प्राथमिक कणों के अवलोकन और रिकॉर्डिंग की विधियाँ - नॉलेज हाइपरमार्केट। कणों के अध्ययन की प्रायोगिक विधियाँ आप कणों के अध्ययन की कौन सी विधियाँ जानते हैं?

परमाणु विकिरण का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों को परमाणु विकिरण डिटेक्टर कहा जाता है। सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले डिटेक्टर हैं जो उनके द्वारा उत्पादित पदार्थ के परमाणुओं के आयनीकरण और उत्तेजना द्वारा परमाणु विकिरण का पता लगाते हैं। गैस-डिस्चार्ज काउंटर का आविष्कार जर्मन भौतिक विज्ञानी जी. गीगर ने किया था, फिर डब्ल्यू. मुलर के साथ मिलकर इसमें सुधार किया गया। इसलिए, गैस-डिस्चार्ज काउंटरों को अक्सर गीजर-मुलर काउंटर कहा जाता है। एक बेलनाकार ट्यूब मीटर के शरीर के रूप में कार्य करती है; इसकी धुरी पर एक पतली धातु का धागा फैला होता है। धागे और ट्यूब बॉडी को एक इन्सुलेटर द्वारा अलग किया जाता है। मीटर का कार्यशील आयतन गैसों के मिश्रण से भरा होता है, उदाहरण के लिए मिथाइल अल्कोहल वाष्प के साथ मिश्रित आर्गन, लगभग 0.1 एटीएम के दबाव पर।

आयनकारी कणों को पंजीकृत करने के लिए, काउंटर बॉडी और फिलामेंट एनोड के बीच एक उच्च स्थिर वोल्टेज लगाया जाता है; एक तेज़ आवेशित कण काउंटर के कार्यशील आयतन से उड़ता हुआ

अपने पथ में भरने वाली गैस के परमाणुओं का आयनीकरण करता है। विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, मुक्त इलेक्ट्रॉन एनोड में चले जाते हैं, सकारात्मक आयन कैथोड में चले जाते हैं। काउंटर के एनएनएच एनोड के पास विद्युत क्षेत्र की ताकत इतनी अधिक है कि मुक्त इलेक्ट्रॉन, जब तटस्थ परमाणुओं के साथ दो टकरावों के बीच पथ पर पहुंचते हैं, तो उनके आयनीकरण के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं। मीटर में कोरोना डिस्चार्ज होता है, जो थोड़े समय के बाद बंद हो जाता है।

काउंटर के साथ श्रृंखला में जुड़े एक अवरोधक से रिकॉर्डिंग डिवाइस के इनपुट पर एक वोल्टेज पल्स भेजा जाता है। परमाणु विकिरण को पंजीकृत करने के लिए गैस-डिस्चार्ज काउंटर पर स्विच करने का एक योजनाबद्ध आरेख चित्र 314 में दिखाया गया है। इलेक्ट्रॉनिक गिनती उपकरण की रीडिंग के आधार पर, काउंटर द्वारा पंजीकृत तेज चार्ज कणों की संख्या निर्धारित की जाती है।

जगमगाहट काउंटर.

अल्फा कणों को रिकॉर्ड करने के लिए डिज़ाइन किए गए सबसे सरल उपकरण, स्पिनथारिस्कोप का डिज़ाइन चित्र 302 में दिखाया गया है। स्पिनथारिस्कोप के मुख्य भाग स्क्रीन 3 हैं, जो जिंक सल्फाइड की एक परत के साथ लेपित हैं, और एक शॉर्ट-फोकस आवर्धक ग्लास 4 है। एक अल्फा रेडियोधर्मी दवा को स्क्रीन के लगभग मध्य के विपरीत रॉड 1 के अंत में रखा जाता है। जब एक अल्फा कण जिंक सल्फाइड क्रिस्टल से टकराता है, तो प्रकाश की एक चमक उत्पन्न होती है, जिसे एक आवर्धक कांच के माध्यम से देखने पर पता लगाया जा सकता है।

किसी तेज़ आवेशित कण की गतिज ऊर्जा को प्रकाश की चमक की ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रिया को जगमगाहट कहा जाता है। सिंटिलेशन एक प्रकार की ल्यूमिनेसेंस घटना है। आधुनिक जगमगाहट काउंटरों में, फोटोकल्स का उपयोग करके प्रकाश चमक को रिकॉर्ड किया जाता है, जो क्रिस्टल में प्रकाश फ्लैश की ऊर्जा को विद्युत प्रवाह पल्स की ऊर्जा में परिवर्तित करता है। फोटोकेल आउटपुट पर वर्तमान दालों को बढ़ाया जाता है और फिर रिकॉर्ड किया जाता है।

विल्सन चैम्बर.

प्रायोगिक परमाणु भौतिकी के सबसे उल्लेखनीय उपकरणों में से एक क्लाउड चैंबर है। विल्सन स्कूल प्रदर्शन कक्ष का स्वरूप चित्र 315 में दिखाया गया है। बेलनाकार में

एक सपाट कांच के ढक्कन वाले कंटेनर में संतृप्त अल्कोहल वाष्प युक्त हवा होती है। चैम्बर का कार्यशील आयतन एक ट्यूब के माध्यम से रबर बल्ब से जुड़ा होता है। चैम्बर के अंदर एक रेडियोधर्मी दवा एक पतली छड़ पर लगी होती है। कैमरे को सक्रिय करने के लिए, बल्ब को पहले धीरे से दबाया जाता है, फिर तेजी से छोड़ा जाता है। तेजी से रुद्धोष्म विस्तार के साथ, कक्ष में हवा और वाष्प को ठंडा किया जाता है, और वाष्प अतिसंतृप्ति की स्थिति में प्रवेश करता है। यदि इस समय एक अल्फा कण तैयारी छोड़ देता है, तो गैस में इसके आंदोलन के पथ के साथ आयनों का एक स्तंभ बनता है। सुपरसैचुरेटेड भाप तरल बूंदों में संघनित होती है, और बूंदों का निर्माण मुख्य रूप से आयनों पर होता है, जो भाप संघनन के केंद्र के रूप में काम करते हैं। किसी कण के प्रक्षेप पथ के साथ आयनों पर संघनित बूंदों के एक स्तंभ को कण ट्रैक कहा जाता है।

खोजे गए कणों की भौतिक विशेषताओं का सटीक माप करने के लिए, एक क्लाउड कक्ष को एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है। चुंबकीय क्षेत्र में गति करने वाले कणों के पथ घुमावदार हो जाते हैं। ट्रैक की वक्रता त्रिज्या कण की गति, उसके द्रव्यमान और आवेश पर निर्भर करती है। ज्ञात चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण के साथ, इन कण विशेषताओं को कण ट्रैक की वक्रता की मापी गई त्रिज्या से निर्धारित किया जा सकता है।

चुंबकीय क्षेत्र में अल्फा कण ट्रैक की पहली तस्वीरें 1923 में सोवियत भौतिक विज्ञानी पी. एल. कपित्सा द्वारा प्राप्त की गई थीं।

बीटा और गामा विकिरण के स्पेक्ट्रा का अध्ययन करने और प्राथमिक कणों का अध्ययन करने के लिए एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र में क्लाउड कक्ष का उपयोग करने की विधि सबसे पहले सोवियत भौतिक विज्ञानी, शिक्षाविद् दिमित्री व्लादिमीरोविच स्कोबेल्टसिन द्वारा विकसित की गई थी।

बुलबुला कक्ष.

बुलबुला कक्ष के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है। चैम्बर में क्वथनांक के करीब तापमान पर तरल होता है। तेज़ आवेशित कण कक्ष की दीवार में एक पतली खिड़की के माध्यम से इसकी कार्यशील मात्रा में प्रवेश करते हैं और रास्ते में तरल परमाणुओं को आयनित और उत्तेजित करते हैं। जिस समय कण कक्ष के कार्यशील आयतन में प्रवेश करते हैं, उसके अंदर का दबाव तेजी से कम हो जाता है और तरल अत्यधिक गरम अवस्था में चला जाता है। कण के पथ पर दिखाई देने वाले आयनों में गतिज ऊर्जा की अधिकता होती है। यह ऊर्जा प्रत्येक आयन के निकट सूक्ष्म आयतन में तरल के तापमान में वृद्धि, उसके उबलने और भाप के बुलबुले के निर्माण की ओर ले जाती है। किसी तरल पदार्थ के माध्यम से तेजी से आवेशित कण के मार्ग में उत्पन्न होने वाले वाष्प के बुलबुले की एक श्रृंखला इस कण का निशान बनाती है।

बुलबुला कक्ष में, किसी भी तरल का घनत्व बादल कक्ष में गैस के घनत्व से काफी अधिक होता है, इसलिए परमाणु नाभिक के साथ तेजी से चार्ज कणों की बातचीत का अधिक प्रभावी ढंग से अध्ययन करना संभव है। बुलबुला कक्षों को भरने के लिए तरल हाइड्रोजन, प्रोपेन, क्सीनन और कुछ अन्य तरल पदार्थों का उपयोग किया जाता है।

फोटोइमल्शन विधि.

फोटोग्राफिक विधि ऐतिहासिक रूप से परमाणु विकिरण को रिकॉर्ड करने की पहली प्रयोगात्मक विधि है, क्योंकि इस विधि का उपयोग करके रेडियोधर्मिता की घटना की खोज बेकरेल ने की थी।

फोटोग्राफिक इमल्शन में एक गुप्त छवि बनाने के लिए तेज़ चार्ज कणों की क्षमता का आज परमाणु भौतिकी में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। कण भौतिकी और कॉस्मिक किरणों के क्षेत्र में अनुसंधान में परमाणु फोटोग्राफिक इमल्शन का विशेष रूप से सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है। एक तेज़ आवेशित कण, जब फोटोग्राफिक इमल्शन की एक परत में घूमता है, तो गति के पथ पर एक गुप्त छवि के केंद्र बनाता है। विकास के बाद, प्राथमिक कण के निशान और प्राथमिक कण के परमाणु संपर्क के परिणामस्वरूप इमल्शन में उत्पन्न होने वाले सभी आवेशित कणों की एक छवि दिखाई देती है।

प्राथमिक कणों को उन निशानों के कारण देखा जा सकता है जो वे पदार्थ से गुजरते समय छोड़ते हैं। निशानों की प्रकृति हमें कण के आवेश, उसकी ऊर्जा और गति के संकेत का आकलन करने की अनुमति देती है। आवेशित कण अपने पथ में अणुओं के आयनीकरण का कारण बनते हैं। तटस्थ कण अपने पथ पर कोई निशान नहीं छोड़ते हैं, लेकिन वे क्षय के समय आवेशित कणों में या किसी नाभिक से टकराने के समय स्वयं को प्रकट कर सकते हैं। इसलिए, उत्पन्न या आवेशित कणों के कारण होने वाले आयनीकरण से तटस्थ कणों का भी पता लगाया जाता है।

गैस-डिस्चार्ज गीगर काउंटर. गीजर काउंटर स्वचालित रूप से कणों की गिनती के लिए एक उपकरण है। काउंटर में एक कांच की ट्यूब होती है जो अंदर से धातु की परत (कैथोड) से लेपित होती है और ट्यूब की धुरी (एनोड) के साथ एक पतली धातु का धागा चलता है।

ट्यूब आमतौर पर एक अक्रिय गैस (आर्गन) से भरी होती है। डिवाइस का संचालन प्रभाव आयनीकरण पर आधारित है। गैस के माध्यम से उड़ने वाला एक आवेशित कण परमाणुओं से टकराता है, जिसके परिणामस्वरूप सकारात्मक गैस आयन और इलेक्ट्रॉन बनते हैं। कैथोड और एनोड के बीच विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा में त्वरित करता है जिस पर प्रभाव आयनीकरण शुरू होता है। आयनों और इलेक्ट्रॉनों का हिमस्खलन होता है और काउंटर के माध्यम से धारा तेजी से बढ़ जाती है। इस मामले में, लोड प्रतिरोध आर पर एक वोल्टेज पल्स बनता है, जिसे गिनती डिवाइस को आपूर्ति की जाती है।

गीगर काउंटर का उपयोग मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों और फोटॉन को रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है। भारी कणों (उदाहरण के लिए - कण) का पंजीकरण कठिन है, क्योंकि काउंटर में इन कणों के लिए पारदर्शी पर्याप्त पतली "खिड़की" बनाना मुश्किल है।

विल्सन चैम्बर. 1912 में बनाए गए एक बादल कक्ष में, एक आवेशित कण एक निशान छोड़ता है जिसे सीधे देखा जा सकता है या उसकी तस्वीर खींची जा सकती है। कक्ष की क्रिया पानी की बूंदें बनाने के लिए आयनों पर सुपरसैचुरेटेड भाप के संघनन पर आधारित है। ये आयन एक गतिमान आवेशित कण द्वारा इसके प्रक्षेप पथ के साथ निर्मित होते हैं। किसी कण द्वारा छोड़े गए निशान (ट्रैक) की लंबाई से, कोई कण की ऊर्जा निर्धारित कर सकता है, और ट्रैक की प्रति इकाई लंबाई में बूंदों की संख्या से, कोई उसकी गति का अनुमान लगा सकता है। अधिक आवेश वाले कण मोटा ट्रैक छोड़ते हैं।

बुलबुला कक्ष. 1952 में अमेरिकी वैज्ञानिक डी. ग्लेसर ने कण ट्रैक का पता लगाने के लिए अत्यधिक गरम तरल का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा। कक्ष के माध्यम से उड़ने वाला एक आयनकारी कण तरल के तीव्र उबलने का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप कण का निशान वाष्प बुलबुले की एक श्रृंखला द्वारा इंगित किया जाता है - एक ट्रैक बनता है।

इमल्शन चैम्बर.सोवियत भौतिक विज्ञानी एल.वी. मायसोव्स्की और ए.पी. ज़दानोव माइक्रोपार्टिकल्स को रिकॉर्ड करने के लिए फोटोग्राफिक प्लेटों का उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति थे। आवेशित कणों का फोटोग्राफिक इमल्शन पर फोटॉन के समान ही प्रभाव पड़ता है। अत: इमल्शन में प्लेट विकसित होने पर उड़ने वाले कण का दृश्यमान निशान (ट्रैक) बनता है। फोटोग्राफिक प्लेट विधि का नुकसान इमल्शन परत की छोटी मोटाई थी, जिसके परिणामस्वरूप केवल परत के तल के समानांतर स्थित कणों के ट्रैक प्राप्त होते थे।

इमल्शन कक्षों में, फोटोग्राफिक इमल्शन की अलग-अलग परतों से बने मोटे पैक विकिरण के संपर्क में आते हैं। इस विधि को मोटी-परत फोटोइमल्शन विधि कहा जाता था।

प्रतिवेदन:

प्राथमिक कणों को रिकॉर्ड करने की विधियाँ

1) गैस-डिस्चार्ज गीगर काउंटर

गीजर काउंटर स्वचालित कण गिनती के लिए सबसे महत्वपूर्ण उपकरणों में से एक है।

काउंटर में एक कांच की ट्यूब होती है जो अंदर से धातु की परत (कैथोड) से लेपित होती है और ट्यूब की धुरी (एनोड) के साथ एक पतली धातु का धागा चलता है।

ट्यूब गैस से भरी होती है, आमतौर पर आर्गन। काउंटर प्रभाव आयनीकरण के आधार पर संचालित होता है। एक आवेशित कण (इलेक्ट्रॉन, £-कण, आदि), गैस के माध्यम से उड़ते हुए, परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को हटाता है और सकारात्मक आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाता है। एनोड और कैथोड (उन पर उच्च वोल्टेज लागू होता है) के बीच विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को उस ऊर्जा में त्वरित करता है जिस पर प्रभाव आयनीकरण शुरू होता है। आयनों का एक हिमस्खलन होता है, और काउंटर के माध्यम से धारा तेजी से बढ़ जाती है। इस मामले में, लोड अवरोधक आर पर एक वोल्टेज पल्स उत्पन्न होता है, जिसे रिकॉर्डिंग डिवाइस को खिलाया जाता है। काउंटर द्वारा उस पर पड़ने वाले अगले कण को ​​पंजीकृत करने के लिए, हिमस्खलन निर्वहन को बुझाना होगा। ऐसा अपने आप होता है. चूंकि जिस समय करंट पल्स दिखाई देता है, डिस्चार्ज रेसिस्टर आर में वोल्टेज ड्रॉप बड़ा होता है, एनोड और कैथोड के बीच वोल्टेज तेजी से कम हो जाता है - इतना कि डिस्चार्ज रुक जाता है।

गीजर काउंटर का उपयोग मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों और वाई-क्वांटा (उच्च-ऊर्जा फोटॉन) को रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है, हालांकि, वाई-क्वांटा को उनकी कम आयनीकरण क्षमता के कारण सीधे रिकॉर्ड नहीं किया जाता है। उनका पता लगाने के लिए, ट्यूब की भीतरी दीवार पर एक ऐसी सामग्री का लेप लगाया जाता है जिससे Y-क्वांटा इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है।

काउंटर इसमें प्रवेश करने वाले लगभग सभी इलेक्ट्रॉनों को पंजीकृत करता है; जहां तक ​​वाई-क्वांटा का सवाल है, यह सौ में से लगभग केवल एक वाई-क्वांटम दर्ज करता है। भारी कणों (उदाहरण के लिए, £-कण) का पंजीकरण मुश्किल है, क्योंकि काउंटर में इन कणों के लिए पारदर्शी पर्याप्त पतली "खिड़की" बनाना मुश्किल है।

2) विल्सन चैम्बर

क्लाउड चैंबर की क्रिया पानी की बूंदों को बनाने के लिए आयनों पर सुपरसैचुरेटेड वाष्प के संघनन पर आधारित होती है। ये आयन एक गतिमान आवेशित कण द्वारा इसके प्रक्षेप पथ के साथ निर्मित होते हैं।

यह उपकरण पिस्टन 1 (चित्र 2) वाला एक सिलेंडर है, जो एक सपाट कांच के ढक्कन 2 से ढका हुआ है। सिलेंडर में पानी या अल्कोहल के संतृप्त वाष्प होते हैं। अध्ययन की जा रही रेडियोधर्मी दवा 3 को कक्ष में पेश किया जाता है, जो कक्ष के कार्यशील आयतन में आयन बनाती है। जब पिस्टन तेजी से नीचे गिरता है, अर्थात। रुद्धोष्म विस्तार के दौरान, भाप ठंडी हो जाती है और सुपरसैचुरेटेड हो जाती है। इस अवस्था में भाप आसानी से संघनित हो जाती है। संघनन के केंद्र उस समय उड़ने वाले कण से बने आयन बन जाते हैं। इस प्रकार कैमरे में एक धूमिल पथ (ट्रैक) दिखाई देता है (चित्र 3), जिसे देखा और चित्रित किया जा सकता है। ट्रैक एक सेकंड के दसवें हिस्से के लिए मौजूद रहता है। पिस्टन को उसकी मूल स्थिति में लौटाकर और विद्युत क्षेत्र के साथ आयनों को हटाकर, रुद्धोष्म विस्तार फिर से किया जा सकता है। इस प्रकार, कैमरे के साथ प्रयोग बार-बार किए जा सकते हैं।

यदि कैमरे को विद्युत चुंबक के ध्रुवों के बीच रखा जाता है, तो कणों के गुणों का अध्ययन करने की कैमरे की क्षमताओं में काफी विस्तार होता है। इस मामले में, लोरेंत्ज़ बल गतिमान कण पर कार्य करता है, जिससे प्रक्षेपवक्र की वक्रता से कण के आवेश और उसके संवेग का मान निर्धारित करना संभव हो जाता है। चित्र 4 इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन ट्रैक की डिकोडिंग तस्वीरों का एक संभावित संस्करण दिखाता है। चुंबकीय क्षेत्र का प्रेरण वेक्टर बी ड्राइंग के पीछे ड्राइंग विमान के लंबवत निर्देशित है। पॉज़िट्रॉन बाईं ओर विक्षेपित होता है, और इलेक्ट्रॉन दाईं ओर।

3) बुलबुला कक्ष

यह एक क्लाउड चैम्बर से भिन्न है जिसमें चैम्बर के कार्यशील आयतन में सुपरसैचुरेटेड वाष्प को अत्यधिक गरम तरल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, अर्थात। एक तरल पदार्थ जो अपने संतृप्त वाष्प दबाव से कम दबाव में होता है।

ऐसे तरल पदार्थ के माध्यम से उड़ते हुए, एक कण वाष्प के बुलबुले की उपस्थिति का कारण बनता है, जिससे एक ट्रैक बनता है (चित्र 5)।

प्रारंभिक अवस्था में, पिस्टन तरल को संपीड़ित करता है। दबाव में तेज कमी के साथ, तरल का क्वथनांक परिवेश के तापमान से कम होता है।

द्रव अस्थिर (अति गरम) अवस्था में आ जाता है। यह कण के पथ पर बुलबुले की उपस्थिति सुनिश्चित करता है। हाइड्रोजन, क्सीनन, प्रोपेन और कुछ अन्य पदार्थों का उपयोग कार्यशील मिश्रण के रूप में किया जाता है।

विल्सन कक्ष की तुलना में बुलबुला कक्ष का लाभ कार्यशील पदार्थ के उच्च घनत्व के कारण है। परिणामस्वरूप, कण पथ काफी छोटे हो जाते हैं, और उच्च ऊर्जा के कण भी कक्ष में फंस जाते हैं। यह किसी कण के क्रमिक परिवर्तनों और उसके कारण होने वाली प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला का निरीक्षण करने की अनुमति देता है।

4) मोटी फिल्म इमल्शन विधि

कणों का पता लगाने के लिए क्लाउड चैंबर और बबल चैंबर के साथ-साथ मोटी परत वाले फोटोग्राफिक इमल्शन का उपयोग किया जाता है। फोटोग्राफिक प्लेट इमल्शन पर तेजी से चार्ज होने वाले कणों का आयनीकरण प्रभाव। फोटोग्राफिक इमल्शन में बड़ी संख्या में सिल्वर ब्रोमाइड के सूक्ष्म क्रिस्टल होते हैं।

एक तेज़ आवेशित कण, क्रिस्टल में प्रवेश करके, व्यक्तिगत ब्रोमीन परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को हटा देता है। ऐसे क्रिस्टलों की एक श्रृंखला एक गुप्त छवि बनाती है। जब इन क्रिस्टलों में धात्विक चांदी दिखाई देती है, तो चांदी के दानों की श्रृंखला एक कण ट्रैक बनाती है।

ट्रैक की लंबाई और मोटाई का उपयोग कण की ऊर्जा और द्रव्यमान का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। फोटोग्राफिक इमल्शन के उच्च घनत्व के कारण, ट्रैक बहुत छोटे होते हैं, लेकिन फोटो खींचते समय उन्हें बड़ा किया जा सकता है। फोटोग्राफिक इमल्शन का लाभ यह है कि एक्सपोज़र का समय इच्छानुसार लंबा हो सकता है। इससे दुर्लभ घटनाओं को रिकॉर्ड किया जा सकता है। यह भी महत्वपूर्ण है कि फोटोइमल्शन की उच्च रोक शक्ति के कारण, कणों और नाभिक के बीच देखी गई दिलचस्प प्रतिक्रियाओं की संख्या बढ़ जाती है।

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पाठ का प्रकार:नई सामग्री सीखने का पाठ.

पाठ का प्रकार:संयुक्त.

तकनीकी:समस्या-संवाद.

पाठ का उद्देश्य:आवेशित कणों को रिकॉर्ड करने के तरीकों के बारे में अध्ययन करने और आरंभ में ज्ञान को समेकित करने के लिए छात्र गतिविधियों का आयोजन करें।

उपकरण:कंप्यूटर और मल्टीमीडिया प्रोजेक्टर, प्रस्तुति ।

आवेशित कणों का पता लगाने की विधियाँ

आज यह लगभग अविश्वसनीय लगता है कि केवल कुछ MeV की ऊर्जा और सरल पता लगाने वाले उपकरणों के साथ रेडियोधर्मी विकिरण के प्राकृतिक स्रोतों का उपयोग करके परमाणु नाभिक के भौतिकी में कितनी खोजें की गई हैं। परमाणु नाभिक की खोज की गई, इसके आयाम प्राप्त किए गए, पहली बार परमाणु प्रतिक्रिया देखी गई, रेडियोधर्मिता की घटना की खोज की गई, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की खोज की गई, न्यूट्रिनो के अस्तित्व की भविष्यवाणी की गई, आदि। लंबे समय तक, मुख्य कण डिटेक्टर एक प्लेट थी जिस पर जिंक सल्फाइड की एक परत जमा होती थी। कणों को जिंक सल्फाइड में उत्पन्न प्रकाश की चमक से आंखों द्वारा पंजीकृत किया गया था।

समय के साथ, प्रायोगिक सेटअप अधिक से अधिक जटिल हो गए। कण त्वरण और पहचान और परमाणु इलेक्ट्रॉनिक्स की तकनीक विकसित की गई। परमाणु और कण भौतिकी में प्रगति इन क्षेत्रों में प्रगति से निर्धारित होती है। भौतिकी में नोबेल पुरस्कार अक्सर भौतिक प्रयोगात्मक प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में काम के लिए प्रदान किए जाते हैं।

डिटेक्टर किसी कण की उपस्थिति के तथ्य को दर्ज करने और उसकी ऊर्जा और गति, कण के प्रक्षेप पथ और अन्य विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए दोनों का काम करते हैं। कणों को पंजीकृत करने के लिए, अक्सर डिटेक्टरों का उपयोग किया जाता है जो किसी विशेष कण का पता लगाने के लिए अधिकतम संवेदनशील होते हैं और अन्य कणों द्वारा बनाई गई बड़ी पृष्ठभूमि को महसूस नहीं करते हैं।

आमतौर पर परमाणु और कण भौतिकी प्रयोगों में "आवश्यक" घटनाओं को "अनावश्यक" घटनाओं की विशाल पृष्ठभूमि से अलग करना आवश्यक होता है, शायद एक अरब में से एक। ऐसा करने के लिए, काउंटरों और पंजीकरण विधियों के विभिन्न संयोजनों का उपयोग किया जाता है।

आवेशित कणों का पता लगानापरमाणुओं के आयनीकरण या उत्तेजना की घटना पर आधारित है, जो वे डिटेक्टर पदार्थ में पैदा करते हैं। यह क्लाउड चैंबर, बबल चैंबर, स्पार्क चैंबर, फोटोग्राफिक इमल्शन, गैस सिंटिलेशन और सेमीकंडक्टर डिटेक्टर जैसे डिटेक्टरों के काम का आधार है।

1. गीगर काउंटर

गीजर काउंटर, एक नियम के रूप में, एक बेलनाकार कैथोड है, जिसकी धुरी के साथ एक तार फैला हुआ है - एनोड। सिस्टम गैस मिश्रण से भरा है। काउंटर से गुजरते समय, एक आवेशित कण गैस को आयनित करता है। परिणामी इलेक्ट्रॉन, सकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर बढ़ते हुए - फिलामेंट, एक मजबूत विद्युत क्षेत्र के क्षेत्र में प्रवेश करते हुए, त्वरित होते हैं और बदले में गैस अणुओं को आयनित करते हैं, जिससे कोरोना डिस्चार्ज होता है। सिग्नल का आयाम कई वोल्ट तक पहुंचता है और आसानी से रिकॉर्ड किया जाता है। गीजर काउंटर इस तथ्य को रिकॉर्ड करता है कि एक कण काउंटर से गुजरता है, लेकिन कण की ऊर्जा को मापता नहीं है।

2. मेघ कक्ष

क्लाउड चैंबर प्राथमिक आवेशित कणों का एक ट्रैक डिटेक्टर है, जिसमें एक कण का ट्रैक (ट्रेस) उसके आंदोलन के प्रक्षेपवक्र के साथ तरल की छोटी बूंदों की एक श्रृंखला द्वारा बनता है। 1912 में चार्ल्स विल्सन द्वारा आविष्कार (नोबेल पुरस्कार 1927)।

क्लाउड चैंबर का संचालन सिद्धांत सुपरसैचुरेटेड वाष्प के संघनन और चैंबर के माध्यम से उड़ने वाले चार्ज कण के निशान के साथ आयनों पर तरल की दृश्य बूंदों के गठन पर आधारित है। सुपरसैचुरेटेड भाप बनाने के लिए, एक यांत्रिक पिस्टन का उपयोग करके गैस का तेजी से रुद्धोष्म विस्तार होता है। ट्रैक की तस्वीर लेने के बाद, कक्ष में गैस फिर से संपीड़ित होती है, और आयनों पर बूंदें वाष्पित हो जाती हैं। कक्ष में विद्युत क्षेत्र गैस के पिछले आयनीकरण के दौरान बने आयनों के कक्ष को "साफ़" करने का कार्य करता है। क्लाउड चैम्बर में, आवेशित कणों द्वारा निर्मित गैस आयनों पर सुपरसैचुरेटेड वाष्प के संघनन के कारण आवेशित कणों के ट्रैक दिखाई देने लगते हैं। आयनों पर तरल की बूंदें बनती हैं, जो अवलोकन (10 -3 -10 -4 सेमी) और अच्छी रोशनी में फोटोग्राफी के लिए पर्याप्त आकार तक बढ़ती हैं। कामकाजी माध्यम अक्सर 0.1-2 वायुमंडल के दबाव में पानी और अल्कोहल वाष्प का मिश्रण होता है (जल वाष्प मुख्य रूप से नकारात्मक आयनों पर संघनित होता है, अल्कोहल वाष्प सकारात्मक आयनों पर)। कार्यशील मात्रा के विस्तार के कारण दबाव को तेजी से कम करके सुपरसैचुरेशन प्राप्त किया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र में रखे जाने पर क्लाउड चैंबर की क्षमताएं काफी बढ़ जाती हैं। चुंबकीय क्षेत्र द्वारा वक्रित आवेशित कण के प्रक्षेप पथ के आधार पर उसके आवेश और संवेग का चिह्न निर्धारित किया जाता है। 1932 में एक क्लाउड चैंबर का उपयोग करते हुए, के. एंडरसन ने कॉस्मिक किरणों में एक पॉज़िट्रॉन की खोज की।

3. बुलबुला कक्ष

बुलबुला कक्ष- प्राथमिक आवेशित कणों का एक ट्रैक डिटेक्टर, जिसमें एक कण का ट्रैक (ट्रेस) उसके आंदोलन के प्रक्षेपवक्र के साथ वाष्प बुलबुले की एक श्रृंखला द्वारा बनता है। 1952 में ए. ग्लेसर द्वारा आविष्कार (नोबेल पुरस्कार 1960)।

ऑपरेशन का सिद्धांत एक आवेशित कण के पथ पर अत्यधिक गरम तरल के उबलने पर आधारित है। बुलबुला कक्ष एक पारदर्शी अत्यधिक गरम तरल से भरा बर्तन है। दबाव में तेजी से कमी के साथ, आयनकारी कण के ट्रैक के साथ वाष्प के बुलबुले की एक श्रृंखला बनती है, जिन्हें बाहरी स्रोत द्वारा प्रकाशित किया जाता है और तस्वीरें खींची जाती हैं। ट्रेस की तस्वीर लेने के बाद, कक्ष में दबाव बढ़ जाता है, गैस के बुलबुले ढह जाते हैं और कैमरा फिर से उपयोग के लिए तैयार हो जाता है। तरल हाइड्रोजन का उपयोग कक्ष में कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में किया जाता है, जो एक साथ प्रोटॉन के साथ कणों की बातचीत का अध्ययन करने के लिए हाइड्रोजन लक्ष्य के रूप में कार्य करता है।

क्लाउड चैंबर और बबल चैंबर का बड़ा फायदा यह है कि प्रत्येक प्रतिक्रिया में उत्पन्न सभी आवेशित कणों को सीधे देखा जा सकता है। कण के प्रकार और उसके संवेग को निर्धारित करने के लिए, बादल कक्षों और बुलबुला कक्षों को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है। बुलबुला कक्ष में क्लाउड कक्ष की तुलना में डिटेक्टर सामग्री का घनत्व अधिक होता है और इसलिए चार्ज किए गए कणों के पथ पूरी तरह से डिटेक्टर की मात्रा में समाहित होते हैं। बुलबुला कक्षों से तस्वीरों को समझना एक अलग, श्रम-गहन समस्या प्रस्तुत करता है।

4. परमाणु इमल्शन

इसी तरह, जैसा कि सामान्य फोटोग्राफी में होता है, एक आवेशित कण अपने पथ के साथ सिल्वर हैलाइड अनाज के क्रिस्टल जाली की संरचना को बाधित करता है, जिससे वे विकास के लिए सक्षम हो जाते हैं। न्यूक्लियर इमल्शन दुर्लभ घटनाओं को रिकॉर्ड करने का एक अनूठा साधन है। परमाणु इमल्शन के ढेर से बहुत अधिक ऊर्जा वाले कणों का पता लगाना संभव हो जाता है। उनकी मदद से, आप ~1 माइक्रोन की सटीकता के साथ आवेशित कण के ट्रैक के निर्देशांक निर्धारित कर सकते हैं। बजने वाले गुब्बारों और अंतरिक्ष यान पर ब्रह्मांडीय कणों का पता लगाने के लिए परमाणु इमल्शन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
कण डिटेक्टरों के रूप में फोटोग्राफिक इमल्शन कुछ हद तक क्लाउड चैंबर और बबल चैंबर के समान हैं। कॉस्मिक किरणों का अध्ययन करने के लिए इनका उपयोग सबसे पहले अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी एस. पॉवेल द्वारा किया गया था। फोटोग्राफिक इमल्शन जिलेटिन की एक परत होती है जिसमें सिल्वर ब्रोमाइड के कण बिखरे होते हैं। प्रकाश के प्रभाव में, सिल्वर ब्रोमाइड के दानों में अव्यक्त छवि केंद्र बनते हैं, जो पारंपरिक फोटोग्राफिक डेवलपर के साथ विकसित होने पर सिल्वर ब्रोमाइड को धात्विक सिल्वर में बदलने में योगदान करते हैं। इन केंद्रों के निर्माण का भौतिक तंत्र फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण धात्विक चांदी के परमाणुओं का निर्माण है। आवेशित कणों द्वारा उत्पादित आयनीकरण एक ही परिणाम देता है: संवेदनशील अनाज का एक निशान दिखाई देता है, जिसे विकास के बाद माइक्रोस्कोप के नीचे देखा जा सकता है।

5. सिंटिलेशन डिटेक्टर

एक जगमगाहट डिटेक्टर एक आवेशित कण के गुजरने पर चमकने (चमकने) के लिए कुछ पदार्थों की संपत्ति का उपयोग करता है। सिंटिलेटर में उत्पन्न प्रकाश क्वांटा को फोटोमल्टीप्लायर ट्यूबों का उपयोग करके रिकॉर्ड किया जाता है।

उच्च-ऊर्जा भौतिकी में आधुनिक मापन संस्थापन जटिल प्रणालियाँ हैं, जिनमें हजारों काउंटर, जटिल इलेक्ट्रॉनिक्स शामिल हैं, और एक टक्कर में उत्पन्न दर्जनों कणों को एक साथ रिकॉर्ड करने में सक्षम हैं।