Bumalik pasulong

Pansin! Ang slide preview ay para sa mga layuning pang-impormasyon lamang at maaaring hindi kumakatawan sa buong lawak ng pagtatanghal. Kung interesado ka sa gawaing ito, mangyaring i-download ang buong bersyon.

Uri ng aralin: aralin sa pagkatuto ng bagong materyal.

Uri ng aralin: pinagsama-sama.

Teknolohiya: problema-dialogical.

Layunin ng aralin: ayusin ang mga aktibidad ng mga mag-aaral sa pag-aaral at pangunahing pagsasama-sama ng kaalaman tungkol sa mga pamamaraan ng pagpaparehistro ng mga sisingilin na particle.

Kagamitan: computer at multimedia projector, Pagtatanghal.

Mga pamamaraan para sa pagrehistro ng mga sisingilin na particle

Ngayon, tila halos hindi kapani-paniwala kung gaano karaming mga pagtuklas sa nuclear physics ang ginawa gamit ang mga natural na pinagmumulan ng radioactive radiation na may enerhiya na kakaunti lang ang MeV at ang pinakasimpleng mga detecting device. Natuklasan ang atomic nucleus, nakuha ang mga sukat nito, isang nuclear reaction ang naobserbahan sa unang pagkakataon, ang phenomenon radioactivity, natuklasan ang neutron at proton, hinulaan ang pagkakaroon ng neutrino, at iba pa. Ang pangunahing particle detector sa mahabang panahon ay isang plato na pinahiran ng zinc sulfide. Ang mga particle ay nairehistro ng mata sa pamamagitan ng mga kislap ng liwanag na ginawa ng mga ito sa zinc sulfide.

Sa paglipas ng panahon, ang mga pang-eksperimentong setup ay naging mas kumplikado. Ang mga pamamaraan para sa pagpapabilis at pag-detect ng mga particle at nuclear electronics ay binuo. Ang mga pag-unlad sa nuclear at elementarya na particle physics ay lalong natutukoy ng pag-unlad sa mga lugar na ito. Ang mga Nobel Prize sa Physics ay madalas na iginawad para sa trabaho sa larangan ng pisikal na pamamaraan ng eksperimento.

Ang mga detektor ay nagsisilbing parehong upang irehistro ang mismong katotohanan ng pagkakaroon ng isang particle at upang matukoy ang enerhiya at momentum nito, ang tilapon ng particle, at iba pang mga katangian. Upang magrehistro ng mga particle, ang mga detektor ay kadalasang ginagamit na mas sensitibo hangga't maaari sa pagpaparehistro ng isang partikular na particle at hindi nararamdaman ang malaking background na nilikha ng iba pang mga particle.

Karaniwan, sa mga eksperimento sa pisika ng nuklear at particle, kinakailangan na makilala ang mga "kinakailangang" mga kaganapan laban sa isang napakalaking background ng "hindi kinakailangang" mga kaganapan, marahil isa sa isang bilyon. Para dito, ginagamit ang iba't ibang kumbinasyon ng mga counter at pamamaraan ng pagpaparehistro.

Pagpaparehistro ng mga sisingilin na particle ay batay sa kababalaghan ng ionization o paggulo ng mga atomo, na sanhi ng mga ito sa sangkap ng detektor. Ito ang batayan para sa pagpapatakbo ng mga naturang detector tulad ng cloud chamber, bubble chamber, spark chamber, emulsions, gas scintillation at semiconductor detector.

1. Geiger counter

Ang Geiger counter ay, bilang isang panuntunan, isang cylindrical cathode, kasama ang axis kung saan ang isang wire ay nakaunat - ang anode. Ang sistema ay puno ng pinaghalong gas. Kapag dumadaan sa counter, ang sisingilin na particle ay nag-ionize ng gas. Ang mga nagresultang electron, na lumilipat patungo sa positibong electrode - filament, na bumabagsak sa rehiyon ng isang malakas na electric field, ay pinabilis at, sa turn, ay nag-ionize ng mga molekula ng gas, na humahantong sa isang paglabas ng corona. Ang amplitude ng signal ay umabot sa ilang volts at madaling naitala. Inirerehistro ng Geiger counter ang pagpasa ng isang particle sa counter, ngunit hindi pinapayagan ang pagsukat ng enerhiya ng particle.

2. Cloud chamber

Ang cloud chamber ay isang track detector ng elementary charged particles, kung saan ang track (trace) ng isang particle ay bumubuo ng chain ng maliliit na droplet ng likido kasama ang trajectory ng paggalaw nito. Inimbento ni C. Wilson noong 1912 (Nobel Prize noong 1927).

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang silid ng ulap ay batay sa paghalay ng supersaturated na singaw at ang pagbuo ng mga nakikitang patak ng likido sa mga ion kasama ang track ng isang sisingilin na particle na lumilipad sa silid. Upang lumikha ng supersaturated na singaw, ang isang mabilis na adiabatic na pagpapalawak ng gas ay nangyayari sa tulong ng isang mekanikal na piston. Pagkatapos kunan ng larawan ang track, ang gas sa kamara ay muling na-compress, ang mga droplet sa mga ions ay sumingaw. Ang electric field sa silid ay nagsisilbing "linisin" ang silid mula sa mga ion na nabuo sa nakaraang gas ionization. Sa isang cloud chamber, ang mga track ng mga naka-charge na particle ay makikita dahil sa condensation ng supersaturated vapor sa mga gas ions na nabuo ng charged particle. Ang mga likidong patak ay nabubuo sa mga ion, na lumalaki sa mga sukat na sapat para sa pagmamasid (10–3–10–4 cm) at pagkuha ng litrato sa magandang liwanag. Ang gumaganang daluyan ay kadalasang isang pinaghalong singaw ng tubig at alkohol sa isang presyon ng 0.1-2 na mga atmospheres (ang singaw ng tubig ay kumukulong pangunahin sa mga negatibong ion, singaw ng alkohol sa mga positibong ion). Ang supersaturation ay nakamit sa pamamagitan ng isang mabilis na pagbaba ng presyon dahil sa pagpapalawak ng dami ng nagtatrabaho. Ang mga kakayahan ng cloud chamber ay tumataas nang malaki kapag inilagay sa isang magnetic field. Ayon sa tilapon ng isang sisingilin na particle na nakakurbada ng magnetic field, ang tanda ng singil at momentum nito ay tinutukoy. Gamit ang cloud chamber noong 1932, natuklasan ni K. Anderson ang isang positron sa cosmic rays.

3. Bubble chamber

silid ng bula– isang track detector ng elementarya na may charge na mga particle, kung saan ang track (trace) ng isang particle ay bumubuo ng isang chain ng vapor bubbles kasama ang trajectory ng paggalaw nito. Inimbento ni A. Glaser noong 1952 (Nobel Prize noong 1960).

Ang prinsipyo ng operasyon ay batay sa pagkulo ng isang superheated na likido sa kahabaan ng track ng isang sisingilin na particle. Ang bubble chamber ay isang sisidlan na puno ng transparent na sobrang init na likido. Sa isang mabilis na pagbaba ng presyon, isang kadena ng mga bula ng singaw ay nabuo sa kahabaan ng track ng ionizing particle, na iluminado ng isang panlabas na mapagkukunan at nakuhanan ng larawan. Pagkatapos kunan ng larawan ang bakas, tumataas ang presyon sa silid, bumagsak ang mga bula ng gas at handa na ang silid para sa operasyon muli. Ang likidong hydrogen ay ginagamit bilang isang gumaganang likido sa silid, na sabay na nagsisilbing target ng hydrogen para sa pag-aaral ng pakikipag-ugnayan ng mga particle sa mga proton.

Ang silid ng ulap at ang silid ng bula ay may malaking kalamangan sa kakayahang direktang obserbahan ang lahat ng mga sisingilin na particle na ginawa sa bawat reaksyon. Upang matukoy ang uri ng particle at ang momentum na cloud chamber at bubble chamber nito ay inilalagay sa isang magnetic field. Ang silid ng bula ay may mas mataas na density ng materyal ng detektor kumpara sa silid ng ulap, at samakatuwid ang mga landas ng mga sisingilin na particle ay ganap na nakapaloob sa dami ng detektor. Ang pag-decipher ng mga litrato mula sa mga bubble chamber ay nagpapakita ng hiwalay na problemang nakakaubos ng oras.

4. Nuclear emulsions

Katulad nito, tulad ng nangyayari sa ordinaryong photography, ang isang naka-charge na particle ay nakakagambala sa istraktura ng kristal na sala-sala ng mga butil ng silver halide sa daanan nito, na ginagawang may kakayahang umunlad ang mga ito. Ang nuclear emulsion ay isang natatanging tool para sa pagrerehistro ng mga bihirang kaganapan. Ginagawang posible ng mga stack ng nuclear emulsion na makita ang mga particle ng napakataas na enerhiya. Magagamit ang mga ito upang matukoy ang mga coordinate ng track ng isang naka-charge na particle na may katumpakan na ~1 micron. Ang mga nuclear emulsion ay malawakang ginagamit upang makita ang mga cosmic particle sa mga lobo at sasakyan sa kalawakan.
Ang mga photo emulsion bilang particle detector ay medyo katulad ng mga cloud chamber at bubble chamber. Una silang ginamit ng English physicist na si S. Powell upang pag-aralan ang cosmic rays. Ang photo emulsion ay isang layer ng gelatin na may mga butil ng silver bromide na nakakalat dito. Sa ilalim ng pagkilos ng liwanag, ang mga nakatagong sentro ng imahe ay nabuo sa mga butil ng silver bromide, na nag-aambag sa pagbawas ng silver bromide sa metallic silver kapag binuo gamit ang isang conventional photographic developer. Ang pisikal na mekanismo para sa pagbuo ng mga sentrong ito ay ang pagbuo ng mga metal na pilak na atomo dahil sa epekto ng photoelectric. Ang ionization na ginawa ng mga naka-charge na particle ay nagbibigay ng parehong resulta: isang trail ng mga sensitized na butil ay lilitaw, na, pagkatapos ng pag-unlad, ay makikita sa ilalim ng mikroskopyo.

5. Detektor ng scintillation

Ginagamit ng scintillation detector ang pag-aari ng ilang mga substance upang kumikinang (scintillate) kapag may dumaan na may charge na particle. Ang light quanta na nabuo sa scintillator ay ire-record gamit ang mga photomultiplier.

Ang mga modernong pasilidad sa pagsukat sa high-energy physics ay mga kumplikadong sistema na kinabibilangan ng sampu-sampung libong mga counter, sopistikadong electronics at may kakayahang sabay na magrehistro ng dose-dosenang mga particle na ginawa sa isang banggaan.