Экспериментальные методы регистрации частиц by Екатерина Хадаковская

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 09:38:00 UTC

Для изучения ядерных явлений были разработаны различные методы регистрации частиц.

Методы регистрации частиц:

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 09:45:41 UTC

● Сцинтилляционный

счётчик

● Газоразрядный счётчик Гейгера

● Камера Вильсона

● Пузырьковая камера

● Метод толстослойных фотоэмульсий

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:22:23 UTC

Одним из первых методов регистрации элементарных частиц является метод сцинтилляций. Сущность которого заключается в подсчёте количестве вспышек на экране, покрытом сернистом цинком, при попадании на него заряженных частиц. Это явление впервые наблюдал в 1903 году английский физик и химик Уильям Крукс.

Метод сцинтилляций использовался в основном для регистрации альфа - частиц. Отдельные быстрые электроны вызывали очень слабые сцинтилляции, которые невозможно зафиксировать. Гамма-излучение создавало общее свечение экрана, а не отдельные вспышки. В конце 40-ых ХХ века были созданы фотоэлектронные умножители, которые позволяли регистрировать очень слабые вспышки света. На их основе были созданы сцитилляционные счетчики.

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:25:30 UTC

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:27:24 UTC

Принцип работы:

Радиоактивная частица, попадая в сцинтиллятор, переводит молекулы в возбужденное состояние. Переход молекулы в основное энергетическое состояние сопровождается излучением фотона, который регистрируется детектором.

Преимущества:1) с помощью сцинтилляционных счётчиков можно регистрировать альфа- частицы и электроны2) эффективность регистрации гамма- излучения и нейтронов достигает 100%3) высокая разрешающая способность по времени4) можно определить мощность источника и мощность доз излучения Недостатки:1) малая чувствительность к частицам с малой энергией2) невысокая разрешающая способность по энергии

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:28:49 UTC

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:32:41 UTC

В 1908 году физик из Германии Ганс Гейгер трудился в химических лабораториях, принадлежащих Эрнесту Резерфорду. Там же им было предложено испытать счетчик заряженных частиц, представлявший собой ионизированную камеру. Камера являлась электро-конденсатором, который наполняли газом под высоким давлением.

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:34:40 UTC

В 1928 году, во время работы с Гейгером, прибор значительно улучшил его коллега Вальтер Мюллер. В частности, он разработал несколько модификаций устройства — каждая из версий обнаруживала разный тип излучения. Из-за этого, измерительный прибор также называют счетчиком Гейгера-Мюллера.

Как работает счетчик Гейгера?

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:36:51 UTC

Конструкция счетчика Гейгера очень проста.

По сути, это конденсатор, внутри которого находится инертный газ: неон, аргон и так далее. Так называются летучие вещества, которые участвуют в очень малом количестве химических реакций. Чтобы заставить их вступить в реакцию, нужно искусственно ионизировать каждый атом. Когда внутрь цилиндрического конденсатора попадает ионизирующее излучение, газ вступает в реакцию и возникает электрический ток. Именно из-за того, что внутри счетчика Гейгера возникают электрические разряды, в случае обнаружения радиации прибор и издает треск.

Преимущества

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:38:20 UTC

Прост в эксплуатации

Недостатки

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:39:13 UTC

Мало информации о характеристике частицы

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:42:32 UTC

Ка́мера Ви́льсона (она же туманная камера) — один из первых в истории приборов для регистрации следов (треков) заряженных частиц.

Изобретена шотландским физиком Чарлзом Вильсоном в 1912 году.

В 1927 году данное изобретение было отмечено нобелевской премией по физике.

Устройство прибора

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:46:38 UTC

На рисунке камера вильсона представляет собой стеклянную колбу и поршень. Колбу тщательно очищают от пыли, чтобы не было центров конденсации. Камеру заполняют насыщенными парами воды, спирта или эфира

Принцип работы

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:50:30 UTC

Принцип работы камеры Вильсона основан на конденсации пересыщенного пара и образовании видимых капель жидкости на ионах вдоль следа пролетевшей через камеру заряженной частицы. Для создания пересыщенного пара происходит быстрое адиабатическое расширение газа с помощью механического поршня. После фотографирования трека, газ в камере снова сжимается, капельки на ионах испаряются.

Преимущества

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:52:03 UTC

1) Благодаря ей впервые удалось увидеть и сфотографировать следы от альфа- и бета-частиц

2) Возможность сделать точные измерения энергии частиц

Недостатки

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:52:51 UTC

1) относительно низкая плотность газа, которая ограничивает количество взаимодействий между ионизирующим излучением и молекулами газа

2) для того, чтобы увидеть следы частиц необходимо внезапное расширение насыщенного пара, которое создается движением поршня. Причем этот процесс необходимо повторять при каждом использовании прибора

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:53:58 UTC

Пузырьковая камера – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара вдоль траектории её движения. Изобретена А. Глэзером в 1952 г. (Нобелевская премия 1960 г.).

Устройство прибора

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:58:06 UTC

Пузырьковая камера является разновидностью камеры Вильсона. Первая модификации пузырьковой камеры состояла из металлической камеры со стеклянными окнами для освещения и фотографирования, заполненной жидким водородом.

Принцип работы

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 10:59:05 UTC

Камера заполнена жидкостью, которая находится в состоянии, близком к вскипанию. При резком понижении давления жидкость становится перегретой и существует в таком состоянии некоторое время (мс). При движении заряженной частицы в такой жидкости вдоль её траектории образуется ряд пузырьков пара. После фотографирования трека давление поднимается, пузырьки исчезают, камера готова к регистрации следующей ионизирующей частицы.

Преимущества

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 11:00:46 UTC

1) обладает быстродействием

2) высокая точность измерений

Недостатки

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 11:01:48 UTC

1) меньшая длина треков, чем в камере Вильсона

2) слабая управляемость

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 11:03:11 UTC

Метод толстослойных фотоэмульсий — способ регистрации частиц наряду с камерой Вильсона и пузырьковой камерой. Ионизирующее действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки позволило французскому физику А. А. Беккерелю открыть в 1896 году радиоактивность. Метод фотоэмульсии был развит советскими физиками Л. В. Мысовским и А. П. Ждановым.

Принцип действия

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 11:07:04 UTC

Фотоэмульсия представляет собой слой геля толщиной до 1 мм, в котором равномерно распределены мельчайшие кристаллики галогенида серебра (чаще всего бромида серебра).

Когда через такую фотоэмульсию проходит заряженная частица, она ионизирует атомы на своем пути. Это приводит к образованию скрытого изображения в эмульсии.

Затем фотоэмульсию проявляют, и ионизированные кристаллы бромида серебра восстанавливаются до металлического серебра. Так образуется видимый трек частицы в виде тонкой нити из черных зерен серебра.

По характеристикам этого трека — его длине, извилистости, толщине — можно судить о свойствах частицы, ее энергии, массе и т.д.

Регистрация различных частиц

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 11:09:34 UTC

Метод толстослойных фотоэмульсий позволяет регистрировать самые разные частицы:

•электроны

•протоны

•альфа-частицы

•нейтроны

и др.

Преимущества

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 11:10:41 UTC

1)Высокое пространственное разрешение, позволяющее детально исследовать треки.

2)Возможность длительной экспозиции для регистрации редких событий.

3)Сохранение информации о треках частиц для последующего анализа.

4)Наглядность и детальность получаемых данных о частицах.

Недостатки

ekaterinapervaya100 — 2024-03-17 11:11:47 UTC

1)Небольшая глубина проникновения частиц в фотоэмульсию из-за ее высокой плотности.

2)Сложность анализа треков - требуется тщательное изучение под микроскопом.

3)Трудоемкость процедуры проявления фотоэмульсии.