskatoties uz to, ka šķidruma temperatūra ir nedaudz augstāka par viršanas temperatūru atmosfēras spiedienā. Strauji samazinoties spiedienam, šķidrums pārkarst, un īsu laiku tas būs nestabilā stāvoklī. Šajā konkrētajā laikā lidojošas uzlādētas daļiņas izraisa sliežu parādīšanos, kas sastāv no tvaika burbuļiem (1.4.4. att.). Un izmantotie šķidrumi galvenokārt ir šķidrais ūdeņradis un propāns. Burbuļu kameras darbības cikls ir īss - apmēram 0,1 s.
Burbuļu kameras priekšrocības salīdzinājumā ar Vilsona kameru ir saistītas ar lielāku darba vielas blīvumu. Rezultātā daļiņu ceļi izrādās diezgan īsi, un pat lielu enerģiju daļiņas iestrēgst kamerā. Tas ļauj novērot virkni secīgu daļiņu transformāciju un to izraisītās reakcijas.
Mākoņu kameras un burbuļu kameras sliedes ir viens no galvenajiem informācijas avotiem par daļiņu uzvedību un īpašībām.
Elementārdaļiņu pēdu novērošana rada spēcīgu iespaidu un rada tiešu kontaktu ar mikrokosmu sajūtu.
Biezslāņu fotoemulsiju metode. Daļiņu noteikšanai kopā ar mākoņu kamerām un burbuļu kamerām tiek izmantotas biezslāņa fotogrāfiskās emulsijas. Ātri uzlādētu daļiņu jonizējošā iedarbība uz fotoplāksnes emulsiju ļāva franču fiziķim A. Bekerelam 1896. gadā atklāt radioaktivitāti. Fotoemulsijas metodi izstrādāja padomju fiziķi L. V. Mysovskis, G. B. Ždanovs un citi.
Fotografiskā emulsija satur lielu skaitu mikroskopisku sudraba bromīda kristālu. Ātri uzlādēta daļiņa, kas iekļūst kristālā, atdala elektronus no atsevišķiem broma atomiem. Šādu kristālu ķēde veido latentu attēlu. Attīstoties, šajos kristālos tiek atjaunots metāliskais sudrabs un sudraba graudu ķēde veido daļiņu trasi (13.5. att.). Sliežu ceļa garumu un biezumu var izmantot, lai novērtētu daļiņas enerģiju un masu.
Fotografiskās emulsijas lielā blīvuma dēļ pēdas ir ļoti īsas (apmēram 10 -3 cm radioaktīvo elementu izstarotajām -daļiņām), bet fotografējot tās var palielināt.
Fotografisko emulsiju priekšrocība ir tā, ka ekspozīcijas laiks var būt tik garš, cik vēlaties. Tas ļauj reģistrēt retus notikumus. Svarīgi ir arī tas, ka fotoemulsiju augstās apturēšanas spējas dēļ palielinās novēroto interesantu reakciju skaits starp daļiņām un kodoliem.
Mēs neesam runājuši par visām ierīcēm, kas reģistrē elementārdaļiņas. Mūsdienu instrumenti retu un īslaicīgu daļiņu noteikšanai ir ļoti sarežģīti. To veidošanā piedalās simtiem cilvēku.
1. Vai ir iespējams reģistrēt neuzlādētas daļiņas, izmantojot mākoņu kameru?
2. Kādas priekšrocības ir burbuļkamerai salīdzinājumā ar Vilsona kameru!
Elementārdaļiņu reģistrēšanas metodes ir balstīti uz sistēmu izmantošanu ilgstoši nestabilā stāvoklī, kurā lidojošas lādētas daļiņas ietekmē notiek pāreja uz stabilu stāvokli.
Ģēģera skaitītājs.
Ģēģera skaitītājs- daļiņu detektors, kura darbības pamatā ir neatkarīgas elektriskās izlādes rašanās gāzē, daļiņai iekļūstot tās tilpumā. 1908. gadā izgudroja H. Geigers un E. Rezerfords, vēlāk uzlaboja Geigers un Mullers.
Geigera skaitītājs sastāv no metāla cilindra - katoda - un tievas stieples, kas izstieptas gar tā asi - anoda, kas ir ievietots noslēgtā tilpumā, kas piepildīts ar gāzi (parasti argonu) zem spiediena aptuveni 100-260 GPa (100-260 mm). Hg). Starp katodu un anodu tiek pielikts spriegums 200-1000 V. Uzlādēta daļiņa, nonākusi skaitītāja tilpumā, veido noteiktu skaitu elektronu-jonu pāru, kas virzās uz attiecīgajiem elektrodiem un pie a. augstspriegums pie vidējā brīvā ceļa (ceļā uz nākamo tabulu).jonizācija) iegūst enerģiju, kas pārsniedz jonizācijas enerģiju un jonizē gāzes molekulas. Veidojas lavīna, ķēdē palielinās strāva. No slodzes pretestības ierakstīšanas ierīcei tiek piegādāts sprieguma impulss. Straujš sprieguma krituma pieaugums pāri slodzes pretestībai izraisa strauju sprieguma samazināšanos starp anodu un katodu, izlāde apstājas, un caurule ir gatava reģistrēt nākamo daļiņu.
Geigera skaitītājs reģistrē galvenokārt elektronus un γ-kvantus (tomēr pēdējie ar papildu materiāla palīdzību, kas uzklāts uz trauka sienām, no kuriem γ-kvanti izsit elektronus).
Vilsona kamera.
Vilsona kamera- trase (no angļu valodas. trase— trase, trajektorija) daļiņu detektors. Izveidoja Čārlzs Vilsons 1912. gadā. Ar Vilsona kameras palīdzību tika veikti vairāki atklājumi kodolfizikā un elementārdaļiņu fizikā, piemēram, 1929. gadā tika atklātas plašas gaisa dušas (kosmisko staru jomā), pozitrons. 1932. gadā mionu pēdu noteikšana, dīvainu daļiņu atklāšana. Pēc tam Vilsona kamera praktiski tika aizstāta ar burbuļu kameru kā ātrāku. Mākoņu kamera ir trauks, kas piepildīts ar ūdens vai spirta tvaikiem, kas ir tuvu piesātinājumam (sk. attēlu). Tās darbības pamatā ir pārsātinātu tvaiku (ūdens vai spirta) kondensācija uz joniem, ko veido ejoša daļiņa. Pārsātināts tvaiks tiks radīts, strauji nolaižot virzuli (skat. attēlu) (tvaiks kamerā izplešas adiabātiski, kā rezultātā tā temperatūra strauji paaugstinās).
Uz joniem nogulsnētie šķidruma pilieni padara redzamu lidojošās daļiņas pēdu - trasi, kas ļauj to nofotografēt. Pēc trases garuma jūs varat noteikt daļiņas enerģiju, un pēc pilienu skaita uz trases garuma vienību varat novērtēt tās ātrumu. Kameras novietošana magnētiskajā laukā ļauj pēc trases izliekuma noteikt daļiņas lādiņa attiecību pret tās masu (pirmo reizi ierosināja padomju fiziķi P. L. Kapica un D. V. Skobeļcins).
Burbuļu kamera.
Burbuļu kamera- ierīce uzlādētu daļiņu pēdu (sliežu) ierakstīšanai, kuras darbības pamatā ir pārkarsēta šķidruma viršana pa daļiņas trajektoriju.
Pirmā burbuļkamera (1954) bija metāla kamera ar stikla logiem apgaismojumam un fotografēšanai, piepildīta ar šķidru ūdeņradi. Pēc tam tas tika izveidots un uzlabots visās pasaules laboratorijās, kas aprīkotas ar uzlādētu daļiņu paātrinātājiem. No konusa ar tilpumu 3 cm 3 burbuļu kameras izmērs sasniedza vairākus kubikmetrus. Lielākajai daļai burbuļu kameru tilpums ir 1 m3. Par burbuļu kameras izgudrošanu Glāzeram 1960. gadā tika piešķirta Nobela prēmija.
Flakona kameras darbības cikls ir 0,1. Tās priekšrocība salīdzinājumā ar mākoņu kameru ir lielāks darba vielas blīvums, kas ļauj reģistrēt augstas enerģijas daļiņas.
ELEMENTĀRO DAĻIŅU NOVĒROŠANAS UN REĢISTRĀCIJAS METODES
Ģēģera skaitītājs
Izmanto, lai saskaitītu radioaktīvo daļiņu skaitu ( pārsvarā elektroni).
Šī ir stikla caurule, kas piepildīta ar gāzi (argonu), kuras iekšpusē ir divi elektrodi (katods un anods).
Kad daļiņa iet, tā notiek gāzes triecienjonizācija un rodas elektriskās strāvas impulss.
Priekšrocības:
- kompaktums
- efektivitāte
- sniegums
- augsta precizitāte (10OO daļiņas/s).
Kur izmanto:
- radioaktīvā piesārņojuma reģistrācija uz zemes, telpās, apģērbā, izstrādājumos utt.
- radioaktīvo materiālu glabātavās vai ar darbojošiem kodolreaktoriem
- meklējot radioaktīvās rūdas atradnes (U, Th)
Vilsona kamera
Kalpo novērošanai un fotografēšanai pēdas no daļiņu caurbraukšanas (sliedes).
Kameras iekšējais tilpums ir piepildīts ar spirtu vai ūdens tvaiku pārsātinātā stāvoklī:
Nolaižot virzuli, spiediens kamerā samazinās un temperatūra pazeminās; adiabātiskā procesa rezultātā pārsātināts tvaiks.
Pēc daļiņas šķērsošanas kondensējas mitruma pilieni un veidojas sliežu ceļi - redzama pēda.
Kad kamera ir novietota magnētiskajā laukā, celiņu var izmantot, lai noteiktu daļiņas enerģija, ātrums, masa un lādiņš.
Trases garums un biezums un tā izliekums magnētiskajā laukā nosaka garāmejošās radioaktīvās daļiņas īpašības.
Piemēram, alfa daļiņa rada nepārtrauktu biezu celiņu,
protons - plāns celiņš,
elektronu - punktēta trase.
Burbuļu kamera
Vilsona kameras variants
Kad virzulis ir strauji nolaists, šķidrums zem augsta spiediena iziet pārkarsētā stāvoklī. Kad daļiņa ātri pārvietojas pa taku, veidojas tvaika burbuļi, t.i. šķidrums vārās, trase ir redzama.
Priekšrocības salīdzinājumā ar mākoņu kameru:
- augsts vidēja blīvums, tāpēc šorttreki
- daļiņas iestrēgst kamerā un var veikt tālāku daļiņu novērošanu
- lielāks ātrums.
Biezās plēves emulsijas metode
Izmanto daļiņu reģistrēšanai
- ļauj reģistrēt retas parādības ilgā ekspozīcijas laika dēļ.
Fotoemulsija satur lielu skaitu mikrokristālu sudraba bromīds.
Ienākošās daļiņas jonizē fotoemulsiju virsmu. AgBr kristāli lādētu daļiņu ietekmē sadalās, un, kad tie attīstās, tiek atklāta pēda no daļiņas caurbraukšanas - trase.
Atbilstoši trases garumam un biezumam var noteikt daļiņu enerģiju un masu.
Atcerieties tēmu "Atomfizika" 9. klasei:
Radioaktivitāte.
Radioaktīvās pārvērtības.
Atomu kodola sastāvs. Kodolspēki.
Komunikācijas enerģija. Masveida defekts
Urāna kodolu skaldīšana.
Kodolķēdes reakcija.
Kodolreaktors.
Termonukleārā reakcija.
Citas lapas par tēmu "Atomfizika" 10.-11.klasei:
KO MĒS ZINĀM PAR FIZIKIEM?
Nīls Bors 1961. gadā teica: "Katrā posmā A. Einšteins izaicināja zinātni, un bez šiem izaicinājumiem kvantu fizikas attīstība būtu aizkavējusies uz ilgu laiku."
___
1943. gadā Nīls Bors, bēgot no iebrucējiem, bija spiests pamest Kopenhāgenu. Neriskējot paņemt līdzi vienu sev ļoti vērtīgu lietu, viņš to izšķīdināja “aqua regia” un atstāja kolbu laboratorijā. Pēc Dānijas atbrīvošanas, kad viņš atgriezās, viņš izolēja no risinājuma to, ko bija izšķīdināja, un pēc viņa pavēles tika izveidots jauns. Nobela medaļa.
__
1933. gadā laboratorijā vad Ernests Rezerfords, tika uzbūvēts tiem laikiem jaudīgs akselerators. Zinātnieks ļoti lepojās ar šo instalāciju un reiz, rādot to kādam no apmeklētājiem, viņš atzīmēja: “Mums šī lieta maksāja daudz. Ar šo naudu var uzturēt vienu maģistrantu veselu gadu! Bet vai jebkurš absolvents to var izdarīt gada laikā? tik daudz atklājumu!»