Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

08.04.2020 СОГЛАСОВАНО

Гр. № 3-18 Зам. директора по УВР

________ В.Д. Татаринова

Физика

Урок № 72

Тема: Способы наблюдения и регистрации заряженных частиц. Эффект Вавилова-Черенкова.

Цель: Дать понятие методов наблюдения и регистрации элементарных частиц и их применение.

Тип урока: Изучение нового материала.

Ход урока.

I. Организационный момент.

II. Мотивация обучения.

Регистрационный прибор – 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.

III. Основная часть.

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

      Счетчик 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.

   Достоинства:
- компактность
- эффективность
- быстродействие
- высокая точность (10ООО частиц/с).
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, Th)

Камера Вильсона
- служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков).
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.
   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, альфа-частица дает сплошной толстый трек,
протон - тонкий трек,
электрон - пунктирный трек.

Пузырьковая камера
- вариант камеры Вильсона

   При резком понижении поршня жидкость, находящаяся под высоким давление, переходит в перегретое состояние. При быстром движении частицы по следу образуются пузырьки пара , т.е. жидкость закипает, виден трек.
    Преимущества перед камерой Вильсона:
- большая плотность среды, следовательно короткие треки
- частицы застревают в камере и можно проводить дальнейшее наблюдение частиц
- большее быстродействие.

    Метод толстослойных фотоэмульсий
- 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 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.

Эффект Вавилова-Черенкова

Этот метод основан на свечении, вызываемом в прозрачной среде заряженной частицей, движущейся со скоростью , превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Этот метод используют в физике высоких энергий, для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей и направления движения.

IV. Контроль усвоения знаний.

Домашнее задание: § 86, читать. Ответить на вопросы после параграфа № 1, 2 письменно.