Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

Анри Беккерель обнаружил неизвестное излучение.
Он проявил фотопластинку, на которой

в темноте некоторое время находился медный крест, покрытый солью урана.
На фотопластинке получилось изображение в виде отчетливой тени креста. Это означало, что соль урана самопроизвольно излучает.
За открытие явления естественной радиоактивности Беккерель в 1903 году был удостоен Нобелевской премии.

26 февраля 1896 год

радиоактивностью.
Доказали, что торий может самопроизвольно излучать
Открыли новые элементы – полоний

и радий

сопровождаемое испусканием различных частиц.

α-распада элемент смещается на две клетки к началу периодической системы

Менделеева

света в вакууме.
После β-распада элемент смещается на одну клетку вперед

к концу периодической системы Менделеева

излучения
Оно не сопровождается изменением заряда, а масса ядра меняется ничтожно

мало

толстослойных фотоэмульсий
5) Искровая камера

имеются катод в виде цилиндра и анод в виде тонкой

проволоки по оси цилиндра. Пространство между катодом и анодом заполняется специальной смесью газов. Между катодом и анодом прикладывается напряжение.

U

и y - квантов(фотонов большой энергии).

Счётчик регистрирует почти все падающие

в него электроны.

Регистрация сложных частиц затруднена.

Счетчик Гейгера.

Чтобы зарегистрировать y- кванты, стенки трубки покрывают специальным материалом, из которого они выбивают электроны.

герметично закрытый сосуд, заполненный парами воды или спирта, близкими к

насыщению.

Стеклянная
пластина

поршень

вентиль

Вильсон - английский физик, член Лондонского королевского общества. Изобрёл в 1912 г прибор для наблюдения и фотографирования следов заряжённых частиц, впоследствии названную камерой Вильсона (Нобелевская премия, 1927).

Камера Вильсона

Советские физики П.Л. Капица и Д.В. Скобельцин предложили помещать камеру Вильсона в однородное магнитное поле.

с образованием капелек воды.
Если частицы проникают в камеру, то на

их пути возникают капельки воды. Эти капельки образуют видимый след пролетевшей частицы - трек. По длине трека можно определить энергию частицы, а по числу капелек на единицу длины оценивается её скорость. Трек имеет кривизну.

Первое искусственное превращение элементов – взаимодействие a - частицы с ядром азота, в результате которого образовались ядро кислорода и протон.

состояние.
Пролёт частицы вызывает образование цепочки капель, которые можно сфотографировать.
Фотография

столкновения элементарных частиц в главной пузырьковой камере ускорителя Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве, Швейцария. Траектории движения элементарных частиц расцвечены для большей ясности картины. Голубыми линиями отмечены следы пузырьков, образующихся вокруг атомов, возбужденных в результате пролета быстрых заряженных частиц.

1952. Д. Глейзер. Вскипание перегретой жидкости.

толстослойной фотоэмульсии
Наиболее дешевым методом регистрации ионизирующего излучения является фотоэмульсионный (или

метод толстослойных эмульсий). Он базируется на том, что заряженная частица, двигаясь в фотоэмульсии, разрушает молекулы бромида серебра в зернах, сквозь которые прошла. После проявления такой пластинки в ней возникают «дорожки» из осевшего серебра, хорошо видимые в микроскоп.

Метод толстослойных фотоэмульсий

По характеру видимого следа (его длине, толщине и т. п.)

можно судить как о свойствах частицы, которая оставила след (ее энергии, скорости, массе, направлении движения), так и о характере процесса (рассеивание, ядерная реакция, распад частиц), если он произошел в эмульсии.

Заряжённые частицы создают скрытые изображения следа движения.

По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы.

фотопластинку за время наблюдения.
фотопластинка всегда готова для применения (эмульсия не

требует процедур, которые приводили бы ее в рабочее состояние).
эмульсия обладает большой тормозящей способностью, обусловленной большой плотностью.
неисчезающий след частицы,  который потом можно тщательно изучать.

Недостатками метода являются:
длительность и сложность химической обработки фотопластинок и главное — много времени требуется для рассмотрения каждой пластинки в сильном микроскопе.
фотоэмульсия имеет большую плотность, поэтому треки получаются короткими.

трек (след) частицы образует цепочка искровых электрических разрядов вдоль траектории

её движения.

Трек частицы в узкозазорной искровой камере

1959 г. С.Фукуи, С.Миямото. Искровая камера. Разряд в газе при его ударной ионизации.

между которыми заполнено инертным газом. Расстояние между пластинами от 1-2

см до 10 см. Широко используются проволочные  искровые камеры, электроды которых состоят из множества параллельных проволочек. Внешние управляющие счётчики фиксируют факт попадания заряженной частицы в

.

искровую камеру и инициируют подачу на её электроды короткого (10 – 100 нс) высоковольтного импульса чередующейся полярности так, что между двумя соседними электродами появляется разность потенциалов 10 кВ. В местах прохождения заряженной частицы между пластинами за счёт ионизации ею атомов среды свободные носители зарядов (электроны, ионы), что вызывает искровой пробой (разряд).

камеры 0.3 мм.
Частота срабатывания 10 – 100 Гц.
Искровые

камеры могут иметь размеры порядка нескольких метров.

Искровая камера