უკან წინ

ყურადღება! სლაიდის გადახედვა მხოლოდ საინფორმაციო მიზნებისთვისაა და შეიძლება არ წარმოადგენდეს პრეზენტაციის სრულ ნაწილს. თუ გაინტერესებთ ეს ნამუშევარი, გთხოვთ, ჩამოტვირთოთ სრული ვერსია.

გაკვეთილის ტიპი:გაკვეთილზე ახალი მასალის შესწავლა.

გაკვეთილის ტიპი:კომბინირებული.

ტექნოლოგია:პრობლემა-დიალოგიური.

გაკვეთილის მიზანი:სტუდენტების საქმიანობის ორგანიზება დამუხტული ნაწილაკების რეგისტრაციის მეთოდების შესახებ ცოდნის შესწავლისა და პირველადი კონსოლიდაციის მიმართულებით.

აღჭურვილობა:კომპიუტერული და მულტიმედიური პროექტორი, პრეზენტაცია.

დამუხტული ნაწილაკების რეგისტრაციის მეთოდები

დღეს თითქმის წარმოუდგენელია, რამდენი აღმოჩენა გაკეთდა ბირთვულ ფიზიკაში რადიოაქტიური გამოსხივების ბუნებრივი წყაროების გამოყენებით მხოლოდ რამდენიმე მევ ენერგიით და უმარტივესი აღმომჩენი მოწყობილობებით. აღმოაჩინეს ატომის ბირთვი, მიიღეს მისი ზომები, პირველად დაფიქსირდა ბირთვული რეაქცია, ფენომენი რადიოაქტიურობა, აღმოაჩინეს ნეიტრონი და პროტონი, იწინასწარმეტყველეს ნეიტრინოს არსებობა და ა.შ. ნაწილაკების მთავარი დეტექტორი დიდი ხნის განმავლობაში იყო თუთიის სულფიდით დაფარული ფირფიტა. ნაწილაკები თვალმა აღრიცხა თუთიის სულფიდში მათ მიერ წარმოქმნილი სინათლის ციმციმებით.

დროთა განმავლობაში, ექსპერიმენტული ინსტალაციები უფრო და უფრო რთული გახდა. შემუშავდა ნაწილაკების და ბირთვული ელექტრონიკის აჩქარებისა და აღმოჩენის ტექნიკა. ბირთვული და ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის მიღწევები სულ უფრო მეტად განისაზღვრება ამ სფეროებში პროგრესით. ფიზიკაში ნობელის პრემიები ხშირად გაიცემა ფიზიკური ექსპერიმენტის ტექნიკის სფეროში მუშაობისთვის.

დეტექტორები ემსახურება როგორც ნაწილაკების არსებობის ფაქტის რეგისტრაციას, ასევე მისი ენერგიისა და იმპულსის, ნაწილაკების ტრაექტორიის და სხვა მახასიათებლების განსაზღვრას. ნაწილაკების დასარეგისტრირებლად ხშირად იყენებენ დეტექტორებს, რომლებიც მაქსიმალურად მგრძნობიარეა კონკრეტული ნაწილაკების რეგისტრაციის მიმართ და არ გრძნობენ სხვა ნაწილაკების მიერ შექმნილ დიდ ფონს.

ჩვეულებრივ, ბირთვული და ნაწილაკების ფიზიკის ექსპერიმენტებში აუცილებელია „აუცილებელი“ მოვლენების გამოყოფა „არასაჭირო“ მოვლენების გიგანტური ფონზე, შესაძლოა მილიარდიდან ერთი. ამისათვის გამოიყენება მრიცხველების და რეგისტრაციის მეთოდების სხვადასხვა კომბინაცია.

დამუხტული ნაწილაკების რეგისტრაციაეფუძნება ატომების იონიზაციის ან აგზნების ფენომენს, რომელსაც ისინი იწვევენ დეტექტორის ნივთიერებაში. ეს არის საფუძველი ისეთი დეტექტორების მუშაობისთვის, როგორიცაა ღრუბლის კამერა, ბუშტუკების კამერა, ნაპერწკლის კამერა, ემულსიები, გაზის ცინტილაცია და ნახევარგამტარული დეტექტორები.

1. გეიგერის მრიცხველი

გეიგერის მრიცხველი, როგორც წესი, ცილინდრული კათოდია, რომლის ღერძის გასწვრივ გადაჭიმულია მავთული - ანოდი. სისტემა ივსება გაზის ნარევით. მრიცხველში გავლისას დამუხტული ნაწილაკი იონიზებს გაზს. შედეგად მიღებული ელექტრონები, რომლებიც მოძრაობენ დადებითი ელექტროდისკენ - ძაფისკენ, ხვდებიან ძლიერი ელექტრული ველის რეგიონში, აჩქარდებიან და, თავის მხრივ, იონიზებენ გაზის მოლეკულებს, რაც იწვევს კორონის გამონადენს. სიგნალის ამპლიტუდა აღწევს რამდენიმე ვოლტს და ადვილად ჩაიწერება. გეიგერის მრიცხველი აღრიცხავს ნაწილაკების გავლას მრიცხველში, მაგრამ არ იძლევა ნაწილაკების ენერგიის გაზომვის საშუალებას.

2. ღრუბლოვანი პალატა

ღრუბლოვანი კამერა არის ელემენტარული დამუხტული ნაწილაკების ბილიკის დეტექტორი, რომელშიც ნაწილაკების ბილიკი (კვალი) ქმნის სითხის მცირე წვეთების ჯაჭვს მისი მოძრაობის ტრაექტორიის გასწვრივ. გამოიგონა C. Wilson-მა 1912 წელს (ნობელის პრემია 1927 წელს).

ღრუბლის კამერის მუშაობის პრინციპი ემყარება ზეგაჯერებული ორთქლის კონდენსაციას და ხილული თხევადი წვეთების წარმოქმნას იონებზე, დამუხტული ნაწილაკების ბილიკზე, რომელიც დაფრინავს პალატაში. ზეგაჯერებული ორთქლის შესაქმნელად, გაზის სწრაფი ადიაბატური გაფართოება ხდება მექანიკური დგუშის დახმარებით. ბილიკის გადაღების შემდეგ, კამერაში გაზი კვლავ შეკუმშულია, იონების წვეთები აორთქლდება. კამერაში ელექტრული ველი ემსახურება წინა გაზის იონიზაციის დროს წარმოქმნილი იონების კამერის „გაწმენდას“. ღრუბლის კამერაში დამუხტული ნაწილაკების კვალი ხილული ხდება დამუხტული ნაწილაკების მიერ წარმოქმნილ აირის იონებზე ზეგაჯერებული ორთქლის კონდენსაციის გამო. იონებზე წარმოიქმნება თხევადი წვეთები, რომლებიც იზრდებიან საკმარის ზომებამდე დაკვირვებისთვის (10–3–10–4 სმ) და ფოტოგრაფიისთვის კარგ შუქზე. სამუშაო გარემო ყველაზე ხშირად არის წყლის ორთქლისა და ალკოჰოლის ნარევი 0,1-2 ატმოსფერო წნევის ქვეშ (წყლის ორთქლი კონდენსირდება ძირითადად უარყოფით იონებზე, ალკოჰოლის ორთქლი დადებით იონებზე). სუპერგაჯერება მიიღწევა წნევის სწრაფი შემცირებით სამუშაო მოცულობის გაფართოების გამო. ღრუბლის კამერის შესაძლებლობები მნიშვნელოვნად იზრდება მაგნიტურ ველში მოთავსებისას. მაგნიტური ველის მიერ მოხრილი დამუხტული ნაწილაკის ტრაექტორიის მიხედვით განისაზღვრება მისი მუხტის ნიშანი და იმპულსი. ღრუბლის კამერის გამოყენებით 1932 წელს კ. ანდერსონმა აღმოაჩინა პოზიტრონი კოსმოსურ სხივებში.

3. ბუშტუკების კამერა

ბუშტის პალატა- ელემენტარული დამუხტული ნაწილაკების საჩვენებელი დეტექტორი, რომელშიც ნაწილაკების ბილიკი (კვალი) ქმნის ორთქლის ბუშტების ჯაჭვს მისი მოძრაობის ტრაექტორიის გასწვრივ. გამოიგონა ა.გლაზერმა 1952 წელს (ნობელის პრემია 1960 წელს).

მოქმედების პრინციპი ემყარება ზედმეტად გახურებული სითხის ადუღებას დამუხტული ნაწილაკების ბილიკზე. ბუშტების კამერა არის ჭურჭელი, რომელიც სავსეა გამჭვირვალე გადახურებული სითხით. წნევის სწრაფი შემცირებით, მაიონებელი ნაწილაკების ბილიკის გასწვრივ წარმოიქმნება ორთქლის ბუშტების ჯაჭვი, რომლებიც ანათებენ გარე წყაროს და გადაიღებენ ფოტოებს. კვალის გადაღების შემდეგ, კამერაში წნევა მატულობს, გაზის ბუშტები იშლება და კამერა კვლავ მზადაა ფუნქციონირებისთვის. თხევადი წყალბადი გამოიყენება როგორც სამუშაო სითხე პალატაში, რომელიც ერთდროულად ემსახურება წყალბადის სამიზნეს პროტონებთან ნაწილაკების ურთიერთქმედების შესასწავლად.

ღრუბლის კამერას და ბუშტუკების კამერას აქვთ დიდი უპირატესობა, რომ შეუძლიათ უშუალოდ დააკვირდნენ თითოეულ რეაქციაში წარმოქმნილ ყველა დამუხტულ ნაწილაკს. ნაწილაკების ტიპისა და მისი იმპულსის დასადგენად ღრუბლის კამერები და ბუშტუკების კამერები მოთავსებულია მაგნიტურ ველში. ბუშტუკების კამერას აქვს დეტექტორის მასალის უფრო მაღალი სიმკვრივე ღრუბლის კამერასთან შედარებით და, შესაბამისად, დამუხტული ნაწილაკების ბილიკები მთლიანად ჩასმულია დეტექტორის მოცულობაში. ბუშტების კამერებიდან ფოტოების გაშიფვრა ცალკე შრომატევადი პრობლემაა.

4. ბირთვული ემულსიები

ანალოგიურად, როგორც ეს ხდება ჩვეულებრივ ფოტოგრაფიაში, დამუხტული ნაწილაკი არღვევს ვერცხლის ჰალოიდის მარცვლების კრისტალური ბადის სტრუქტურას მის გზაზე, რაც მათ განვითარების შესაძლებლობას აძლევს. ბირთვული ემულსია უნიკალური საშუალებაა იშვიათი მოვლენების დასარეგისტრირებლად. ბირთვული ემულსიების დასტა შესაძლებელს ხდის ძალიან მაღალი ენერგიის ნაწილაკების აღმოჩენას. მათი გამოყენება შესაძლებელია დამუხტული ნაწილაკების ბილიკის კოორდინატების დასადგენად ~ 1 მიკრონის სიზუსტით. ბირთვული ემულსიები ფართოდ გამოიყენება კოსმოსური ნაწილაკების აღმოსაჩენად ბურთებზე და კოსმოსურ მანქანებზე.
ფოტო ემულსიები, როგორც ნაწილაკების დეტექტორები, გარკვეულწილად მსგავსია ღრუბლის კამერებისა და ბუშტუკების კამერებს. ისინი პირველად გამოიყენა ინგლისელმა ფიზიკოსმა ს.პაუელმა კოსმოსური სხივების შესასწავლად. ფოტო ემულსია არის ჟელატინის ფენა მასში დაშლილი ვერცხლის ბრომიდის მარცვლებით. სინათლის ზემოქმედების ქვეშ, ვერცხლის ბრომიდის მარცვლებში წარმოიქმნება ლატენტური გამოსახულების ცენტრები, რომლებიც ხელს უწყობენ ვერცხლის ბრომიდის შემცირებას მეტალის ვერცხლად, ჩვეულებრივი ფოტოგრაფიის შემქმნელთან შემუშავებისას. ამ ცენტრების ფორმირების ფიზიკური მექანიზმი არის მეტალის ვერცხლის ატომების წარმოქმნა ფოტოელექტრული ეფექტის გამო. დამუხტული ნაწილაკების მიერ წარმოქმნილი იონიზაცია იგივე შედეგს იძლევა: ჩნდება სენსიბილიზებული მარცვლების კვალი, რომელიც განვითარების შემდეგ მიკროსკოპის ქვეშ ჩანს.

5. სცინტილაციის დეტექტორი

სცინტილაციის დეტექტორი იყენებს გარკვეული ნივთიერებების თვისებას ბზინვარებისთვის (სინტილაციისთვის), როდესაც დამუხტული ნაწილაკი გადის. სცინტილატორში წარმოქმნილი სინათლის კვანტები შემდეგ იწერება ფოტომამრავლების გამოყენებით.

თანამედროვე საზომი საშუალებები მაღალი ენერგიის ფიზიკაში არის რთული სისტემები, რომლებიც მოიცავს ათიათასობით მრიცხველს, დახვეწილ ელექტრონიკას და შეუძლიათ ერთდროულად დაარეგისტრირონ ათობით ნაწილაკი წარმოქმნილი ერთი შეჯახებისას.