Инструментите, използвани за откриване на ядрена радиация, се наричат детектори на ядрена радиация. Най-широко използвани са детектори, които откриват ядрена радиация чрез йонизация и възбуждане на атомите на материята, които произвеждат. Газоразрядният брояч е изобретен от немския физик Г. Гайгер, след което е подобрен заедно с В. Мюлер. Поради това газоразрядните броячи често се наричат броячи на Гайгер-Мюлер. Цилиндрична тръба служи като тяло на измервателния уред; по оста му е опъната тънка метална нишка. Резбата и тялото на тръбата са разделени с изолатор. Работният обем на измервателния уред се запълва със смес от газове, например аргон, смесен с пари на метилов алкохол, при налягане около 0,1 atm.
За да се регистрират йонизиращи частици, се прилага високо постоянно напрежение между тялото на брояча и нишката е анод; Бърза заредена частица, прелитаща през работния обем на брояча
произвежда йонизация на атомите на запълващия газ по пътя си. Под въздействието на електрическо поле свободните електрони се придвижват към анода, положителните йони се придвижват към катода. Силата на електрическото поле в близост до NNH анода на брояча е толкова висока, че свободните електрони, когато се приближават до него по пътя между два сблъсъка с неутрални атоми, придобиват енергия, достатъчна за тяхната йонизация. В глюкомера възниква коронен разряд, който спира след кратък период от време.
На входа на записващото устройство се изпраща импулс на напрежение от резистор, свързан последователно с брояча. Схематична схема на включване на газоразряден брояч за регистриране на ядрено лъчение е показана на фигура 314. Въз основа на показанията на електронното преброяващо устройство се определя броят на бързите заредени частици, регистрирани от брояча.
Сцинтилационни броячи.
Дизайнът на най-простото устройство, предназначено за запис на алфа частици, спинтарископът, е показан на фигура 302. Основните части на спинтарископа са екран 3, покрит със слой цинков сулфид, и късофокусна лупа 4. Алфа радиоактивно лекарство се поставя в края на прът 1 приблизително срещу средата на екрана. Когато алфа частица удари кристали на цинков сулфид, се появява светкавица, която може да бъде открита, когато се наблюдава през лупа.
Процесът на преобразуване на кинетичната енергия на бързо заредена частица в енергията на светлинна светкавица се нарича сцинтилация. Сцинтилацията е вид явление на луминесценция. В съвременните сцинтилационни броячи светлинните проблясъци се записват с помощта на фотоклетки, които преобразуват енергията на светлинния проблясък в кристала в енергия на импулс на електрически ток. Токовите импулси на изхода на фотоклетката се усилват и след това се записват.
Камера на Уилсън.
Един от най-забележителните инструменти на експерименталната ядрена физика е облачната камера. Външният вид на демонстрационната камера на училището на Уилсън е показан на фигура 315. В цилиндрична
Контейнер с плосък стъклен капак съдържа въздух, съдържащ наситени алкохолни пари. Работният обем на камерата е свързан чрез тръба към гумена круша. Вътре в камерата на тънък прът е монтирано радиоактивно лекарство. За да активирате камерата, крушката първо се стиска леко, след което се отпуска рязко. При бързо адиабатно разширение въздухът и парата в камерата се охлаждат и парата влиза в състояние на свръхнасищане. Ако в този момент алфа частица напусне препарата, по пътя на нейното движение в газа се образува стълб от йони. Свръхнаситената пара се кондензира в течни капчици, а образуването на капчици става предимно върху йони, които служат като центрове на кондензация на парата. Колона от капчици, кондензирани върху йони по протежение на траекторията на частица, се нарича следа на частица.
За извършване на точни измервания на физическите характеристики на откритите частици, облачна камера се поставя в постоянно магнитно поле. Следите на движещите се в магнитно поле частици се оказват извити. Радиусът на кривината на пистата зависи от скоростта на частицата, нейната маса и заряд. С известна индукция на магнитното поле тези характеристики на частиците могат да бъдат определени от измерените радиуси на кривината на следите на частиците.
Първите снимки на следи от алфа частици в магнитно поле са получени от съветския физик П. Л. Капица през 1923 г.
Методът за използване на облачна камера в постоянно магнитно поле за изследване на спектрите на бета и гама лъчение и изследване на елементарни частици е разработен за първи път от съветския физик, академик Дмитрий Владимирович Скобелцин.
Балонна камера.
Принципът на работа на балонната камера е следният. Камерата съдържа течност с температура, близка до точката на кипене. Бързите заредени частици проникват в работния му обем през тънък прозорец в стената на камерата и по пътя йонизират и възбуждат течни атоми. В момента, когато частиците проникнат в работния обем на камерата, налягането вътре в нея рязко намалява и течността преминава в прегрято състояние. Йоните, които се появяват по пътя на частицата, имат излишък от кинетична енергия. Тази енергия води до повишаване на температурата на течността в микроскопичен обем близо до всеки йон, нейното кипене и образуване на парни мехурчета. Верига от парни мехурчета, възникващи по пътя на бързо заредена частица през течност, образува следа от тази частица.
В балонна камера плътността на всяка течност е значително по-висока от плътността на газа в облачна камера, така че е възможно по-ефективно да се изследват взаимодействията на бързо заредени частици с атомни ядра. За запълване на балонните камери се използват течен водород, пропан, ксенон и някои други течности.
Фотоемулсионен метод.
Фотографският метод е исторически първият експериментален метод за регистриране на ядрена радиация, тъй като явлението радиоактивност е открито от Бекерел с помощта на този метод.
Способността на бързо заредените частици да създават латентно изображение във фотографска емулсия се използва широко в ядрената физика днес. Ядрените фотоемулсии се използват особено успешно в изследванията в областта на физиката на елементарните частици и космическите лъчи. Бърза заредена частица, когато се движи в слой от фотографска емулсия, създава центрове на латентно изображение по пътя на движение. След проявяване се появява изображение на следи от първичната частица и всички заредени частици, възникващи в емулсията в резултат на ядрени взаимодействия на първичната частица.
Елементарните частици могат да бъдат наблюдавани благодарение на следите, които оставят при преминаване през материята. Естеството на следите ни позволява да преценим знака на заряда на частицата, нейната енергия и импулс. Заредените частици причиняват йонизация на молекулите по пътя си. Неутралните частици не оставят следи по пътя си, но могат да се разкрият в момента на разпадане на заредени частици или в момента на сблъсък с всяко ядро. Следователно неутралните частици също се откриват чрез йонизация, причинена от генерирани или заредени частици.
Газоразряден брояч на Гайгер. Броячът на Гайгер е устройство за автоматично броене на частици. Броячът се състои от стъклена тръба, покрита отвътре с метален слой (катод) и тънка метална нишка, преминаваща по оста на тръбата (анод).
Тръбата обикновено е пълна с инертен газ (аргон). Работата на устройството се основава на ударна йонизация. Заредена частица, летяща през газ, се сблъсква с атоми, което води до образуването на положителни газови йони и електрони. Електрическото поле между катода и анода ускорява електроните до енергии, при които започва ударна йонизация. Получава се лавина от йони и електрони и токът през брояча рязко нараства. В този случай се формира импулс на напрежение при съпротивлението на натоварване R, което се подава към броячното устройство.
Броячът на Гайгер се използва главно за запис на електрони и фотони. Регистрацията на тежки частици (например - частици) е трудна, тъй като е трудно да се направи достатъчно тънък „прозорец“ в брояча, който да е прозрачен за тези частици.
Камера на Уилсън. В облачна камера, създадена през 1912 г., заредена частица оставя следа, която може да бъде наблюдавана директно или фотографирана. Действието на камерата се основава на кондензацията на пренаситена пара върху йони за образуване на водни капки. Тези йони се създават по неговата траектория от движеща се заредена частица. По дължината на следата (пистата), оставена от частица, може да се определи енергията на частицата, а по броя на капчиците на единица дължина на пистата може да се оцени нейната скорост. Частиците с по-висок заряд оставят по-дебела следа.
Балонна камера.През 1952г Американският учен Д. Глейзър предложи използването на прегрята течност за откриване на следи от частици. Йонизираща частица, летяща през камерата, предизвиква бурно кипене на течността, в резултат на което следата на частицата се обозначава с верига от мехурчета пара - образува се следа.
Емулсионна камера.Съветските физици Л.В. Мисовски и А.П. Жданов е първият, който използва фотографски плаки за запис на микрочастици. Заредените частици имат същия ефект върху фотографската емулсия като фотоните. Следователно след проявяване на пластинката в емулсията се образува видима следа (писта) от летящата частица. Недостатъкът на метода на фотографската плака е малката дебелина на емулсионния слой, в резултат на което се получават само следи от частици, разположени успоредно на равнината на слоя.
В емулсионните камери дебелите опаковки, съставени от отделни слоеве фотографска емулсия, са изложени на облъчване. Този метод се нарича метод на дебелослойна фотоемулсия.
доклад:
Методи за записване на елементарни частици
1) Газоразряден брояч на Гайгер
Броячът на Гайгер е едно от най-важните устройства за автоматично броене на частици.
Броячът се състои от стъклена тръба, покрита отвътре с метален слой (катод) и тънка метална нишка, преминаваща по оста на тръбата (анод).
Тръбата е пълна с газ, обикновено аргон. Броячът работи на базата на ударна йонизация. Заредена частица (електрон, £-частица и т.н.), прелитайки през газ, отнема електрони от атомите и създава положителни йони и свободни електрони. Електрическото поле между анода и катода (към тях се прилага високо напрежение) ускорява електроните до енергия, при която започва ударна йонизация. Получава се лавина от йони и токът през брояча рязко се увеличава. В този случай през товарния резистор R се генерира импулс на напрежение, който се подава към записващото устройство. За да може броячът да регистрира следващата частица, която го удари, лавинообразният разряд трябва да бъде угасен. Това става автоматично. Тъй като в момента на възникване на токовия импулс спадът на напрежението върху разрядния резистор R е голям, напрежението между анода и катода намалява рязко - толкова много, че разрядът спира.
Броячът на Гайгер се използва главно за запис на електрони и Y-кванти (високоенергийни фотони).Y-квантите обаче не се записват директно поради тяхната ниска йонизираща способност. За да ги открие, вътрешната стена на тръбата е покрита с материал, от който Y-квантите избиват електрони.
Броячът регистрира почти всички електрони, влизащи в него; Що се отнася до Y-квантите, той регистрира приблизително само един Y-квант от сто. Регистрацията на тежки частици (например £-частици) е трудна, тъй като е трудно да се направи достатъчно тънък „прозорец“ в брояча, който да е прозрачен за тези частици.
2) Камера на Уилсън
Действието на облачната камера се основава на кондензацията на свръхнаситени пари върху йони за образуване на водни капчици. Тези йони се създават по неговата траектория от движеща се заредена частица.
Устройството представлява цилиндър с бутало 1 (фиг. 2), покрито с плосък стъклен капак 2. Цилиндърът съдържа наситени пари на вода или алкохол. Изследваното радиоактивно лекарство 3 се въвежда в камерата, което образува йони в работния обем на камерата. Когато буталото рязко се спусне надолу, т.е. По време на адиабатно разширение парата се охлажда и става пренаситена. В това състояние парата лесно кондензира. Центровете на кондензация стават йони, образувани от летяща по това време частица. Така се появява мъглива диря (трака) в камерата (фиг. 3), която може да се наблюдава и снима. Песента съществува за десети от секундата. Чрез връщане на буталото в първоначалното му положение и отстраняване на йоните с електрическо поле може да се извърши отново адиабатно разширение. По този начин експериментите с камерата могат да се извършват многократно.
Ако камерата се постави между полюсите на електромагнит, тогава възможностите на камерата за изследване на свойствата на частиците се разширяват значително. В този случай силата на Лоренц действа върху движещата се частица, което позволява да се определи стойността на заряда на частицата и нейния импулс от кривината на траекторията. Фигура 4 показва възможна версия на декодиране на снимки на електронни и позитронни следи. Индукционният вектор B на магнитното поле е насочен перпендикулярно на равнината на чертежа зад чертежа. Позитронът се отклонява наляво, а електронът надясно.
3) Балонна камера
Различава се от облачната камера по това, че пренаситените пари в работния обем на камерата се заменят с прегрята течност, т.е. течност, която е под налягане, по-малко от налягането на наситените пари.
Прелитайки през такава течност, частица предизвиква появата на мехурчета пара, като по този начин образува следа (фиг. 5).
В първоначалното състояние буталото компресира течността. При рязко намаляване на налягането точката на кипене на течността е по-ниска от температурата на околната среда.
Течността става нестабилно (прегрято) състояние. Това гарантира появата на мехурчета по пътя на частицата. Като работна смес се използват водород, ксенон, пропан и някои други вещества.
Предимството на балонната камера пред камерата на Уилсън се дължи на по-високата плътност на работното вещество. В резултат на това пътищата на частиците се оказват доста къси и частици дори с висока енергия се забиват в камерата. Това позволява да се наблюдават серия от последователни трансформации на частица и реакциите, които предизвиква.
4) Метод на емулсия с дебел слой
За откриване на частици, наред с облачните камери и камерите с мехурчета, се използват дебелослойни фотографски емулсии. Йонизиращ ефект на бързо заредени частици върху емулсия на фотографска плака. Фотографската емулсия съдържа голям брой микроскопични кристали от сребърен бромид.
Бързо заредена частица, проникваща в кристала, премахва електрони от отделни бромни атоми. Верига от такива кристали образува латентен образ. Когато в тези кристали се появи метално сребро, веригата от сребърни зърна образува следа от частици.
Дължината и дебелината на следата могат да се използват за оценка на енергията и масата на частицата. Поради високата плътност на фотографската емулсия следите са много къси, но при снимане могат да се увеличат. Предимството на фотографската емулсия е, че времето на експозиция може да бъде колкото желаете. Това прави възможно записването на редки събития. Важно е също така, че поради високата спирачна способност на фотоемулсията се увеличава броят на наблюдаваните интересни реакции между частици и ядра.
Завършени работи
ДИПЛОМНИ РАБОТИ
Много вече е минало и сега сте дипломиран, ако, разбира се, напишете дипломната си работа навреме. Но животът е такова нещо, че едва сега ви става ясно, че след като сте престанали да бъдете студент, ще загубите всички студентски радости, много от които никога не сте опитвали, отлагайки всичко и го отлагайки за по-късно. И сега, вместо да наваксваш, работиш върху дипломната си работа? Има отлично решение: изтеглете дисертацията, от която се нуждаете, от нашия уебсайт - и веднага ще имате много свободно време!
Тези дисертации са успешно защитени във водещи университети на Република Казахстан.
Цената на работата от 20 000 тенге
КУРСОВИ РАБОТИ
Курсовият проект е първата сериозна практическа работа. Именно с писането на курсова работа започва подготовката за разработване на дипломни проекти. Ако студентът се научи правилно да представя съдържанието на дадена тема в курсов проект и да го форматира компетентно, тогава в бъдеще той няма да има проблеми с писането на доклади, съставянето на тезиси или изпълнението на други практически задачи. За да подпомогне студентите при писането на този тип студентски работи и да изясни въпросите, които възникват по време на подготовката им, всъщност беше създадена тази информационна секция.
Разходи за работа от 2500 тенге
МАГИСТЪРСКИ ДИСЕРТАЦИИ
В момента във висшите учебни заведения на Казахстан и страните от ОНД нивото на висше професионално образование, което следва след бакалавърска степен, е магистърска степен. В магистърската програма студентите учат с цел получаване на магистърска степен, която се признава в повечето страни по света повече от бакалавърска степен, а също така се признава от чуждестранни работодатели. Резултатът от магистърското обучение е защитата на магистърска теза.
Ще ви предоставим актуални аналитични и текстови материали, в цената са включени 2 научни статии и резюме.
Разходи за работа от 35 000 тенге
ДОКЛАДИ ОТ ПРАКТИКАТА
След завършване на всякакъв вид студентски стаж (образователен, индустриален, преддипломен) се изисква отчет. Този документ ще бъде потвърждение за практическата работа на студента и основа за формиране на оценка за практиката. Обикновено, за да съставите отчет за стаж, трябва да съберете и анализирате информация за предприятието, да разгледате структурата и режима на работа на организацията, в която се провежда стажът, да съставите календарен план и да опишете практическите си дейности.
Ще ви помогнем да напишете доклад за вашия стаж, като вземете предвид спецификата на дейността на конкретно предприятие.
Назад напред
внимание! Визуализациите на слайдовете са само за информационни цели и може да не представят всички функции на презентацията. Ако се интересувате от тази работа, моля, изтеглете пълната версия.
Тип урок:урок за изучаване на нов материал.
Тип урок:комбинирани.
технология:проблемно-диалогичен.
Целта на урока:организирайте дейности на учениците за изучаване и първоначално консолидиране на знания за методите за записване на заредени частици.
Оборудване:компютър и мултимедиен проектор, Презентация.
Методи за откриване на заредени частици
Днес изглежда почти невероятно колко много открития във физиката на атомното ядро са направени с помощта на естествени източници на радиоактивно лъчение с енергия от само няколко MeV и прости устройства за откриване. Открито е атомното ядро, определени са неговите размери, за първи път е наблюдавана ядрена реакция, открито е явлението радиоактивност, открити са неутронът и протонът, предсказано е съществуването на неутрино и т.н. Дълго време основният детектор на частици беше плоча със слой от цинков сулфид, нанесен върху нея. Частиците са регистрирани с око от светлинните проблясъци, които произвеждат в цинковия сулфид.
С течение на времето експерименталните настройки стават все по-сложни. Бяха разработени технологията за ускоряване и откриване на частици и ядрената електроника. Напредъкът в ядрената физика и физиката на елементарните частици все повече се определя от напредъка в тези области. Нобеловите награди по физика често се присъждат за работа в областта на физическата експериментална технология.
Детекторите служат както за регистриране на самия факт на присъствие на частица, така и за определяне на нейната енергия и импулс, траекторията на частицата и други характеристики. За регистриране на частици често се използват детектори, които са максимално чувствителни към детекцията на определена частица и не усещат големия фон, създаден от други частици.
Обикновено в експериментите с ядрената физика и физиката на елементарните частици е необходимо да се изолират „необходимите“ събития от гигантски фон от „ненужни“ събития, може би едно на милиард. За целта се използват различни комбинации от броячи и методи за регистрация.
Откриване на заредени частицисе основава на явлението йонизация или възбуждане на атомите, което те предизвикват в веществото на детектора. Това е основата за работата на такива детектори като облачна камера, камера с мехурчета, камера с искри, фотографски емулсии, газови сцинтилационни и полупроводникови детектори.
1. Гайгеров брояч
Броячът на Гайгер е като правило цилиндричен катод, по оста на който е опъната жица - анод. Системата е пълна с газова смес. При преминаване през брояча заредена частица йонизира газа. Получените електрони, движейки се към положителния електрод - нишката, навлизайки в областта на силно електрическо поле, се ускоряват и от своя страна йонизират газовите молекули, което води до коронен разряд. Амплитудата на сигнала достига няколко волта и лесно се записва. Броячът на Гайгер записва факта, че една частица преминава през брояча, но не измерва енергията на частицата.
2. Облачна камера
Облачната камера е детектор на елементарни заредени частици, в който следата (следата) на частица се образува от верига от малки капчици течност по траекторията на нейното движение. Изобретен от Чарлз Уилсън през 1912 г. (Нобелова награда 1927 г.).
Принципът на работа на облачната камера се основава на кондензацията на свръхнаситени пари и образуването на видими капки течност върху йони по следите на заредена частица, летяща през камерата. За да се създаде свръхнаситена пара, се получава бързо адиабатно разширение на газа с помощта на механично бутало. След заснемане на пистата, газът в камерата се компресира отново и капчиците върху йоните се изпаряват. Електрическото поле в камерата служи за "почистване" на камерата от йони, образувани при предишната йонизация на газа. В облачна камера следите от заредени частици стават видими поради кондензацията на свръхнаситени пари върху газови йони, образувани от заредената частица. Върху йоните се образуват капки течност, които нарастват до размер, достатъчен за наблюдение (10 –3 -10 –4 cm) и фотографиране при добро осветление. Работната среда най-често е смес от вода и алкохолни пари под налягане 0,1-2 атмосфери (водната пара кондензира главно върху отрицателни йони, алкохолната пара върху положителни). Пренасищането се постига чрез бързо намаляване на налягането поради разширяване на работния обем. Възможностите на облачната камера се увеличават значително, когато се постави в магнитно поле. Въз основа на траекторията на заредена частица, извита от магнитно поле, се определя знакът на нейния заряд и импулс. С помощта на облачна камера през 1932 г. К. Андерсън открива позитрон в космическите лъчи.
3. Балонна камера
Балонна камера– пистов детектор на елементарни заредени частици, при който пистата (следата) на частица се образува от верига от парни мехурчета по траекторията на нейното движение. Изобретен от А. Глейзър през 1952 г. (Нобелова награда 1960 г.).
Принципът на действие се основава на кипенето на прегрята течност по пистата на заредена частица. Балонната камера е съд, пълен с прозрачна прегрята течност. При бързо намаляване на налягането по пътя на йонизиращата частица се образува верига от мехурчета пара, които се осветяват от външен източник и се фотографират. След заснемане на следата, налягането в камерата се повишава, газовите мехурчета се свиват и камерата отново е готова за работа. Като работна течност в камерата се използва течен водород, който едновременно служи като водородна мишена за изследване на взаимодействието на частиците с протоните.
Облачната камера и камерата с мехурчета имат голямото предимство, че всички заредени частици, произведени при всяка реакция, могат да бъдат директно наблюдавани. За да се определи вида на частицата и нейния импулс, облачните камери и камерите с мехурчета се поставят в магнитно поле. Балонната камера има по-висока плътност на материала на детектора в сравнение с облачната камера и следователно пътищата на заредените частици се съдържат изцяло в обема на детектора. Дешифрирането на снимки от балонни камери представлява отделен, трудоемък проблем.
4. Ядрени емулсии
По същия начин, както се случва в обикновената фотография, заредена частица по пътя си нарушава структурата на кристалната решетка на зърната от сребърен халогенид, което ги прави способни да се развиват. Ядрената емулсия е уникално средство за запис на редки събития. Купчините ядрени емулсии позволяват откриването на частици с много висока енергия. С тяхна помощ можете да определите координатите на пистата на заредена частица с точност до ~1 микрон. Ядрените емулсии се използват широко за откриване на космически частици върху сондажни балони и космически кораби.
Фотографските емулсии като детектори на частици са донякъде подобни на облачните камери и камерите с мехурчета. Те са използвани за първи път от английския физик С. Пауъл за изследване на космическите лъчи. Фотографската емулсия е слой от желатин със зърна от сребърен бромид, разпръснати в него. Под въздействието на светлината в зърната от сребърен бромид се образуват латентни центрове на изображението, които допринасят за редуцирането на сребърния бромид до метално сребро, когато се проявява с конвенционален фотографски проявител. Физическият механизъм за образуване на тези центрове е образуването на метални сребърни атоми поради фотоелектричния ефект. Йонизацията, произведена от заредени частици, дава същия резултат: появява се следа от чувствителни зърна, която след проявяване може да се види под микроскоп.
5. Сцинтилационен детектор
Сцинтилационният детектор използва свойството на определени вещества да светят (сцинтилират), когато през тях преминава заредена частица. Светлинните кванти, произведени в сцинтилатора, след това се записват с помощта на фотоумножителни тръби.
Съвременните измервателни инсталации във физиката на високите енергии са сложни системи, включващи десетки хиляди броячи, сложна електроника и са способни да записват едновременно десетки частици, произведени при един сблъсък.