Mundur ke depan

Perhatian! Pratinjau slide hanya untuk tujuan informasi dan mungkin tidak mewakili keseluruhan presentasi. Jika Anda tertarik dengan karya ini, silakan unduh versi lengkapnya.

Jenis pelajaran: pelajaran mempelajari materi baru.

Jenis pelajaran: digabungkan.

Teknologi: masalah-dialogis.

Tujuan pelajaran: mengatur kegiatan siswa dalam studi dan konsolidasi utama pengetahuan tentang metode pendaftaran partikel bermuatan.

Peralatan: proyektor komputer dan multimedia, Presentasi.

Metode untuk mendaftarkan partikel bermuatan

Hari ini, tampaknya hampir tidak masuk akal berapa banyak penemuan dalam fisika nuklir telah dibuat menggunakan sumber alami radiasi radioaktif dengan energi hanya beberapa MeV dan perangkat pendeteksi paling sederhana. Inti atom ditemukan, dimensinya diperoleh, reaksi nuklir diamati untuk pertama kalinya, fenomena radioaktivitas, neutron dan proton ditemukan, keberadaan neutrino diprediksi, dan seterusnya. Detektor partikel utama untuk waktu yang lama adalah pelat yang dilapisi dengan seng sulfida. Partikel-partikel itu dicatat oleh mata oleh kilatan cahaya yang dihasilkan oleh mereka dalam seng sulfida.

Seiring waktu, pengaturan eksperimental menjadi lebih dan lebih kompleks. Teknik untuk mempercepat dan mendeteksi partikel dan elektronik nuklir dikembangkan. Kemajuan dalam fisika partikel dasar dan nuklir semakin ditentukan oleh kemajuan di bidang ini. Hadiah Nobel dalam Fisika sering diberikan untuk pekerjaan di bidang teknik eksperimen fisik.

Detektor berfungsi baik untuk mendaftarkan fakta keberadaan partikel dan untuk menentukan energi dan momentumnya, lintasan partikel, dan karakteristik lainnya. Untuk mendaftarkan partikel, sering digunakan detektor yang sesensitif mungkin terhadap registrasi partikel tertentu dan tidak merasakan latar belakang besar yang diciptakan oleh partikel lain.

Biasanya, dalam eksperimen fisika nuklir dan partikel, perlu untuk membedakan peristiwa "perlu" dengan latar belakang raksasa peristiwa "tidak perlu", mungkin satu dalam satu miliar. Untuk ini, berbagai kombinasi penghitung dan metode pendaftaran digunakan.

Registrasi partikel bermuatan didasarkan pada fenomena ionisasi atau eksitasi atom, yang ditimbulkannya dalam zat detektor. Ini adalah dasar untuk pengoperasian detektor seperti ruang awan, ruang gelembung, ruang percikan, emulsi fotografi, kilau gas dan detektor semikonduktor.

1. Penghitung Geiger

Penghitung Geiger, sebagai suatu peraturan, adalah katoda silinder, di sepanjang sumbu di mana kawat diregangkan - anoda. Sistem diisi dengan campuran gas. Ketika melewati penghitung, partikel bermuatan mengionisasi gas. Elektron yang dihasilkan, bergerak menuju elektroda positif - filamen, jatuh ke wilayah medan listrik yang kuat, dipercepat dan, pada gilirannya, mengionisasi molekul gas, yang mengarah ke pelepasan korona. Amplitudo sinyal mencapai beberapa volt dan mudah direkam. Pencacah Geiger mencatat lintasan partikel melalui pencacah, tetapi tidak memungkinkan pengukuran energi partikel.

2. Ruang awan

Ruang awan adalah detektor lintasan partikel bermuatan dasar, di mana lintasan (jejak) partikel membentuk rantai tetesan kecil cairan di sepanjang lintasan pergerakannya. Diciptakan oleh C. Wilson pada tahun 1912 (Hadiah Nobel pada tahun 1927).

Prinsip pengoperasian ruang awan didasarkan pada kondensasi uap jenuh dan pembentukan tetesan cairan yang terlihat pada ion di sepanjang lintasan partikel bermuatan yang terbang melalui ruang tersebut. Untuk membuat uap lewat jenuh, ekspansi adiabatik cepat dari gas terjadi dengan bantuan piston mekanis. Setelah memotret trek, gas di ruang dikompresi lagi, tetesan pada ion menguap. Medan listrik di dalam chamber berfungsi untuk “membersihkan” chamber dari ion-ion yang terbentuk pada saat ionisasi gas sebelumnya. Di ruang awan, jejak partikel bermuatan menjadi terlihat karena kondensasi uap jenuh pada ion gas yang dibentuk oleh partikel bermuatan. Tetesan cairan terbentuk pada ion, yang tumbuh hingga ukuran yang cukup untuk pengamatan (10–3–10–4 cm) dan fotografi dalam cahaya yang baik. Media kerja paling sering adalah campuran uap air dan alkohol pada tekanan 0,1-2 atmosfer (uap air mengembun terutama pada ion negatif, uap alkohol pada ion positif). Supersaturasi dicapai dengan penurunan tekanan yang cepat karena ekspansi volume kerja. Kemampuan ruang awan meningkat secara signifikan ketika ditempatkan di medan magnet. Menurut lintasan partikel bermuatan yang dilengkungkan oleh medan magnet, tanda muatan dan momentumnya ditentukan. Menggunakan ruang awan pada tahun 1932, K. Anderson menemukan positron dalam sinar kosmik.

3. Ruang gelembung

ruang gelembung– detektor lintasan partikel bermuatan dasar, di mana lintasan (jejak) partikel membentuk rantai gelembung uap di sepanjang lintasan pergerakannya. Diciptakan oleh A. Glaser pada tahun 1952 (Hadiah Nobel pada tahun 1960).

Prinsip operasi didasarkan pada pendidihan cairan super panas di sepanjang lintasan partikel bermuatan. Ruang gelembung adalah bejana yang diisi dengan cairan super panas transparan. Dengan penurunan tekanan yang cepat, rantai gelembung uap terbentuk di sepanjang jalur partikel pengion, yang diterangi oleh sumber eksternal dan difoto. Setelah memotret jejak, tekanan di ruang naik, gelembung gas runtuh dan ruang siap untuk operasi lagi. Hidrogen cair digunakan sebagai fluida kerja di dalam chamber, yang sekaligus berfungsi sebagai target hidrogen untuk mempelajari interaksi partikel dengan proton.

Ruang awan dan ruang gelembung memiliki keuntungan besar karena dapat mengamati secara langsung semua partikel bermuatan yang dihasilkan dalam setiap reaksi. Untuk menentukan jenis partikel dan momentumnya, ruang awan dan ruang gelembung ditempatkan dalam medan magnet. Ruang gelembung memiliki kerapatan bahan detektor yang lebih tinggi dibandingkan dengan ruang awan, dan oleh karena itu jalur partikel bermuatan sepenuhnya tertutup dalam volume detektor. Menguraikan foto-foto dari ruang gelembung menghadirkan masalah memakan waktu yang terpisah.

4. Emulsi nuklir

Demikian pula, seperti yang terjadi dalam fotografi biasa, partikel bermuatan mengganggu struktur kisi kristal butir perak halida di sepanjang jalurnya, membuatnya mampu berkembang. Emulsi nuklir adalah alat unik untuk mencatat peristiwa langka. Tumpukan emulsi nuklir memungkinkan untuk mendeteksi partikel berenergi sangat tinggi. Mereka dapat digunakan untuk menentukan koordinat lintasan partikel bermuatan dengan akurasi ~1 mikron. Emulsi nuklir banyak digunakan untuk mendeteksi partikel kosmik pada balon dan kendaraan luar angkasa.
Emulsi foto sebagai detektor partikel agak mirip dengan ruang awan dan ruang gelembung. Mereka pertama kali digunakan oleh fisikawan Inggris S. Powell untuk mempelajari sinar kosmik. Foto emulsi adalah lapisan gelatin dengan butiran perak bromida yang terdispersi di dalamnya. Di bawah aksi cahaya, pusat gambar laten terbentuk dalam butiran perak bromida, yang berkontribusi pada reduksi perak bromida menjadi perak metalik ketika dikembangkan dengan pengembang fotografi konvensional. Mekanisme fisik untuk pembentukan pusat-pusat ini adalah pembentukan atom perak metalik karena efek fotolistrik. Ionisasi yang dihasilkan oleh partikel bermuatan memberikan hasil yang sama: jejak butir peka dihasilkan, yang, setelah pengembangan, dapat dilihat di bawah mikroskop.

5. Detektor kilau

Detektor kilau menggunakan properti zat tertentu untuk bersinar (sintilasi) ketika partikel bermuatan melewatinya. Kuanta cahaya yang dihasilkan dalam sintilator kemudian direkam menggunakan photomultiplier.

Fasilitas pengukuran modern dalam fisika energi tinggi adalah sistem kompleks yang mencakup puluhan ribu penghitung, elektronik canggih, dan mampu secara simultan mencatat lusinan partikel yang dihasilkan dalam satu tumbukan.