طرق مراقبة وتسجيل الجسيمات الأولية - نولدج هايبر ماركت. طرق تسجيل الجسيمات الأولية طرق تجريبية لتسجيل الجسيمات الأولية
طرق تسجيل الجسيمات الأوليةتعتمد على استخدام الأنظمة في حالة غير مستقرة طويلة الأمد، حيث يحدث الانتقال إلى حالة مستقرة تحت تأثير جسيم مشحون طائر.
عداد جيجر.
عداد جيجر- كاشف الجسيمات، الذي يعتمد تشغيله على حدوث تفريغ كهربائي مستقل في الغاز عندما يدخل الجسيم إلى حجمه. تم اختراعه في عام 1908 بواسطة H. Geiger وE. Rutherford، وتم تحسينه لاحقًا بواسطة Geiger وMuller.
يتكون عداد جيجر من أسطوانة معدنية - الكاثود - وسلك رفيع ممتد على طول محوره - الأنود، محاطًا بحجم مغلق مملوء بالغاز (عادةً الأرجون) تحت ضغط يبلغ حوالي 100-260 جيجا باسكال (100-260 ملم) زئبق). يتم تطبيق جهد يتراوح بين 200-1000 فولت بين الكاثود والأنود. يشكل الجسيم المشحون، بعد دخوله إلى حجم العداد، عددًا معينًا من أزواج الإلكترون والأيونات، التي تنتقل إلى الأقطاب الكهربائية المقابلة وعند الجهد العالي في المسار الحر المتوسط (في الطريق إلى الجدول التالي) يكتسب طاقة تتجاوز طاقة التأين ويؤين جزيئات الغاز. يتكون الانهيار الجليدي، ويزداد التيار في الدائرة. من مقاومة الحمل، يتم توفير نبض الجهد لجهاز التسجيل. تؤدي الزيادة الحادة في انخفاض الجهد عبر مقاومة الحمل إلى انخفاض حاد في الجهد بين الأنود والكاثود، ويتوقف التفريغ، ويكون الأنبوب جاهزًا لتسجيل الجسيم التالي.
يسجل عداد جيجر بشكل رئيسي الإلكترونات والكميات (ومع ذلك، يتم استخدام الأخير بمساعدة مادة إضافية مطبقة على جدران الوعاء، والتي تطرد منها الكميات γ الإلكترونات).
غرفة ويلسون.
غرفة ويلسون- المسار (من الإنجليزية. مسار— تتبع، مسار) كاشف الجسيمات. أنشأها تشارلز ويلسون في عام 1912. وبمساعدة غرفة ويلسون، تم إجراء عدد من الاكتشافات في الفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات الأولية، مثل اكتشاف زخات الهواء واسعة النطاق (في منطقة الأشعة الكونية) في عام 1929، والبوزيترون في عام 1932، اكتشاف آثار الميونات، واكتشاف جسيمات غريبة. وفي وقت لاحق، تم استبدال غرفة ويلسون عمليًا بغرفة الفقاعة باعتبارها غرفة أسرع. الغرفة السحابية عبارة عن وعاء مملوء بالماء أو بخار الكحول الذي يقترب من التشبع (انظر الشكل). ويستند عملها على تكثيف البخار المفرط (الماء أو الكحول) على الأيونات التي تشكلها جسيم عابر. سيتم إنشاء بخار مفرط التشبع عن طريق الانخفاض الحاد للمكبس (انظر الشكل) (يتوسع البخار الموجود في الغرفة بشكل ثابت، ونتيجة لذلك ترتفع درجة حرارته بشكل حاد).
قطرات السائل المترسبة على الأيونات تجعل أثر الجسيم المتطاير مرئيًا - المسار الذي يجعل من الممكن تصويره. من طول المسار، يمكنك تحديد طاقة الجسيم، ومن عدد القطرات لكل وحدة طول المسار، يمكنك تقدير سرعته. إن وضع الكاميرا في مجال مغناطيسي يجعل من الممكن تحديد نسبة شحنة الجسيم إلى كتلته من انحناء المسار (اقترحه لأول مرة الفيزيائيان السوفييت P. L. Kapitsa و D. V. Skobeltsyn).
غرفة الفقاعة.
غرفة الفقاعة- جهاز لتسجيل آثار (مسارات) الجزيئات المشحونة، ويستند عملها على غليان سائل شديد السخونة على طول مسار الجسيم.
كانت أول غرفة فقاعية (1954) عبارة عن غرفة معدنية ذات نوافذ زجاجية للإضاءة والتصوير، مملوءة بالهيدروجين السائل. وبعد ذلك، تم إنشاؤه وتحسينه في جميع المختبرات المجهزة بمسرعات الجسيمات المشحونة في العالم. من مخروط بحجم 3 سم 3 وصل حجم غرفة الفقاعة إلى عدة أمتار مكعبة. يبلغ حجم معظم غرف الفقاعات 1 م 3. لاختراعه غرفة الفقاعة، حصل جلاسر على جائزة نوبل عام 1960.
دورة التشغيل لغرفة القارورة هي 0.1. ميزتها على الغرفة السحابية هي الكثافة العالية للمادة العاملة، مما يجعل من الممكن تسجيل الجزيئات عالية الطاقة.
يمكن ملاحظة الجسيمات الأولية، وكذلك الجسيمات الدقيقة المعقدة (أ، د، وما إلى ذلك)، بفضل الآثار التي تتركها أثناء مرورها عبر المادة. تسمح طبيعة الآثار بالحكم على إشارة شحنة الجسيم وطاقته وزخمه وما إلى ذلك. تتسبب الجسيمات المشحونة في تأين الجزيئات على طول طريقها. لا تترك الجسيمات المحايدة أي آثار، لكنها يمكن أن تكشف عن نفسها في لحظة الاضمحلال إلى جسيمات مشحونة أو في لحظة الاصطدام بأي نواة. وبالتالي، يتم اكتشاف الجسيمات المحايدة أيضًا في النهاية عن طريق التأين الناتج عن الجسيمات المشحونة التي تولدها.
تنقسم الأدوات المستخدمة لتسجيل الجسيمات المؤينة إلى مجموعتين. تتكون المجموعة الأولى من الأجهزة التي تسجل مرور الجسيم، بالإضافة إلى أنها تجعل من الممكن في بعض الحالات الحكم على طاقته. تتضمن المجموعة الثانية أجهزة المسار، أي الأجهزة التي تسمح لك بملاحظة آثار (مسارات) الجسيمات في المادة.
تشمل أدوات التسجيل غرف التأين وعدادات تفريغ الغاز (انظر الفقرة 82 من المجلد الثاني)، بالإضافة إلى عدادات شيرينكوف (انظر الفقرة 147 من المجلد الثاني)، وعدادات التلألؤ وعدادات أشباه الموصلات.
يعتمد تشغيل عدادات التلألؤ على حقيقة أن الجسيم المشحون الذي يطير عبر مادة لا يسبب التأين فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى إثارة الذرات. وبالعودة إلى حالتها الطبيعية، تبعث الذرات الضوء المرئي. تسمى المواد التي تثير فيها الجسيمات المشحونة وميضًا ملحوظًا من الضوء (الوميض) الفوسفورات. يتكون عداد التلألؤ من الفوسفور، والذي يتم من خلاله توفير الضوء من خلال دليل ضوئي خاص إلى أنبوب المضاعف الضوئي. يتم حساب النبضات التي تم الحصول عليها عند إخراج المضاعف الضوئي. يتم أيضًا تحديد سعة النبضات (التي تتناسب مع شدة ومضات الضوء)، مما يوفر معلومات إضافية حول الجسيمات المكتشفة.
عداد أشباه الموصلات هو صمام ثنائي لأشباه الموصلات يتم تطبيق جهد من هذه الإشارة عليه بحيث يتم سحب غالبية الموجات الحاملة الحالية بعيدًا عن الطبقة الانتقالية. لذلك، في حالة طبيعية، يكون الصمام الثنائي مطفأ. عند المرور عبر الطبقة الانتقالية، يقوم الجسيم المشحون السريع بتوليد إلكترونات وفجوات، والتي يتم امتصاصها إلى الأقطاب الكهربائية.
ونتيجة لذلك، يظهر نبض كهربائي يتناسب مع عدد ناقلات التيار التي يولدها الجسيم.
غالبًا ما يتم دمج العدادات في مجموعات وتشغيلها بحيث يتم تسجيل الأحداث التي يتم تسجيلها في وقت واحد بواسطة عدة أجهزة فقط، أو على العكس من ذلك بواسطة جهاز واحد منها فقط. في الحالة الأولى، يقولون أن العدادات يتم تشغيلها وفقا لمخطط الصدفة، في الثانية - وفقا لمخطط الصدفة. باستخدام مخططات التضمين المختلفة، من الممكن الاختيار من بين مجموعة متنوعة من الظواهر التي تهمك. على سبيل المثال، عدادان (السعر 75.1)، تم تركيبهما واحدًا تلو الآخر وتشغيلهما وفقًا لمخطط الصدفة، سوف يسجلان جسيمًا يطير على طول محورهما المشترك ولن يسجلا الجسيمين 2 و3:
تشمل أدوات التتبع الغرف السحابية، وغرف الانتشار، وغرف الفقاعات، وغرف الشرارة، وغرف المستحلب.
غرفة ويلسون. تم إنشاء هذا الجهاز من قبل الفيزيائي الإنجليزي سي. ويلسون في عام 1912. يصبح مسار الأيونات الذي وضعه جسيم مشحون طائر مرئيًا في غرفة السحابة، لأن البخار المفرط للسائل يتكثف على الأيونات. الجهاز لا يعمل بشكل مستمر بل على شكل دورات. يتناوب وقت الحساسية القصير نسبيًا للكاميرا مع الوقت الميت (100-1000 مرة أطول)، حيث تستعد الكاميرا لدورة التشغيل التالية. يتم تحقيق التشبع الفائق بسبب التبريد المفاجئ الناتج عن التمدد الحاد (الدياباتي) لخليط العمل الذي يتكون من غاز غير قابل للتكثيف (الهيليوم والنيتروجين والأرجون) وبخار الماء والكحول الإيثيلي وما إلى ذلك. في نفس اللحظة، مجسمة (أي مع عدة نقاط) تصوير حجم عمل الكاميرا. تتيح لك الصور المجسمة إعادة إنشاء الصورة المكانية لظاهرة مسجلة. وبما أن نسبة زمن الحساسية إلى الوقت الميت صغيرة جدًا، فمن الضروري أحيانًا التقاط عشرات الآلاف من الصور قبل تسجيل أي حدث ذي احتمالية ضئيلة. ولزيادة احتمالية رصد الأحداث النادرة، يتم استخدام الغرف السحابية الخاضعة للرقابة، والتي يتم فيها التحكم في تشغيل آلية التمدد بواسطة عدادات الجسيمات المدرجة في دائرة إلكترونية تعمل على عزل الحدث المطلوب.
إذا قمت بوضع غرفة سحابية بين قطبي مغناطيس كهربائي، فإن قدراتها تتوسع بشكل كبير.
ومن خلال انحناء المسار الناتج عن عمل المجال المغناطيسي، من الممكن تحديد إشارة شحنة الجسيم وزخمه. كمثال على صورة تم الحصول عليها باستخدام غرفة سحابية موضوعة في مجال مغناطيسي، الشكل 1. 77.3 (ص 277) والذي يوضح مسارات الإلكترون والبوزيترون.
غرفة الانتشار. كما هو الحال في غرفة السحابة، فإن المادة العاملة في غرفة الانتشار هي بخار مفرط التشبع. ومع ذلك، فإن حالة التشبع الفائق لا تنشأ عن التمدد الأديباتي، ولكن نتيجة لانتشار بخار الكحول من غطاء الغرفة الموجود عند درجة حرارة ~ 10 درجة مئوية إلى الأسفل المبرد بثاني أكسيد الكربون الصلب (درجة الحرارة -70 درجة مئوية). ). ليس بعيدًا عن القاع تظهر طبقة من البخار المفرط التشبع بسمك عدة سنتيمترات. وتتشكل المسارات في هذه الطبقة، وعلى عكس حجرة السحابة، تعمل غرفة الانتشار بشكل مستمر.
غرفة الفقاعة. في غرفة الفقاعة التي اخترعها D. A. Glezer في عام 1952، يتم استبدال الأبخرة المفرطة التشبع بسائل شفاف شديد الحرارة (أي سائل تحت ضغط خارجي أقل من ضغط أبخرته المشبعة؛ ym. § 124 من المجلد الأول). يتسبب الجسيم المؤين، الذي يطير عبر الغرفة، في غليان قوي للسائل، ونتيجة لذلك تتم الإشارة إلى أثر الجسيم بسلسلة من فقاعات البخار - يتم تشكيل المسار. تعمل غرفة الفقاعة، مثل غرفة ويلسون، في دورات. تبدأ الغرفة بانخفاض حاد (تخفيف) في الضغط، ونتيجة لذلك يمر سائل العمل إلى حالة محمومة شبه مستقرة. يتم استخدام الهيدروجين والزينون والبروبان وبعض المواد الأخرى كسائل عمل، والذي يعمل في نفس الوقت كهدف للجزيئات التي تتطاير عبره. حجم العمل للغرف يصل إلى 30 م 3.
غرفة الشرارة. في عام 1957، صمم كرانشاو ودي بير جهازًا لتسجيل مسارات الجسيمات المشحونة، سُمي بغرفة الشرارة. يتكون الجهاز من نظام من الأقطاب المعدنية المسطحة المتوازية مع بعضها البعض (الشكل 75.2). يتم توصيل الأقطاب الكهربائية من خلال واحد. يتم تأريض مجموعة واحدة من الأقطاب الكهربائية، ويتم تطبيق نبضة قصيرة المدى (مدة النبض عالي الجهد) بشكل دوري على المجموعة الأخرى.
إذا، في لحظة تطبيق النبض، يطير جسيم مؤين عبر الغرفة، فسيتم تحديد مساره بسلسلة من الشرر تقفز بين الأقطاب الكهربائية. يبدأ تشغيل الجهاز تلقائيًا بمساعدة عدادات إضافية يتم تشغيلها وفقًا لمخطط الصدفة، والتي تسجل مرور الجزيئات قيد الدراسة من خلال حجم عمل الغرفة.
النوع الأكثر تقدمًا من غرفة الشرارة هو غرفة غاسل. في هذه الغرفة، تتم إزالة الجهد العالي قبل أن تتمكن الشرارة من التطور بشكل كامل.
لذلك لا تنشأ إلا شرارات جنينية تشكل أثراً واضحاً.
غرفة المستحلب. كان الفيزيائيان السوفيتيان إل في ميسوفسكي وأيه بي زدانوف أول من استخدم لوحات التصوير الفوتوغرافي لتسجيل الجسيمات الدقيقة. الجسيمات المشحونة لها نفس التأثير على المستحلب الفوتوغرافي مثل الفوتونات. ولذلك، بعد وضع اللوحة في المستحلب، يتم تشكيل أثر (مسار) مرئي للجسيم المتطاير. كان عيب طريقة لوحة التصوير الفوتوغرافي هو السماكة الصغيرة لطبقة المستحلب، ونتيجة لذلك تم الحصول على مسارات الجزيئات التي تطير بالتوازي مع مستوى الطبقة فقط. في غرف المستحلب، تتعرض العبوات السميكة (التي يصل وزنها إلى عدة عشرات من الكيلوجرامات وسمكها عدة مئات من المليمترات) للإشعاع، والمكونة من طبقات فردية من المستحلب الفوتوغرافي (بدون ركيزة). بعد التشعيع، يتم تفكيك العبوة إلى طبقات، ويتم تطوير كل منها وعرضها تحت المجهر. لكي نتمكن من تتبع مسار الجسيم أثناء مروره من طبقة إلى أخرى، قبل تفكيك العبوة، يتم تطبيق نفس شبكة الإحداثيات على جميع الطبقات باستخدام الأشعة السينية. تظهر مسارات الجسيمات التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة في الشكل. 75.3، والذي يوضح التحول المتسلسل للميزون إلى ميون ثم إلى بوزيترون.
تقرير:
طرق تسجيل الجسيمات الأولية
1) عداد جيجر لتصريف الغاز
يعد عداد جيجر أحد أهم الأجهزة لحساب الجسيمات تلقائيًا.
يتكون العداد من أنبوب زجاجي مطلي من الداخل بطبقة معدنية (الكاثود) وخيط معدني رفيع يمتد على طول محور الأنبوب (الأنود).
الأنبوب مملوء بالغاز، عادة الأرجون. يعمل العداد على أساس تأثير التأين. الجسيم المشحون (الإلكترون، الجسيم، وما إلى ذلك)، الذي يطير عبر الغاز، يزيل الإلكترونات من الذرات ويخلق أيونات موجبة وإلكترونات حرة. يعمل المجال الكهربائي بين الأنود والكاثود (يتم تطبيق الجهد العالي عليهما) على تسريع الإلكترونات إلى الطاقة التي يبدأ عندها التأين الاصطدامي. يحدث سيل من الأيونات، ويزداد التيار عبر العداد بشكل حاد. في هذه الحالة، يتم توليد نبضة جهد عبر مقاومة الحمل R، والتي يتم تغذيتها إلى جهاز التسجيل. لكي يتمكن العداد من تسجيل الجسيم التالي الذي يضربه، يجب إطفاء التفريغ الجليدي. يحدث هذا تلقائيًا. نظرًا لأنه في لحظة ظهور النبض الحالي، يكون انخفاض الجهد عبر مقاوم التفريغ R كبيرًا، وينخفض الجهد بين الأنود والكاثود بشكل حاد - لدرجة أن التفريغ يتوقف.
يُستخدم عداد جيجر بشكل أساسي لتسجيل الإلكترونات والكميات Y (الفوتونات عالية الطاقة)، ومع ذلك، لا يتم تسجيل الكميات Y مباشرة بسبب قدرتها التأينية المنخفضة. لاكتشافها، يتم طلاء الجدار الداخلي للأنبوب بمادة تقوم منها الكميات Y بطرد الإلكترونات.
يسجل العداد تقريبًا جميع الإلكترونات التي تدخله؛ أما بالنسبة للكمية Y، فإنها تسجل ما يقرب من الكم Y واحد فقط من أصل مائة. من الصعب تسجيل الجسيمات الثقيلة (على سبيل المثال، جسيمات £)، لأنه من الصعب إنشاء "نافذة" رفيعة بما فيه الكفاية في العداد تكون شفافة لهذه الجسيمات.
2) غرفة ويلسون
يعتمد عمل الحجرة السحابية على تكثيف البخار المفرط على الأيونات لتكوين قطرات الماء. يتم إنشاء هذه الأيونات على طول مسارها بواسطة جسيم مشحون متحرك.
الجهاز عبارة عن اسطوانة بمكبس 1 (شكل 2) مغطى بغطاء زجاجي مسطح 2. تحتوي الاسطوانة على أبخرة مشبعة من الماء أو الكحول. يتم إدخال الدواء المشع 3 قيد الدراسة إلى الغرفة، والذي يشكل أيونات في حجم عمل الغرفة. عندما ينخفض المكبس بشكل حاد إلى الأسفل، أي. أثناء التمدد الأديباتي، يبرد البخار ويصبح مفرط التشبع. في هذه الحالة، يتكثف البخار بسهولة. وتتحول مراكز التكثيف إلى أيونات تكونت من جسيم متطاير في ذلك الوقت. هكذا يظهر في الكاميرا مسار (مسار) ضبابي (الشكل 3)، يمكن ملاحظته وتصويره. المسار موجود لمدة أعشار من الثانية. من خلال إعادة المكبس إلى موضعه الأصلي وإزالة الأيونات بمجال كهربائي، يمكن إجراء التمدد الأديابي مرة أخرى. وبالتالي، يمكن إجراء التجارب على الكاميرا بشكل متكرر.
إذا تم وضع الكاميرا بين قطبي مغناطيس كهربائي، فإن قدرات الكاميرا على دراسة خصائص الجسيمات تتوسع بشكل كبير. في هذه الحالة، تؤثر قوة لورنتز على الجسيم المتحرك، مما يجعل من الممكن تحديد قيمة شحنة الجسيم وزخمه من انحناء المسار. يوضح الشكل 4 نسخة محتملة لفك رموز صور مسارات الإلكترون والبوزيترون. يتم توجيه المتجه التعريفي B للمجال المغناطيسي بشكل عمودي على مستوى الرسم خلف الرسم. ينحرف البوزيترون إلى اليسار، والإلكترون إلى اليمين.
3) غرفة الفقاعة
وهي تختلف عن الغرفة السحابية حيث يتم استبدال الأبخرة المفرطة التشبع في حجم عمل الغرفة بسائل شديد السخونة، أي. سائل يكون ضغطه أقل من ضغط البخار المشبع.
يتطاير الجسيم عبر مثل هذا السائل، مما يؤدي إلى ظهور فقاعات بخار، وبالتالي تشكيل مسار (الشكل 5).
في الحالة الأولية، يقوم المكبس بضغط السائل. مع انخفاض حاد في الضغط، تكون نقطة غليان السائل أقل من درجة الحرارة المحيطة.
يصبح السائل غير مستقر (محموما). وهذا يضمن ظهور الفقاعات على طول مسار الجسيم. يتم استخدام الهيدروجين والزينون والبروبان وبعض المواد الأخرى كخليط عمل.
تعود ميزة غرفة الفقاعة على غرفة ويلسون إلى الكثافة العالية للمادة العاملة. ونتيجة لذلك، فإن مسارات الجسيمات قصيرة جدًا، وتعلق الجزيئات ذات الطاقات العالية في الغرفة. وهذا يسمح للمرء بملاحظة سلسلة من التحولات المتعاقبة للجسيم والتفاعلات التي يسببها.
4) طريقة مستحلب الفيلم السميك
للكشف عن الجسيمات، إلى جانب الغرف السحابية وغرف الفقاعات، يتم استخدام مستحلبات فوتوغرافية ذات طبقة سميكة. التأثير المؤين للجسيمات السريعة الشحنة على مستحلب اللوحة الفوتوغرافية. يحتوي المستحلب الفوتوغرافي على عدد كبير من البلورات المجهرية لبروميد الفضة.
يقوم جسيم سريع الشحن، يخترق البلورة، بإزالة الإلكترونات من ذرات البروم الفردية. تشكل سلسلة من هذه البلورات صورة كامنة. عندما تظهر الفضة المعدنية في هذه البلورات، تشكل سلسلة حبيبات الفضة مسارًا جسيميًا.
يمكن استخدام طول المسار وسمكه لتقدير طاقة الجسيم وكتلته. نظرًا للكثافة العالية للمستحلب الفوتوغرافي، تكون المسارات قصيرة جدًا، ولكن يمكن تكبيرها عند التصوير. تتمثل ميزة المستحلب الفوتوغرافي في أن وقت التعرض يمكن أن يكون طويلاً حسب الرغبة. وهذا يسمح بتسجيل الأحداث النادرة. ومن المهم أيضًا أنه نظرًا لقوة التوقف العالية للمستحلب الضوئي، يزداد عدد التفاعلات المثيرة للاهتمام بين الجزيئات والنواة.
- الصف الثاني عشر.
- اشرح للطلاب هيكل ومبدأ تشغيل تجهيزات تسجيل ودراسة الجسيمات الأولية.
- تحديث المعرفة الأساسية:
- ما هي "الذرة"؟
- ما هي أبعادها؟
- ما هو نموذج الذرة الذي اقترحه طومسون؟
- ما هو نموذج الذرة الذي اقترحه رذرفورد؟
- لماذا سمي نموذج رذرفورد "النموذج الكوكبي للبنية الذرية"؟
- موضوع الدرس:
- طرق مراقبة وتسجيل الجسيمات الأولية.
- الذرة "غير قابلة للتجزئة" (ديمقريطس).
- جزيء
- مادة
- عالم مصغر
- عالم كبير
- com.megaworld
- الفيزياء الكلاسيكية
- كيفية دراسة ومراقبة العالم الصغير؟
- كيفية دراسة ومراقبة العالم الصغير؟
- نبدأ في دراسة فيزياء النواة الذرية، والنظر في تحولاتها المختلفة والإشعاع النووي (المشع). ولهذا المجال من المعرفة أهمية علمية وعملية كبيرة.
- تلقت الأنواع المشعة من النوى الذرية العديد من التطبيقات في العلوم والطب والتكنولوجيا والزراعة.
- سننظر اليوم إلى الأجهزة وطرق التسجيل التي تتيح اكتشاف الجسيمات الدقيقة ودراسة تصادماتها وتحولاتها، أي أنها توفر جميع المعلومات حول العالم المصغر، وبناءً على ذلك، حول تدابير الحماية من الإشعاع.
- أنها تعطينا معلومات عن سلوك وخصائص الجسيمات: علامة وحجم الشحنة الكهربائية، وكتلة هذه الجسيمات، وسرعتها، والطاقة، وما إلى ذلك. وبمساعدة أدوات التسجيل، تمكن العلماء من اكتساب المعرفة حول "العالم الصغير".
- جهاز التسجيل هو نظام مجهري معقد قد يكون في حالة غير مستقرة. ومع اضطراب بسيط ناجم عن مرور جسيم، تبدأ عملية انتقال النظام إلى حالة جديدة أكثر استقرارًا. هذه العملية تجعل من الممكن تسجيل الجسيم.
- حاليًا، يتم استخدام العديد من طرق الكشف عن الجسيمات المختلفة.
- عداد جيجر
- غرفة ويلسون
- غرفة الفقاعة
- التصوير الفوتوغرافي
- المستحلبات
- التلألؤ
- طريقة
- طرق مراقبة وتسجيل الجسيمات الأولية
- غرفة الشرارة
- اعتمادا على أغراض التجربة والظروف التي يتم تنفيذها فيها، يتم استخدام أجهزة تسجيل معينة، تختلف عن بعضها البعض في خصائصها الرئيسية.
|
|
|
|
- استخدم F - الصف الثاني عشر، § 33، A.E.Maron، G.Ya. مياكيشيف، إي جي دوبيتسكايا
- يعمل على حساب عدد الجسيمات المشعة (الإلكترونات بشكل رئيسي).
- هذا عبارة عن أنبوب زجاجي مملوء بالغاز (الأرجون) وبداخله قطبان كهربائيان (الكاثود والأنود). عندما يمر الجسيم، يحدث ذلك تأثير تأين الغازويحدث نبض تيار كهربائي.
- جهاز:
- غاية:
- المزايا:-1. الاكتناز -2. الكفاءة-3. الأداء-4. دقة عالية (10OO جزيئات/ثانية).
- الكاثود.
- أنبوب زجاجي
- حيث يتم استخدامه: - تسجيل التلوث الإشعاعي على الأرض، في المباني، الملابس، المنتجات، الخ. - في مرافق تخزين المواد المشعة أو مع المفاعلات النووية العاملة - عند البحث عن رواسب الخام المشع (اليورانيوم - اليورانيوم، الثوريوم - الثوريوم).
- عداد جيجر.
- 1882 الفيزيائي الألماني فيلهلم جيجر.
- أنواع مختلفة من عدادات جيجر.
- يعمل على مراقبة وتصوير آثار مرور الجزيئات (المسارات).
- غاية:
- يمتلئ الحجم الداخلي للغرفة بالكحول أو بخار الماء في حالة مفرطة التشبع: عندما يتم خفض المكبس، ينخفض الضغط داخل الغرفة وتنخفض درجة الحرارة، نتيجة لعملية ثابتة الحرارة، يتم تشكيل بخار مفرط التشبع. بعد مرور الجسيم، تتكثف قطرات الرطوبة ويتشكل مسار - أثر مرئي.
- لوحة زجاجية
- تم اختراع الجهاز عام 1912 على يد الفيزيائي الإنجليزي ويلسون لرصد وتصوير آثار الجسيمات المشحونة. حصل على جائزة نوبل عام 1927.
- اقترح الفيزيائيان السوفييت ب.ل. كابيتسا ودي في سكوبلتسين وضع غرفة سحابية في مجال مغناطيسي موحد.
- عند وضع الكاميرا في مجال مغناطيسي، يمكنك تحديد من المسار: الطاقة والسرعة والكتلة وشحنة الجسيم. حسب طول المسار وسمكه وحسب انحناءهفي المجال المغناطيسي يتم تحديدها خصائص الجسيمات المشعة العابرة. على سبيل المثال، 1. يعطي جسيم ألفا مسارًا سميكًا صلبًا، 2. البروتون - مسارًا رفيعًا، 3. الإلكترون - مسارًا منقطًا.
- مناظر مختلفة للغرف السحابية وصور فوتوغرافية لمسارات الجسيمات.
- غرفة ويلسون البديل.
- عندما ينخفض المكبس بشكل حاد، فإن السائل تحت ضغط مرتفع يذهب إلى حالة محموما.عندما يتحرك الجسيم بسرعة على طول المسار، تتشكل فقاعات بخار، أي يغلي السائل ويصبح المسار مرئيًا.
- مزايا الحجرة السحابية: - 1. كثافة متوسطة عالية، وبالتالي مسارات قصيرة - 2. تعلق الجسيمات في الحجرة ويمكن إجراء المزيد من مراقبة الجسيمات -3. سرعة أكبر.
- 1952 د. جلاسر.
- مناظر مختلفة لغرفة الفقاعات وصور فوتوغرافية لمسارات الجسيمات.
- العشرينات إل في ميسوفسكي، أ.ب. جدانوف.
- - يخدم لتسجيل الجزيئات - يسمح لك بتسجيل الظواهر النادرة بسبب وقت التعرض الطويل. يحتوي المستحلب الفوتوغرافي على عدد كبير من البلورات الدقيقة لبروميد الفضة. الجسيمات الواردة تؤين سطح المستحلبات الضوئية. تتفكك بلورات AgBr (بروميد الفضة) تحت تأثير الجزيئات المشحونة، وعندما يتم تطويرها، يتم الكشف عن أثر لمرور الجسيم - المسار. واستنادًا إلى طول المسار وسمكه، يمكن تحديد طاقة وكتلة الجسيمات.
- الطريقة لها المزايا التالية:
- 1. يمكنه تسجيل مسارات جميع الجسيمات المتطايرة عبر لوحة التصوير الفوتوغرافي أثناء وقت المراقبة.
- 2. لوحة التصوير الفوتوغرافي جاهزة دائمًا للاستخدام (لا يتطلب المستحلب إجراءات تجعله في حالة صالحة للعمل).
- 3. يتمتع المستحلب بقدرة كبح كبيرة بسبب كثافته العالية.
- 4. يعطي أثرًا غير مختفي للجسيم، والذي يمكن بعد ذلك دراسته بعناية.
- عيوب الطريقة: 1. المدة و2. تعقيد المعالجة الكيميائية للوحات التصوير الفوتوغرافي و3. والأهم من ذلك، أن فحص كل لوحة في مجهر قوي يستغرق الكثير من الوقت.
- تستخدم هذه الطريقة (رذرفورد) البلورات للتسجيل. يتكون الجهاز من وميض ومضاعف ضوئي ونظام إلكتروني.
- طريقة التلألؤ
- طريقة التأين التأثير
- تكثيف البخار على الأيونات
- طريقة مستحلب الفيلم السميك
- الجسيمات التي تسقط على شاشة مغطاة بطبقة خاصة تسبب ومضات يمكن ملاحظتها باستخدام المجهر.
- عداد جيجر لتصريف الغاز
- غرفة ويلسون وغرفة الفقاعة
- يؤين سطح المستحلبات الضوئية
- دعونا نكرر:
- 1. ما موضوع الدرس الذي درسناه اليوم؟
- 2 ما الأهداف التي وضعناها قبل دراسة الموضوع؟
- 3. هل حققنا هدفنا؟
- 4. ما معنى الشعار الذي اتخذناه في درسنا؟
- 5. هل فهمت موضوع الدرس ولماذا تعرفنا عليه؟
- 1. نتحقق من عملك معًا باستخدام الجدول ونقيمه معًا ونمنحك درجة مع مراعاة عملك في الدرس.
- 1. موارد الإنترنت.
- 2. F - الصف الثاني عشر، A. E. Myakishev، G.Ya Myakishev، E. G. Dubitskaya.
طرق التتبع.يتحرك الجسيم المشحون في الغاز ويؤينه ويشكل سلسلة من الأيونات على طول طريقه. إذا خلقت في الغاز قطعيقفز الضغط، ثم يستقر البخار المفرط على هذه الأيونات، كما هو الحال في مراكز التكثيف، مكونًا سلسلة من القطرات السائلة - مسار.
أ) غرفة ويلسون
(الإنجليزية) 1912
1) وعاء زجاجي أسطواني مغطى بالزجاج في الأعلى؛
2) الجزء السفلي من الوعاء مغطى بطبقة من المخمل أو القماش الأسود الرطب؛
ح) شبكة يتشكل فوق سطحها بخار مشبع.
4) المكبس، عند خفضه بسرعة، يحدث تمدد ثابت الحرارة للغاز، والذي يصاحبه
عن طريق خفض درجة حرارته، يصبح البخار فائق البرودة (مفرط التشبع).
تتشكل الجسيمات المشحونة أثناء التحلل الإشعاعي، والتي تتطاير عبر الغاز، وتشكل سلسلة من الأيونات على طول طريقها. عند خفض المكبس، تتشكل قطرات سائلة على هذه الأيونات، كما هو الحال في مراكز التكثيف. وهكذا، أثناء الطيران، يترك الجسيم وراءه أثرًا (مسارًا)، يكون مرئيًا بوضوح ويمكن تصويره. يتم استخدام سمك وطول المسار للحكم على كتلة الجسيم وطاقته.
ب.ل. كابيتسا ود. اقترح سكوبلتسين وضع الكاميرا في مجال مغناطيسي. يخضع الجسيم المشحون الذي يتحرك في مجال مغناطيسي لقوة لورنتز، مما يؤدي إلى انحناء المسار. واستناداً إلى شكل المسار وطبيعة انحناءه، يمكن حساب زخم الجسيم وكتلته y، وكذلك تحديد إشارة الشحنة الترددية.
ب) غرفة فقاعة جلاسر(الولايات المتحدة الأمريكية) 1952
يحدث المسار في سائل شديد الحرارة. غرفة الفقاعة، مثل غرفة ويلسون، تكون في حالة صالحة للعمل في لحظة حدوث ارتفاع حاد في الضغط. يتم أيضًا وضع غرف الفقاعات في مجال مغناطيسي قوي، مما يؤدي إلى ثني مسارات الجسيمات.
لا تترك الجسيمات المحايدة مسارات، ولكن مع ذلك يمكن اكتشافها أيضًا باستخدام غرفة السحابة أو غرفة الفقاعة باستخدام التأثيرات الثانوية. لذلك، إذا اضمحل جسيم محايد إلى جسيمين (أو أكثر) مشحونين يطيران في اتجاهات مختلفة، فمن خلال دراسة مسارات الجسيمات الثانوية وتحديد طاقاتها وعزم دورانها، من الممكن تحديد خصائص الجسيم المحايد الأولي باستخدام قوانين الحفظ .
ب) طريقة المستحلبات الفوتوغرافية ذات الجدران السميكة
(1928، ميسوفسكي وزدانوف)
يعتمد على استخدام اسوداد حبيبات بروميد الفضة التي تكون جزء من الطبقة الفوتوغرافية تحت تأثير الجزيئات المشحونة التي تمر بالقرب منها. بعد تطوير المستحلب الفوتوغرافي، يمكن ملاحظة آثار هذه الأجزاء فيها. وتستخدم المستحلبات الضوئية النووية على شكل طبقات بسمك يتراوح من 0.5 إلى 1 ملم. وهذا يجعل من الممكن دراسة مسارات الجسيمات عالية الطاقة. من المزايا المهمة لطريقة المستحلب الضوئي، بالإضافة إلى سهولة الاستخدام، أنها تساعد في الحصول عليها غير التلاشيأثر الجسيمات التي يمكن بعد ذلك دراستها بعناية. تُستخدم طريقة المستحلبات الفوتوغرافية النووية على نطاق واسع في دراسة خواص الجسيمات الأولية الجديدة وفي دراسة الإشعاع الكوني.
طريقة أرقام العدجزيئات. باعتبارها واحدة من الأجهزة الأولى والأبسط ل تسجيل الجسيماتتم استخدام شاشة مغلفة بتركيبة الانارة. عند تلك النقطة على الشاشة، حيث يصطدم جسيم ذو طاقة عالية بما فيه الكفاية، يحدث وميض - وميض.
أ) منظار العمود الفقري.في عام 1903، اكتشف دبليو كروكس أنه عندما تصطدم جسيمات ألفا بمواد الفلورسنت، فإنها تسبب ومضات ضعيفة من الضوء - ما يسمى بالوميض. يتميز كل وميض بعمل جسيم واحد. تصميم جهاز بسيط مصمم لتسجيل جسيمات ألفا الفردية. الأجزاء الرئيسية للمنظار المغزلي عبارة عن شاشة مغطاة بطبقة من كبريتيد الزنك وعدسة مكبرة قصيرة التركيز. يتم وضع عقار ألفا المشع في نهاية القضيب مقابل منتصف الشاشة تقريبًا. عندما يضرب جسيم ألفا بلورة كبريتيد الزنك، يحدث وميض من الضوء، والذي يمكن اكتشافه عند ملاحظته من خلال عدسة مكبرة.
تسمى عملية تحويل الطاقة الحركية لجسيم سريع الشحن إلى طاقة وميض ضوئي التلألؤ.
ب) عدادات جيجر- مولر
(الألمانية) 1928
تعمل عدادات تفريغ الغاز على مبدأ تسجيل تفريغ غاز مستقل يحدث عندما يطير جسيم مشحون عبر حجم عمل العداد. على عكس غرفة التأين، التي تسجل الكثافة الإجمالية لحزمة الجسيمات المشحونة، فإن عداد جيجر-مولر يسجل كل جسيم على حدة. يعمل كل وميض على الكاثود الضوئي لمضاعف الإلكترون ويطرد الإلكترونات منه. الأخير، الذي يمر عبر سلسلة من المراحل المضاعفة، يشكل نبضة حالية عند الخرج، والتي يتم بعد ذلك تغذيتها إلى مدخلات مكبر الصوت وتدفع العداد. ويمكن ملاحظة شدة النبضات الفردية على راسم الذبذبات. ولا يتم تحديد عدد الجزيئات فحسب، بل يتم أيضًا تحديد توزيع الطاقة الخاصة بها.
غرفة التأين.لقياس جرعات الإشعاع المؤين، غرف التأين.غرفة التأين عبارة عن مكثف أسطواني به هواء أو غاز آخر بين الأقطاب الكهربائية. وباستخدام مصدر جهد ثابت، يتم إنشاء مجال كهربائي بين أقطاب الغرفة. في ظل الظروف العادية، يكون هناك عدد قليل جدًا من الشحنات الحرة في الهواء، وبالتالي فإن جهاز القياس المتصل بدائرة الكاميرا لا يكتشف التيار. عندما يتم تشعيع حجم عمل غرفة التأين بالإشعاع المؤين، يحدث تأين للهواء. تتحرك الأيونات الموجبة والسالبة تحت تأثير المجال الكهربائي. عادة ما تكون قوة تيار التأين في الغرفة جزءًا من الميكرو أمبير. لقياس هذه التيارات الضعيفة، يتم استخدام دوائر تضخيم خاصة.
وبمساعدة غرف التأين، يمكن تسجيل أي نوع من الإشعاع النووي.
65. اكتشاف النشاط الإشعاعي. النشاط الإشعاعي الطبيعي. أنواع الإشعاع الإشعاعي.
النشاط الإشعاعي هو نتيجة العمليات التي تحدث داخل ذرات المادة.
التفكك العفويالذري نواة العناصر المشعة تجتمع
ويسمى النشاط الإشعاعي الطبيعي الذي يحدث في الظروف الطبيعية.
أنواعها: - الأشعة، وهي ذرة هيليوم متأينة بالكامل، تمر عبر مادة ما، تتباطأ سرعتها بسبب تأين وإثارة الذرات والجزيئات، وكذلك تفكك الجزيئات، وتنحرف قليلاً في مجال كهربائي ومغناطيسي.
- الأشعة، تدفق الإلكترونات، لتأخير إشعاع بيتا، هناك حاجة إلى طبقة من المعدن سمكها 3 سم، تنحرف بقوة في المجال الكهربائي والمغناطيسي.
- الأشعة الكهرومغناطيسية قصيرة الموجة، ذات قوة اختراق أكبر بكثير من الأشعة السينية، لا تنحرف.