Презентация по физике "Методы регистрации заряженных частиц" (11 класс, физика)

Презентацию разработала учитель физики Андрейшурской  СОШ  Корепанова Анастасия Петровна

Цели: Изучить методы регистрации ионизирующих излучений   и  рассмотреть основные физические процессы, лежащие  в основе этих методов .   УМЕНИЯ  ИЗДАНИЯХ.  РАЗВИВАТЬ  ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЙ  ИНТЕРЕС  УЧАЩИХСЯ,  УМЕНИЕ  РАБОТАТЬ  И  НАХОДИТЬ  НЕОБХОДИМУЮ  ИНФОРМАЦИЮ  В  ИНТЕРНЕТ  РЕСУРСАХ,  В  ЛИТЕРАТУРЕ,  ПЕЧАТНЫХ  СПОСОБСТВОВАТЬ  ФОРМИРОВАНИЮ  АНАЛИЗИРОВАТЬ,  СРАВНИВАТЬ  И  ОБОБЩАТЬ  ПОЛУЧЕННЫЕ  ФАКТЫ. Воспитывать  чувство ответственности, умение работать  в коллективе . Разобрать  практическое  использование  изучаемых  методов  регистрации  ионизирующего  излучения    в  заданиях уровня А и В  на итоговой аттестации  в форме    ГИА и  ЕГЭ.

Знаком ство с вид ам и регистрирую щ их устройств

внутренняя  которого  Счетчик  Гейгера  представляет  собой  стеклянный  баллон,  покрыта  металлическим  проводящим  слоем,  и  тонкую  нить,  натянутую  вдоль оси баллона.   Действие счетчика основано на ударной  поверхность  ионизации!!!

экране  ударная  ионизация  осциллографа  Баллон  наполнен  инертным  газом  с  добавками  паров  спирта  под  небольшим,  примерно  0,1  атм,  давлением  и  запаян.  Нить  является  анодом,  металлизированная  поверхность  трубки  ­  катодом  для  источника.  Счетчик  Гейгера  включается  в  электронную R и C цепочку, напряжение с которой подается на  осциллограф.  На  наблюдается  горизонтальная  линия  временной  развертки  электронного  луча.  При  попадании  в  счетчик  ионизирующей  частицы  происходит  среда  пробивается.  На  резисторе  R  резко  возрастает  напряжение,  которое регистрируется осциллографом в виде вертикального  импульса  на  экране.  Приближаем  источник  ионизирующих  частиц  к  счетчику  и  наблюдаем  увеличение  числа  импульсов,  то  есть  увеличение  потока  ионизирующих  частиц.  Число  импульсов пропорционально числу ионизированных частиц.  Счетчик  хорошо  регистрирует  электроны,  1из  100  α регистрация   частиц затруднена.  газа.  Газовая  γ ­квантов,

Дозиметры  ­ группа современных приборов используемых как  на  производстве,  так  и  в  быту.  Основой  этих  приборов  является счетчик Гейгера.  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Система  безопасности для  обеспечения  противодействия  радиационному  терроризму оценки  радиационного  загрязнения  ягод и грибов проведения оценок   радиоактивности в  подсобном хозяйстве оценки радиационного загрязнения местности, зданий и  сооружений, жилых и производственных помещений,  транспортных средств, стройматериалов, металлолома,  предметов быта

Профессиональные дозиметры   сложны по своему  устройству  достаточно дороги  обладают хорошим  быстродействием  высоким уровнем  чувствительности  прибора: измерять  все виды  ионизирующего  излучения.

Бытовые дозиметры   дешевизна  имеют низкую  чувствительность  (существенно  снижает  быстродействие и  точность измерений)  Имеют ошибку  порядка 20 — 30 %.

Дозиметр­радиометр  МКС­05 «ТЕРРА­П» СИГ­РМ1208

Камера Вильсона представляет собой  цилиндр с прозрачными торцами.  Действие камеры основано на конденсации пересыщенных  паров этилового спирта на ионах с образованием капелек воды.

Для  источника.   Внутрь  цилиндра  введен  источник  ионизированных  частиц. Для удаления ионов газа, которые образуются в  результате  столкновений  с  ионизирующими  частицами,  стеклянные  окна  покрыты  изнутри  токопроводящей  пленкой,  на  которую  подается  высокое  напряжение  от  высоковольтного  создания  пересыщенных паров спирта внутри камеры поступаем  так: набираем немного спирта в грушу и ополаскиваем  ее изнутри. Затем спирт сливаем, а грушу при помощи  резиновой  трубки  соединяем  с  камерой  Вильсона.  Камеру помещаем на кодоскоп и проецируем на экран.  Несколько  раз  медленно  сжимаем  и  отпускаем  грушу,  создавая  в  камере  состояние  пересыщенных  паров  спирта. Затем сильно сжимаем грушу и после некоторой  задержки  резко  отпускаем.  На  экране  видны  треки  частиц  в  виде  туманных  следов  конденсированных  молекул спирта.

КАМЕРА ВИЛЬСОНА ДАЕТ  ВОЗМОЖНОСТЬ ОПРЕДЕЛИТЬ - ЭН ЕРГИ Ю Ч А СТИ Ц Ы - ЕЕ СК О РО СТЬ - В ЕЛ И Ч И Н У ЗА РЯ Д А - О ТН О Ш ЕН И Е В ЕЛ И Ч И Н Ы ЗА РЯ Д А К ЕЕ М А ССЕ И СА М У М А ССУ .

α След  ­частицы, испытавшей два  столкновения в камере Вильсона

Пузырьковая камера – трековый детектор элементарных заряженных  частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара  вдоль траектории её движения. Изобретена А. Глэзером в 1952 г.  (Нобелевская премия 1960 г.). В  пузырьковой  камере  используется  свойство  чистой  перегретой жидкости  вскипать  (образовывать  пузырьки  пара)  вдоль  пролёта  пути  заряженной частицы.  Пузырьковая камера внешний вид

заряженных  Принцип  действия  пузырьковой  камеры  напоминает  принцип  действия  камеры  Вильсона.  В  последней  свойство  перенасыщенного  пара  используется  конденсироваться  в  мельчайшие  капельки  вдоль  траектории  частиц.  Перегретая  жидкость – это жидкость, нагретая до температуры  большей температуры кипения для данных условий.  Вскипание  такой  жидкости  происходит  при  появлении  центров  парообразования,  например,  ионов.  Таким  образом,  если  в  камере  Вильсона  заряженная  частица  инициирует  на  своём  пути  превращение  пара  в  жидкость,  то  в  пузырьковой  камере,  наоборот,  заряженная  частица  вызывает  превращение жидкости в пар.

внешнего  давления.  На  • Перегретое  состояние  достигается  быстрым  (5­20  мс)  несколько  уменьшением  становится  чувствительной  и  миллисекунд  камера  способна  зарегистрировать  заряженную  частицу.  После  фотографирования  треков  давление  поднимается  до  прежней  величины,  пузырьки  “схлопываются”  и  камера  вновь готова к работе. Цикл работы большой пузырьковой  камеры  1  с  (т.  е.  значительно  меньше,  чем  у  камеры  Вильсона), что позволяет использовать её в экспериментах  на  импульсных  ускорителях.  Небольшие  пузырьковые  камеры  могут  работать  в  значительно  более  быстром  режиме  –  10­100  расширений  в  секунду.  Моменты  чувствительности  пузырьковой  возникновения  фазы  камеры  синхронизуют  с  моментами  попадания  в  камеру  частиц от ускорителя.

•   Важным  преимуществом  пузырьковой  камеры  по  сравнению  с  камерой  Вильсона  и  диффузионной  камерой  является  то,  что  в  качестве  рабочей  среды  в  ней  используется  жидкость  (жидкие  водород,  гелий,  неон, ксенон, фреон, пропан и их смеси). Эти жидкости,  являясь  одновременно  мишенью  и  детектирующей  средой,  обладают  на  2­3  порядка  большей  плотностью,  чем  газы,  что  многократно  увеличивает  вероятность  появления  в  них  событий,  достойных  изучения,  и  позволяют  целиком  “уместить”  в  своём  объёме  треки  высокоэнергичных частиц.  •     Пузырьковые камеры могут достигать очень больших  размеров  (до  40  м3).  Их,  как  и  камеры  Вильсона,  помещают  в  магнитное  поле.  Пространственное  разрешение пузырьковых камер 0.1 мм.

детекторов,  • Недостатком  пузырьковой  камеры  является  то,  что  её  невозможно  (в  отличие  от  камеры  Вильсона)  быстро  “включить”  по  сигналам  внешних  осуществляющих  предварительный  отбор  событий,  так  как  жидкость слишком инерционна и не поддается  очень быстрому (за время 1 мкс) расширению.  будучи  Поэтому  ускорителя,  синхронизованы  регистрируют  все  события,  инициируемые  в  камере  пучком  частиц.  Значительная  часть  этих событий не представляет интереса. пузырьковые  камеры,  с  работой

Метод толстослойных фотоэмульсий открыть  фотоэмульсии  • Ионизирующее  действие  быстрых  заряженных  частиц  на эмульсию фотопластинки позволило французскому  физику  А.  1896г.  Беккерелю  радиоактивность.  Метод  был  разработан  в  1928г.  советскими  физиками  Л.  В.  Мысовским, А. П. Ждановым. Фотоэмульсионный (или  метод  толстослойных  эмульсий)    является  наиболее  дешевым  методом  ионизирующего  в  излучения.  использовании  фотоэмульсий  нанесенных на  фотопластины.  заключается  Его  в  регистрации  сущность  специальных

• Фотоэмульсия  большое  содержит  количество  микроскопических  кристалликов  бромида  серебра.  Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик,  отрывает  электроны  от  отдельных  атомов  брома.  Цепочка  таких  кристалликов  образует  скрытое  изображение.  При  проявлении  в  этих  кристалликах  восстанавливается  металлическое  серебро  и  цепочка  зерен  серебра  образует  трек  частицы.  По  характеру  видимого  следа  (его  длине,  толщине  и  т.  п.)  можно  судить  как  о  свойствах  частицы,  которая  оставила  (ее  энергии,  скорости,  массе,  направлении  след  движения),  так  и  о  характере  процесса  (рассеивание,  ядерная реакция, распад частиц), если он произошел в  эмульсии.  Фотоэмульсия  имеет  большую  плотность,  поэтому треки получаются короткими.

Фотография в фотоэмульсии расщепление ядра углерода при захвате π-мезона.

Метод сцинтилляций • Этот метод был использован Резерфордом в 1911г. , а предложил его У.  Крупе в 1903г. Простейшим средством регистрации излучений был экран,  покрытый  люминесцирующим  веществом  (от  лат.  lumen  –  свет).  Это  вещество  светится  при  ударе  о  него  заряженной  частицы,  если  энергии  этой частицы достаточно для возбуждения атомов вещества. В том месте,  куда  частица  попадает,  возникает  вспышка  –  сцинтилляция  (от  лат.  scintillatio  –  сверкание,  искрение).  Вспышки  на  экране  наблюдаются  с  помощью  микроскопа.  Такие  название  сцинтилляционные.  получили  счётчики  и  • Вся эта установка помещается в сосуд, из которого откачен воздух (чтобы  устранить  рассеяние  частиц  за  счет  их  столкновений  с  молекулами  воздуха). Если на пути частиц нет никаких препятствии, то они попадают  на  экран  узким,  слегка  расширяющимся  пучком.  При  этом  все  возникающие  на  экране  вспышки  сливаются  в  одно  небольшое  светлое  пятно.

Совершенствование метода визуального наблюдения сцинтилляций, вызванных частицей, привело к разработке электронных методов счета сцинтилляций. Различные конструкции фотоэлектронных умножителей позволяют усиливать электрический сигнал и получать на выходе легко регистрируемые электрические импульсы.