МБОУ СОШ 1 г. Светлый учитель физики-Архипова О.Л.

Регистрационные приборы делят на две группы. К первой группе относятся приборы, которые фиксируют факт пролёта частиц. В некоторых случаях удается судить об их энергии. Ко второй группе относятся так называемые трековые приборы, позволяющие наблюдать следы частиц и определять их удельный заряд, а также знак заряда. Общая особенность и тех и других состоит в том, что пролёт частицы возвращает систему в более устойчивое состояние. Заряженная частица может вызвать : 1) возбуждение атомов 2) их ионизацию 3) расщепление молекул на атомы

В 1903г У. Крупе заметил, что альфа-частицы,испускаемые радиоактивным аппаратом, попадая на покрытый сернистым цинком экран, вызывают свечение. Устройство было использовано Э.Резердордом. Процесс преобразования кинетической энергии быстрой заряженной частицы в энергию световой вспышки называется сцинтилляцией. Прибор не дает необходимой точности,т.к. результат подсчета вспышек в большей степени зависит от остроты зрения наблюдателя. Основные детали : 1-экран из сульфида цинка ; 2-короткофокусная лупа ; 3- стержень с альфа радиоактивным препаратом.

Ханс Вильгельм Гейгер ( ) немецкий физик-экспериментатор. Работал в Манчестерском университете вместе с Э. Резерфордом, в Физико- техническом институте в Берлине. С 1925 по 1929 год профессор и директор Физического института Кильского университета, а с 1929 по 1936 год профессор Тюбингенского университета. С 1936 года профессор Технического университета в Берлине. В 1908 году совместно с Э. Резерфордом изобрёл прибор для регистрации отдельных заряженных частиц. Этот прибор впоследствии им был усовершенствован и назван счётчиком Гейгера Мюллера. В годах проводил опыты по рассеянию α-частиц на тонких металлических плёнках. Было выяснено, что в среднем одна из 8000 частиц отклоняется на угол больше 90º. Эти эксперименты сыграли большую роль при создании Резерфордом планетарной модели атома. В 1911 году установил зависимость вероятности α-распада от энергии α-частиц, названную законом Гейгера Нетолла. В 1937 году избран членом Берлинской академии наук.

Состоит из трубки покрытой изнутри металлическим слоем ( катод ), по её оси натянута тонкая металлическая нить (анод). Рабочий объём заполняется смесью газов, обычно аргоном с примесью паров метилового спирта при давлении около 0,1 атм. Прикладывается высокое напряжение. Пролетающая заряженная частица производит на своем пути ионизацию атомов наполняющего газа. Под действием электрического поля свободные электроны движутся к аноду, положительные ионы к катоду. Электроны приобретают энергию достаточную для их ионизации. Возникает коронный разряд, на регистрацию устройства поступает импульс напряжения. Устройство фиксирует только факт пролёта частицы.

Чарлз Томас Рис Вильсон ( ) английский физик. В 1892 году окончил Кембриджский университет, в котором проработал с 1900 по 1934 год. Занимался проблемами молекулярной и ядерной физики, в частности условиями конденсации пара. В 1912 году изобрёл прибор для наблюдения и фотографирования треков частиц камеру Вильсона. С помощью созданного прибора изучал свойства ионизирующего излучения. В 1900 году был избран членом Лондонского королевского общества. В 1927 году ему присуждена Нобелевская премия по физике, также он был награждён многими медалями, например, почётной медалью Копли.

В сосуде находится воздух с насыщенными парами спирта, рабочий объём через трубку соединяется с резиновой грушей ; внутри камеры укреплен радиоактивный препарат. Грушу плавно сжимают, затем отпускают. При быстром адиабатном расширении воздух и пары в камере охлаждаются, пар переходит в состояние перенасыщения. Если вылетает альфа-частица, вдоль пути её движения в газе образуется колонка ионов. Пересыщенный пар конденсируется в капли жидкости, причём образование капель происходит на ионах, которые являются центрами. Обычно камеру помещают в постоянное магнитное поле, треки частиц оказываются искривленными. Радиус кривизны трека зависит от скорости движения, её массы и заряда r= mV / qB. Первые фотографии треков альфа-частиц в м.п. получил в 1923г П.Л. Капица. Д.В. Скобельцин применил камеру для изучения спектров гамма и бетта излучений.

Камера Вильсона

Треки частиц, полученные в камере Вильсона

След альфа-частиц; камера в м.п. с индукцией 4,3 Тл; поле направлено от нас в плоскость рис. След бетта-частиц; камера в м.п. с индукцией 0,0215Тл; поле направлено на нас След гамма-излучения

Дональд Артур Глейзер (род. 1926) американский физик. В 1946 году окончил Технологический институт Кейса. С 1949 по 1959 год работал в Мичиганском университете, с 1959 года профессор Калифорнийского университета. В 1950 году получил степень доктора философии. Основные работы создал в области современной физики элементарных частиц. Исследовал закономерности распада частиц, выполнение законов сохранения при взаимных превращениях частиц. Для наблюдения треков элементарных частиц в 1952 году изобрёл пузырьковую камеру. В 1960 году был удостоен Нобелевской премии по физике. С 1962 года член Национальной академии наук.

В камере используется жидкость при температуре, близкой к температуре кипения. Быстрые заряженные частицы через тонкое окошко в стенке камеры проникают в её рабочий объём и производят на своём пути ионизацию и возбуждение атомов жидкости. Когда частицы пронизывают объем камеры, давление внутри резко понижается и жидкость переходит в перегретое состояние. Возникающие ионы обладают избытком кинетической энергии, которая приводит к повышению температуры жидкости, её вскипанию и образованию пузырьков пара. Преимущества : может регистрировать частицы с большей энергией,т.к. большая плотность рабочего вещества ; обладает быстродействием (рабочий цикл 0,1с)

Пузырьковая камера

Фотография треков частиц в пузырьковой камере

В эмульсионных камерах облучаются толстые пачки весом до нескольких десятков килограмм, составленные из отдельных слоёв. На каждый слой с помощью рентгеновских лучей наносится координатная сетка, чтобы проследить путь частицы. На рисунке показан трек частицы под названием пион (π), превратившийся в мюон (μ), а затем в позитрон (e + ). Фотоэмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра. Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик, отрывает электроны от отдельных атомов брома. Цепочка таких кристалликов образует скрытое изображение По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы. Очень много опытов было проведено в 1928г Л.В.Мысовским и А.П.Ждановым.

Треки, полученные методом толстостенных фотоэмульсий.

Искровая камера изобретена в 1957г. Её действие основано на применение электрического пробоя. В камере имеется система плоскопараллельных пластин, расположенных близко друг к другу Пространство между пластинами заполнено инертным газом (неоном). На пластины подается высокое напряжение, чуть ниже пробойного. При пролете быстрой частицы вдоль её траектории между пластинами проскакивают искры, создавая огненный трек. Камера управляется автоматически. Электроды камеры выполняются в виде очень тонких параллельных проволочек, расположенных на расстоянии около 1мм. Искра при попадании в проволочку вызывает в ней слабый ток, который фиксируется и подается на вычислительную машину. Можно помещать многотонные металлические пластины для увеличения вероятности обнаружения редких реакций.

Огненные треки в искровой камере