Методи спостереження і реєстрації елементарних частинок. - презентация

1 Методи спостереження і реєстрації елементарних частинок

2 Лічильник Гейгера Камера Вільсона Бульбашкова камера Фотографічні емульсії Сцинтиляційний метод Методи спостереження і реєстрації елементарних частинок Іскрова камера

3 Сцинтиляційний лічильник, пристрій для реєстрації ядерних випромінювань і елементарних частинок (протонів, нейтронів, электронів, γ - квантів, мезонів і т. н). Основним елементом лічильника є речовина, люмінесціює під дією заряджених частинок (сцинтилятор). При потраплянні зарядженої частинки на напівпівпрозорий екран, покритий сульфідом цинку, виникає спалах (СЦИНТИЛЯЦІЯ). Спалах можна спостерігати і фіксувати. Пристрій складається з сцинтилятора, фотоелектронного помножувача і електронної системи.

4 + - R До підсилювача Скляна трубка Анод Катод Лічильник Гейгера застосовується в основному для реєстрацій електронів і γ – квантів (фотонів великої енергії). Лічильник реєструє майже всі, попадаючі в нього електрони. Лічильник Гейгера. Щоб зареєструвати γ- кванти, стінки трубки покривають спеціальним матеріалом, з якого вони вибивають електрони.

5 Лічильник Гейгера Схема Фотографія Ханс Гейгер У газорозрядному лічильнику є катод у вигляді циліндра і анод у вигляді тонкого дроту по осі циліндра. Простір між катодом і анодом заповнюється спеціальною сумішшю газів. Між катодом і анодом прикладається напруга U

6 Камеру Вільсона можна назвативікном в мікросвіт. Вона являє собою герметично закриту посудину заповненену парами води чи спирту, близькими до насичення. С кляна пластина поршень вентиль Вільсон- англійскій фізик, член Лондонского королівського товариства. Винайшов в 1912 р. пристрій для спостереження і фотографування слідів зарядженних частинок, названий камерою Виільсона (Нобелівска премія, 1927). Камера Вільсона Радянські фізики П.Л.Капіца і Д.В. Скобельцин запропонували помістити камеру Вільсона в однорідне магнітне поле.

7 Якщо частинки проникають в камеру, то на їхньому шляху виникають крапельки води. Ці крапельки утворюють видимий слід частинки, що пролетіла - трек. По довжині трека можна визначити енергію частинки, а по числу крапель на одиницю довжини оцінюється її швидкість. Трек має кривизну. Перше штучне перетворення елементів – взаїмодія частинки з ядром азоту, в результаті якого утворились ядро кисню і протон.

8 При зниженні тиску рідина в камері переходить в перегрітий стан. поршень Бульбашкова камера Політ частинки викликає утворення ланцюга крапель, які можна сфотографувати. Фотографія зіткнення елементарних частинок в головній бульбашковій камері проскорювача Європейського центру ядерних досліджень в Женеві, Швейцарія. Траєкторії руху елементарних частинок розсвітлені для більшої ясності картини. Блакитними лініями відмічені сліди бульбашок, які утворилися навколо атомів, збуджених в результаті прольоту швидких заряджених частинок Д.Глейзер.Кипіння перегрітої рідини.

9 По довжині і товщині треку можна оцінити енергію і масу частинки Фотографічні емульсії Найбільш дешевим методом реєстрації іононізуючого випромінювання є фотоемульсійний. Він базується на тому, що заряджена частинка, рухаючись в фотоемульсії, руйнує молекули броміду срібла в зернах, крізь яких пройшла. Після проявки такої пластинки в ній виникають «доріжки» з осівшого срібла, які добре видно в мікроскоп.

10 На малюнку зображені сліди в фотоемульсії. Цей метод має такі переваги: 1. Ним можна реєструвати траєкторії всіх частинок, що пролетіли крізь фотопластинку за час спостереження. 2. Фотопластинка завжди готова до застосування. 3. Емульсія володіє гальмуючою здатністю. 4. Він дає незникаючий слід частинки, який потім можна ретельно вивчити. Недоліком методу є довготривалість і складність хімічної обробки фотопластинок і, головне, багато часу потрібно для розгляду кожної пластинки в сильному мікроскопі.

11 Іскрова камера Іскрова камера – трековий детектор заряджених частинок, в якому трек (слід) частинки утворює ланцюжок іскрових електричних розрядів вздовж траєкторії її руху. Трек частинки в вузькощілинній іскровій камері 1959 р. С.Фукуі, С.Міямото. Іскрова камера. Розряд в газі при його ударній іонізації

12 Іскрова камера являє собою систему паралельних металічних електродів, простір між яким заповнено інертним газом.Довжина між якими від 1-2 см до 10 см. Широко використовуються дротяні іскрові камери, електроди яких складаються з багатьох паралельних дротів.. Внутрішній вид двосекцйної іскрової камери В місцях проходження зарядженої частинки між пластинами за рахунок іонізації атомів виникають вільні носії зарядів (електрони, йони), які викликають іскру

13 Назва приладуСхематичне зображення Фізичні принципи дії Результат Сцинтиляціон- ний метод Лічильник Гейгера Камера Вільсона Бульбашкова камера Метод товстошарових фотоемульсій Іскроваа камера Домашнє завдання Заповнити таблицю. Повідомлення :Черенковський лічильник (2-3 хв).

14 Черенковский лічильник – детектор швидких заряженних элементарних частинок, регійних їх по черенковскому випромінюванню, испускаемому средой детектора при двіженій в ній цих частин. Черенковське випромінювання (чи випромінювання Вавілова-Черенкова) виникають при русі заряженой частини в прозорому середовищі із скоростью v більшої скорості світла в цьому середовищі, т.е. при v > c/n, де с – скорості світла в вакуумі, а n – показчик заломлення середовища. Це випромінювання було відкрито в 1934 р. П.А.Черенковим і об'яснено там же в 1937 р. І.Е. Таммом і І.М. Франком (всі троє за це відкриття він був нагороджений Нобелівською премією в 1958р.) П.А.Черенков Черенковський лічильник

15 Черенковське випромінювання являеться спільним випромінюванням багатьох атомів середовища, розподілених вздовж траекторії руху частин і полярізованних її электричним полем. Таким чином, безпосередньо випромінюється не частина, а середовеше. хвильовий фронт цього випромінювання представляє собою поверхність конуса, вершиной якого являється частина, а віссю – її траекторія. Кут роствора конуса фіксований і визначається швидкістю частини і властивостями середовища. Ситуація похожа на ту, яка виникає на поверхні води при русі катера. Катер, виконуючий в цьму прикладі частини, створює хвилю обурення водяної поверхності, фронт який утворюється гострий кут, вершиной якого являється катер. Е нергія частин, конвертирувана в черенкове випромінювання, мала порівняно з енергією, яку вона тратить на іонізацію і збудження атомів середовища.

16 Черенковський детектор складається з прозорого радиатора ( він може бути твердим, рідким чи газоподібним ), оптичної системи, збір і доставку « черенковський » фотонів до ФЭУ і самих ФЭУ. Тривалість сигнала черенковського лічильника 10-9 сик. Залежність кута випромінювання від = v/c дозволяє, визначає цей кут, найти швидкість і енергію частини. З допомогою черенковського детектора можна регістріровать частини з енергіями вплоть до 100 ГэВ. н