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पाठ प्रकार:नई सामग्री सीखने का पाठ।

सबक का प्रकार:संयुक्त।

तकनीकी:समस्या-संवाद।

पाठ का उद्देश्य:आवेशित कणों के पंजीकरण के तरीकों के बारे में अध्ययन और ज्ञान के प्राथमिक समेकन में छात्रों की गतिविधियों को व्यवस्थित करें।

उपकरण:कंप्यूटर और मल्टीमीडिया प्रोजेक्टर, प्रदर्शन.

आवेशित कणों को पंजीकृत करने के तरीके

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

समय के साथ, प्रयोगात्मक सेटअप अधिक से अधिक जटिल होते गए। कणों और परमाणु इलेक्ट्रॉनिक्स में तेजी लाने और उनका पता लगाने की तकनीक विकसित की गई। इन क्षेत्रों में प्रगति से परमाणु और प्राथमिक कण भौतिकी में प्रगति तेजी से निर्धारित होती है। भौतिकी में नोबेल पुरस्कार अक्सर भौतिक प्रयोग तकनीक के क्षेत्र में काम करने के लिए दिए जाते हैं।

डिटेक्टर एक कण की उपस्थिति के बहुत तथ्य को दर्ज करने और उसकी ऊर्जा और गति, कण के प्रक्षेपवक्र और अन्य विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए दोनों की सेवा करते हैं। कणों को पंजीकृत करने के लिए, डिटेक्टरों का अक्सर उपयोग किया जाता है जो किसी विशेष कण के पंजीकरण के लिए जितना संभव हो सके संवेदनशील होते हैं और अन्य कणों द्वारा बनाई गई बड़ी पृष्ठभूमि को महसूस नहीं करते हैं।

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

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

1. गीजर 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 भर जाता है। काउंटर से गुजरते समय, आवेशित कण गैस को आयनित करता है। परिणामी इलेक्ट्रॉनों, सकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर बढ़ते हुए - एक मजबूत विद्युत क्षेत्र के क्षेत्र में गिरने वाले फिलामेंट, त्वरित होते हैं और बदले में, गैस के अणुओं को आयनित करते हैं, जिससे कोरोना डिस्चार्ज होता है। सिग्नल आयाम कई वोल्ट तक पहुंचता है और आसानी से रिकॉर्ड किया जाता है। गीजर काउंटर काउंटर के माध्यम से एक कण के पारित होने को पंजीकृत करता है, लेकिन कण की ऊर्जा को मापने की अनुमति नहीं देता है।

2. बादल कक्ष

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

बादल कक्ष के संचालन का सिद्धांत सुपरसैचुरेटेड वाष्प के संघनन और कक्ष के माध्यम से उड़ने वाले आवेशित कण के ट्रैक के साथ आयनों पर दृश्यमान तरल बूंदों के निर्माण पर आधारित है। सुपरसैचुरेटेड स्टीम बनाने के लिए, एक यांत्रिक पिस्टन की मदद से गैस का तेजी से एडियाबेटिक विस्तार होता है। ट्रैक की तस्वीर लेने के बाद, चैम्बर में गैस फिर से संकुचित हो जाती है, आयनों पर बूंदें वाष्पित हो जाती हैं। कक्ष में विद्युत क्षेत्र पिछले गैस आयनीकरण के दौरान बने आयनों से कक्ष को "शुद्ध" करने का कार्य करता है। एक बादल कक्ष 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 बूंदें बनती हैं, जो अवलोकन के लिए पर्याप्त आकार (10–3–10–4 सेमी) और अच्छी रोशनी में फोटोग्राफी के लिए बढ़ती हैं। काम करने वाला माध्यम अक्सर 0.1-2 वायुमंडल के दबाव में जल वाष्प और अल्कोहल का मिश्रण होता है (जल वाष्प मुख्य रूप से नकारात्मक आयनों पर संघनित होता है, सकारात्मक आयनों पर अल्कोहल वाष्प)। काम करने की मात्रा के विस्तार के कारण दबाव में तेजी से कमी से सुपरसेटेशन प्राप्त होता है। चुंबकीय क्षेत्र में रखे जाने पर क्लाउड चैंबर की क्षमता काफी बढ़ जाती है। एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा घुमावदार एक आवेशित कण के प्रक्षेपवक्र के अनुसार, इसके आवेश और संवेग का संकेत 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) अपने आंदोलन के प्रक्षेपवक्र के साथ वाष्प के बुलबुले की एक श्रृंखला बनाता है। 1952 में ए ग्लेसर द्वारा आविष्कार (1960 में नोबेल पुरस्कार)।

ऑपरेशन का सिद्धांत एक चार्ज कण के ट्रैक के साथ एक सुपरहिटेड तरल के उबलने पर आधारित है। बबल चेंबर एक पारदर्शी सुपरहिटेड तरल से भरा एक बर्तन है। दबाव में तेजी से कमी के साथ, आयनकारी कण के ट्रैक के साथ वाष्प के बुलबुले की एक श्रृंखला बनती है, जो एक बाहरी स्रोत द्वारा प्रकाशित होती है और फोटो खिंचवाती है। ट्रेस की तस्वीर लेने के बाद, कक्ष में दबाव बढ़ जाता है, गैस के बुलबुले गिर जाते हैं और कक्ष फिर से संचालन के लिए तैयार हो जाता है। तरल हाइड्रोजन का उपयोग कक्ष में काम करने वाले 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 को प्रत्येक प्रतिक्रिया में उत्पन्न सभी आवेशित कणों का सीधे निरीक्षण करने में सक्षम होने का बड़ा फायदा होता है। कण के प्रकार और उसके संवेग को निर्धारित करने के लिए मेघ कक्षों और बुलबुला कक्षों को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है। बबल चैंबर में क्लाउड चैंबर की तुलना में डिटेक्टर सामग्री का घनत्व अधिक होता है, और इसलिए आवेशित कणों के पथ पूरी तरह से डिटेक्टर के आयतन में संलग्न होते हैं। बबल चैंबर्स से तस्वीरों को डिक्रिप्ट करना एक अलग समय लेने वाली समस्या प्रस्तुत करता है।

4. परमाणु इमल्शन

इसी तरह, जैसा कि सामान्य फोटोग्राफी में होता है, एक आवेशित कण सिल्वर हैलाइड अनाज के क्रिस्टल जाली की संरचना को उसके रास्ते में बाधित कर देता है, जिससे वे विकास के लिए सक्षम हो जाते हैं। दुर्लभ घटनाओं को दर्ज करने के लिए न्यूक्लियर इमल्शन एक अनूठा उपकरण है। परमाणु इमल्शन के ढेर बहुत उच्च ऊर्जा के कणों का पता लगाना संभव बनाते हैं। उनका उपयोग ~ 1 माइक्रोन की सटीकता के साथ चार्ज किए गए कण के ट्रैक के निर्देशांक निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। गुब्बारों और अंतरिक्ष वाहनों पर ब्रह्मांडीय कणों का पता लगाने के लिए परमाणु इमल्शन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
कण डिटेक्टरों के रूप में फोटो इमल्शन कुछ हद तक क्लाउड कक्षों और बुलबुला कक्षों के समान होते हैं। इनका उपयोग सबसे पहले अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी एस. पॉवेल ने ब्रह्मांडीय किरणों का अध्ययन करने के लिए किया था। फोटो इमल्शन जिलेटिन की एक परत होती है जिसमें सिल्वर ब्रोमाइड के दाने बिखरे होते हैं। प्रकाश की क्रिया के तहत, सिल्वर ब्रोमाइड के दानों में अव्यक्त छवि केंद्र बनते हैं, जो पारंपरिक फोटोग्राफिक डेवलपर के साथ विकसित होने पर सिल्वर ब्रोमाइड को धात्विक चांदी में कम करने में योगदान करते हैं। इन केंद्रों के निर्माण के लिए भौतिक तंत्र फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण धात्विक चांदी के परमाणुओं का निर्माण है। आवेशित कणों द्वारा निर्मित आयनीकरण एक ही परिणाम देता है: संवेदी अनाज का एक निशान दिखाई देता है, जिसे विकास के बाद, एक माइक्रोस्कोप के तहत देखा जा सकता है।

5. जगमगाहट डिटेक्टर

जब कोई आवेशित कण गुजरता है तो जगमगाहट डिटेक्टर कुछ पदार्थों की संपत्ति को चमकने (छिलने) के लिए उपयोग करता है। तब प्रकाश गुणक में उत्पन्न प्रकाश क्वांटा को फोटोमल्टीप्लायरों का उपयोग करके रिकॉर्ड किया जाता है।

उच्च-ऊर्जा भौतिकी में आधुनिक मापन सुविधाएं जटिल प्रणालियां हैं जिनमें हजारों काउंटर, परिष्कृत इलेक्ट्रॉनिक्स शामिल हैं और एक ही टक्कर में उत्पन्न दर्जनों कणों को एक साथ दर्ज करने में सक्षम हैं।