Ansigtspleje

1) Enheder til at detektere ladede partikler kaldes detektorer. Der er to hovedtyper af detektorer: diskret

2) (optælling og bestemmelse af partiklers energi): Geigertæller, ioniseringskammer osv.; spore

1. (gør det muligt at observere og fotografere spor af partikler i detektorens arbejdsvolumen): skykammer, boblekammer, tyktlags fotografiske emulsioner osv. Gasudladningsgeigertæller.

For at registrere elektroner og \(~\gamma\)-kvanter (fotoner) med høj energi, bruges en Geiger-Muller-tæller. Den består af et glasrør (fig. 22.4), katoden K, en tynd metalcylinder, støder op til de indre vægge; Anode A er en tynd metaltråd strakt langs tællerens akse. Røret er fyldt med gas, normalt argon. Tælleren er inkluderet i optagekredsløbet. Et negativt potentiale påføres kroppen, og et positivt potentiale påføres tråden. En modstand R er forbundet i serie med tælleren, hvorfra signalet tilføres optageapparatet.

Tælleren fungerer baseret på stødionisering. Lad en partikel ramme tælleren og skab mindst ét ​​par langs dens vej: "ion + elektron". Elektroner, der bevæger sig mod anoden (glødetråden), kommer ind i et felt med stigende intensitet (spænding mellem A og K ~ 1600 V), deres hastighed øges hurtigt, og på deres vej skaber de en ion-lavine (påvirkningsionisering forekommer). En gang på tråden reducerer elektroner dets potentiale, som et resultat af hvilken strøm løber gennem modstand R. En spændingsimpuls vises i dens ender, som kommer ind i optageenheden. Et spændingsfald opstår over modstanden, anodepotentialet falder, og feltstyrken inde i måleren falder, som et resultat af, at den falder kinetisk energi

En geigertæller kan detektere 104 partikler i sekundet. Det bruges hovedsageligt til registrering af elektroner og \(~\gamma\) kvanter. Imidlertid detekteres \(~\gamma\) kvanter ikke direkte på grund af deres lave ioniserende evne. For at detektere dem er den indre væg af røret belagt med et materiale, hvorfra elektroner slås ud af \(~\gamma\) kvanter. Ved registrering af elektroner er tællereffektiviteten 100%, og ved registrering af \(~\gamma\) kvanter - kun omkring 1%.

Registrering af tunge \(~\alpha\)-partikler er vanskelig, da det er svært at lave et tilstrækkeligt tyndt "vindue" i tælleren, som er gennemsigtigt for disse partikler.

2. Wilson kammer.

Kammeret bruger højenergipartiklers evne til at ionisere gasatomer. Wilson-kammeret (fig. 22.5) er en cylindrisk beholder med et stempel 1. Den øverste del af cylinderen er lavet af gennemsigtigt materiale; stort antal vand eller alkohol, hvortil bunden af ​​karret er dækket med et lag våd fløjl eller klud 2. Der dannes en blanding inde i kammeret mættet dampe og luft. Ved hurtig sænkning af stempel 1 blandingen udvider sig adiabatisk, hvilket er ledsaget af et fald i dens temperatur. På grund af afkøling bliver dampen overmættet.

Hvis luften renses for støvpartikler, er kondensering af damp til væske vanskelig på grund af fraværet af kondensationscentre. Imidlertid kondensationscentre ioner kan også tjene. Derfor, hvis en ladet partikel flyver gennem kammeret (kommer ind gennem vindue 3), ioniserende molekyler langs dens vej, så opstår der dampkondensation på ionkæden, og partiklens bane inde i kammeret bliver synlig takket være de bundfældede små dråber af flydende. Kæden af ​​dannede væskedråber danner et partikelspor. Den termiske bevægelse af molekyler slører hurtigt partikelsporet, og partikelbanerne er tydeligt synlige i kun omkring 0,1 s, hvilket dog er tilstrækkeligt til fotografering.

Sporets udseende på et fotografi giver ofte mulighed for at bedømme natur partikler og størrelse hende energi. Således efterlader \(~\alpha\) partikler et relativt tykt kontinuerligt spor, protoner efterlader et tyndere, og elektroner efterlader et prikket (fig. 22.6). Den opståede opdeling af sporet - en "gaffel" - indikerer en igangværende reaktion.

For at forberede kammeret til handling og rense det for resterende ioner, skabes et elektrisk felt inde i det, der tiltrækker ionerne til elektroderne, hvor de neutraliseres.

De sovjetiske fysikere P. L. Kapitsa og D. V. Skobeltsyn foreslog at placere kameraet i et magnetfelt, under påvirkning af hvilket partiklernes baner bøjes i en eller anden retning afhængigt af ladningens tegn. Kurvaturens krumningsradius og sporenes intensitet bestemmer partiklens energi og masse (specifik ladning).

3. Boblekammer. Lige nu i videnskabelig forskning der anvendes et boblekammer. Arbejdsvolumenet i boblekammeret er fyldt med væske under højt tryk, der beskytter den mod kogning, på trods af at væskens temperatur er højere end kogepunktet ved atmosfærisk tryk. Med et kraftigt fald i trykket bliver væsken overophedet og forbliver i en ustabil tilstand i kort tid. Hvis en ladet partikel flyver gennem en sådan væske, vil væsken koge langs dens bane, da ionerne dannet i væsken tjener som fordampningscentre. I dette tilfælde er partiklens bane markeret af en kæde af dampbobler, dvs. bliver synliggjort. De anvendte væsker er hovedsageligt flydende brint og propan C 3 H 3 . Driftscyklustiden er ca. 0,1 s.

Fordel Boblekammeret foran skykammeret skyldes den højere densitet af arbejdsstoffet, hvorved partiklen mister mere energi end i en gas. Partikelvejene viser sig at være kortere, og selv højenergipartikler sætter sig fast i kammeret. Dette gør det muligt meget mere præcist at bestemme partiklens bevægelsesretning og dens energi og at observere en række successive transformationer af partiklen og de reaktioner, den forårsager.

4. Tykfilmemulsionsmetode udviklet af L.V. Mysovsky og A.P. Zhdanov.

Den er baseret på brugen af ​​sortfarvning af et fotografisk lag under påvirkning af hurtigt ladede partikler, der passerer gennem den fotografiske emulsion. En sådan partikel forårsager nedbrydning af sølvbromidmolekyler til Ag + og Br - ioner og sværtning af den fotografiske emulsion langs bevægelsesbanen, hvilket danner et latent billede. Når det udvikles, reduceres metallisk sølv i disse krystaller, og der dannes et partikelspor. Længden og tykkelsen af ​​sporet bruges til at bedømme partiklens energi og masse.

For at studere sporene af partikler, der har meget høj energi og producerer lange spor, stables et stort antal plader.

En væsentlig fordel ved fotoemulsionsmetoden, udover brugervenligheden, er, at den giver permanent spor partikler, som derefter omhyggeligt kan studeres. Dette førte til den udbredte brug af denne metode i undersøgelsen af ​​nye elementære partikler. Ved denne metode kan man ved tilsætning af bor eller lithiumforbindelser til emulsionen undersøge spor af neutroner, som som følge af reaktioner med bor og lithiumkerner skaber \(~\alpha\) partikler, der forårsager sortfarvning i lag af nuklear emulsion. Ud fra sporene af \(~\alpha\)-partikler drages konklusioner om hastigheden og energierne af de neutroner, der forårsagede fremkomsten af ​​\(~\alpha\)-partikler.

Litteratur

Aksenovich L. A. Fysik i gymnasium: Teori. Opgaver. Prøver: Lærebog. tilskud til institutioner, der tilbyder almen uddannelse. miljø, uddannelse / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 618-621.

Eksperimentelle metoder og værktøjer til partikelforskning

Konkurrence "Jeg går i klasse"

G.G. Emelina,
skole opkaldt efter Hero of Russia I.V. Sarychev,
Korablino, Ryazan-regionen.

Eksperimentelle metoder og værktøjer til partikelforskning

Åben lektion. 9. klasse

Selvom det foreslåede emne, i overensstemmelse med programmet, studeres i 9. klasse, vil materialet også være interessant til undervisning i 11. klasse. – Ed.

Lektionens pædagogiske mål: at gøre eleverne fortrolige med enheder til registrering af elementære partikler, at afsløre principperne for deres drift, at lære dem at bestemme og sammenligne hastigheden, energien, massen, ladningen af ​​elementarpartikler og deres forhold efter spor.

Lektionsoversigt

Udfører lektier, huskede fyrene og fandt eksempler på ustabile systemer (se billeder) og måder at fjerne dem fra en ustabil tilstand.

Jeg laver en frontal undersøgelse:

Hvordan får man overmættet damp? (Svar: Øg beholderens volumen kraftigt. Temperaturen falder, og dampen bliver overmættet.

Hvad sker der med overmættet damp, hvis der kommer en partikel i den? (Svar: Det vil være centrum for kondens, og dug vil dannes på det.)

Hvordan påvirker et magnetfelt bevægelsen af ​​en ladet partikel? (Svar: I et felt ændres hastigheden af ​​en partikel i retning, men ikke i størrelse.)

Hvad hedder den kraft, hvormed et magnetfelt virker på en ladet partikel?

Hvor er det på vej hen? (Svar: Dette er Lorentz-kraften; den er rettet mod midten af ​​cirklen.) Når jeg forklarer nyt materiale, bruger jeg: referenceoversigt stor plakat hængende med den på tavlen, har hver elev en kopi (de tager dem med hjem, lægger dem i en notesbog og returnerer dem til læreren ved næste lektion). Jeg taler om en scintillationstæller og en geigertæller, der forsøger at spare tid på at arbejde med fotografier af spor. Jeg stoler på børns viden om spænding i et kredsløb i serieforbindelse.: “Det enkleste middel til at optage stråling var en skærm dækket med et selvlysende stof (fra latin lumen - lys). Dette stof lyser, når en ladet partikel rammer det, hvis denne partikels energi er tilstrækkelig til at excitere stoffets atomer. På det sted, hvor partiklen rammer, opstår et glimt - scintillation (fra latin scintillatio - funklende, funklende). Sådanne tællere kaldes scintillationstællere. Driften af ​​alle andre enheder er baseret på ionisering af stofatomer ved hjælp af flyvende partikler.

Den første enhed til påvisning af partikler blev opfundet af Geiger og forbedret af Müller. En Geiger-Muller-tæller (registrerer og tæller partikler) er en metalcylinder fyldt med en inert gas (for eksempel argon) med en metaltråd indeni isoleret fra væggene. Et negativt potentiale påføres cylinderlegemet, og et positivt potentiale påføres filamentet, så der skabes en spænding på omkring 1500 V mellem dem, høj, men ikke tilstrækkelig til at ionisere gassen. En ladet partikel, der flyver gennem gassen, ioniserer sine atomer, der sker en udladning mellem væggene og glødetråden, kredsløbet lukkes, strømmen løber, og der skabes et spændingsfald UR = IR over belastningsmodstanden med modstand R, som fjernes v.h.t. optageenheden. Da enheden og modstanden er forbundet i serie (Uist = UR + Uarrib), så med en stigning i UR, falder spændingen Uarrib mellem cylindervæggene og gevindet, og udladningen stopper hurtigt, og måleren er klar til drift igen.

I 1912 blev et skykammer foreslået, en enhed, som fysikere kaldte et fantastisk instrument.

Eleven holder en 2-3 minutters præsentation, forberedt på forhånd, som viser skykammerets betydning for at studere mikroverdenen, dens mangler og behovet for forbedring. Jeg introducerer kort kameraets opbygning og viser det, så eleverne husker, når de forbereder deres lektier, at kameraet kan designes på forskellige måder (i lærebogen - i form af en cylinder med et stempel). Eksempeltekst: “Kammeret er en metal- eller plastring 1, tæt lukket i top og bund med glasplader 2. Pladerne er fastgjort til kroppen gennem to (øverste og nederste) metalringe 3 med fire bolte 4 med møtrikker. På sidefladen af ​​kammeret er der et rør til fastgørelse af en gummipære 5. Et radioaktivt lægemiddel er placeret inde i kammeret. Den øverste glasplade har et gennemsigtigt ledende lag på indersiden. Inde i kameraet er der en ringformet metalmembran med en række slidser. Den presses mod den korrugerede membran 6, som er sidevæggen i kammerets arbejdsrum og tjener til at eliminere hvirvelluftbevægelser."

Eleven får en sikkerhedsbriefing efterfulgt af et eksperiment, der afslører, hvordan et skykammer fungerer og viser, at faste partikler eller ioner kan være kondensationskerner. Glaskolben skylles med vand og stilles på hovedet i stativbenet. Installer baggrundsbelysningen. Flaskens åbning lukkes med en gummiprop, hvori der indsættes en gummipære. Først presses pæren langsomt og frigives derefter hurtigt - der observeres ingen ændringer i kolben. Kolben åbnes, en brændende tændstik bringes til halsen, lukkes igen og forsøget gentages. Nu, når luften udvider sig, fyldes kolben med en tyk tåge.

Jeg fortæller dig princippet om drift af et skykammer ved hjælp af resultaterne af eksperimentet. Jeg introducerer begrebet et partikelspor. Vi konkluderer, at partikler og ioner kan være kondensationscentre. Eksempeltekst: “Når pæren er hurtigt frigivet (processen er adiabatisk, fordi varmeveksling med miljø) blandingen udvider sig og afkøles, så luften i kammeret (kolben) bliver overmættet med vanddamp. Men dampene kondenserer ikke, pga der er ingen kondensationscentre: ingen støvpartikler, ingen ioner. Efter at have introduceret sodpartikler fra en tændstikflamme og ioner i kolben, når de opvarmes, kondenserer overmættet vanddamp på dem. Det samme sker, hvis en ladet partikel flyver gennem kammeret: den ioniserer luftmolekyler på sin vej, der opstår dampkondensering på ionkæden, og partiklens bane inde i kammeret er markeret med en tråd af tågedråber, dvs. bliver synligt. Ved at bruge et skykammer kan du ikke kun se partiklernes bevægelse, men også forstå arten af ​​deres interaktion med andre partikler."

En anden elev demonstrerer et eksperiment med en kuvette.

En hjemmelavet kuvette med glasbund er installeret på en enhed med en enhed til vandret projektion. Vanddråber påføres kuvettens glas med en pipette, og bolden skubbes. På sin vej river bolden "fragmenter" af dråberne og efterlader et "spor". På samme måde, i kammeret, ioniserer partiklen gassen, ionerne bliver kondensationscentre og "gør også et spor." Det samme eksperiment giver en klar idé om partiklernes opførsel i et magnetfelt. Når vi analyserer eksperimentet, udfylder vi de tomme pladser på den anden plakat med karakteristikaene for bevægelsen af ​​ladede partikler:

Jo længere sporet er, jo større er partikelenergien (energien) og jo mindre massefylden af ​​mediet.

Jo større (ladning) af partiklen og jo mindre dens (hastighed), jo større er tykkelsen af ​​sporet.

Når en ladet partikel bevæger sig i et magnetfelt, viser sig sporet at være buet, og sporets krumningsradius er større, jo større (masse) og (hastighed) partiklen er, og jo mindre dens (ladning) og (induktionsmodul) magnetisk felt.

Partiklen bevæger sig fra enden af ​​sporet med den (større) krumningsradius til enden med den (mindre) krumningsradius. Krumningsradius falder, når du bevæger dig, pga på grund af mediets modstand, hastigheden af ​​partiklen (falder).

Så taler jeg om ulemperne ved et skykammer (det vigtigste er den korte række af partikler) og behovet for at opfinde en enhed med et tættere medium - en overophedet væske (boblekammer), fotografisk emulsion. Deres funktionsprincip er det samme, og jeg foreslår, at børnene studerer det på egen hånd derhjemme.

Jeg arbejder med fotografier af sporene på s. 242 tutorials om tegning. 196. Fyrene arbejder i par. Afslut arbejdet med de resterende tegninger af huset.

Lad os opsummere lektionen. Vi konkluderer, at ved brug af de overvejede metoder, kan kun ladede partikler observeres direkte. Neutrale er ikke mulige, de ioniserer ikke stoffet og producerer derfor ikke spor. Jeg giver karakterer.

Hjemmearbejde: § 76 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev. Physics-11. - M.: Education, 1991), nr. 1163 ifølge problembogen af ​​A.P. Rymkevich; LR nr. 6 "Studie af spor af ladede partikler ved hjælp af færdige fotografier." Formaliser og lær OK.

OM FORFATTEREN. Galina Gennadievna Emelina - lærer i 1. kvalifikationskategori, undervisningserfaring 16 år. Taler aktivt ved møder i den regionale metodologiske sammenslutning af fysiklærere; Mere end én gang gav hun gode åbne lektioner til fysikere i regionen og lærere på sin skole.

Hun er elsket og respekteret af sine elever.

Studiet af atomkernens struktur er uløseligt forbundet med overvejelsen af ​​fænomenerne spontant eller tvunget henfald af atomkernen og nukleare partikler. Ved at undersøge fragmenter af en kollapset atomkerne og spore disse fragmenters skæbne, er vi i stand til at drage konklusioner om strukturen af ​​kernen og kernekræfterne. Det er helt naturligt, at først fænomenerne med spontant henfald af kerner, dvs. radioaktive fænomener, blev undersøgt i detaljer. Parallelt hermed begyndte studiet af kosmiske stråler - stråling, der har en exceptionel gennemtrængende kraft og kommer til os fra det ydre rum . Partikler, der interagerer med stof kosmisk stråling spiller rollen som projektilpartikler. I lang tid var kosmisk stråleforskning på den vigtigste måde

at studere indbyrdes konvertibilitet af elementarpartikler og endda til en vis grad ved at studere atomkernen. I øjeblikket får undersøgelser af ødelæggelsen af ​​atomkernen ved bombardement af strømme af partikler skabt i acceleratorer primær betydning.

De eksperimentelle metoder, der vil blive diskuteret nu, er lige så anvendelige til studiet af kosmiske stråler og partikler, der er et resultat af atombombardementet af visse mål.

Trail kameraer. Den første enhed, der gjorde det muligt at se sporet (sporet) af en partikel, var et skykammer. Hvis en hurtig partikel flyver gennem et kammer, der indeholder overmættet vanddamp, og skaber ioner langs dens vej, så efterlader en sådan partikel et spor, meget lig den "hale", der nogle gange forbliver på himlen efter et fly. Dette spor er skabt af kondenseret damp. Ionerne, der markerer partiklens vej, er centre for dampkondensation - dette er årsagen til forekomsten af ​​brønd synligt spor

For at regulere damptilstanden i kammeret ændres kammerets volumen ved at flytte stemplet. Hurtig adiabatisk udvidelse af dampen fører til en tilstand af overmætning.

Hvis sporkameraet er placeret i et magnetfelt, så kan man ud fra kurvens krumning bestemme enten partiklens hastighed ved et kendt forhold eller omvendt ved en kendt hastighed (jf. formler på side 406).

Wilson-kammeret hører allerede til historien. Fordi kammeret er fyldt med gas, er kollisioner sjældne. Kameraets "rensetid" er meget lang: billeder kan kun tages efter 20 sekunder. Endelig lever sporet i en tid af størrelsesordenen et sekund, hvilket kan føre til forskydning af malerierne.

I 1950 blev boblekammeret foreslået, som spiller en stor rolle i partikelfysikken. Stoffet i kammeret er overophedet væske. En ladet partikel danner ioner, og der dannes bobler i nærheden af ​​ionerne, som gør sporet synligt. Dette kamera kan tage 10 billeder i sekundet. Den største ulempe ved kameraet er manglende evne til at kontrollere, hvordan det tænder. Derfor er der ofte brug for tusindvis af fotografier for at vælge et, der fanger det undersøgte fænomen.

Gnistkamre baseret på et andet princip er af stor betydning. Hvis en højspænding påføres en parallelpladekondensator, vil en gnist springe mellem pladerne. Hvis der er ioner i mellemrummet, vil gnisten springe ved en lavere spænding. En ioniserende partikel, der flyver mellem pladerne, skaber således en gnist.

I gnistkammeret tænder partiklen selv for højspændingen mellem kondensatorens plader i en milliontedel af et sekund. Men fordelene med hensyn til muligheden for at tænde på det rigtige tidspunkt er svækket af ulemper: kun partikler, der danner en vinkel på højst 45° med pladerne, er synlige, sporet er meget kort, og ikke alle sekundære fænomener har tid til at manifestere sig sig selv.

For nylig foreslog sovjetiske forskere en ny type sporkamera (det såkaldte streamer-kamera), som allerede har fundet bred anvendelse. Blokdiagrammet for et sådant kamera er vist i fig. 237. En partikel, der falder mellem pladerne, som i modsætning til gnistkammeret er placeret i stor afstand fra hinanden, detekteres af en tæller. Elektronisk logisk enhed

skelner mellem primære begivenheder og vælger den, der interesserer forsøgslederen. I dette øjeblik er højspændingen tændt kort tid fodret til tallerkenerne. Ionerne dannet langs partiklens bane danner streger (streamere), som fotograferes. Partiklens vej er skitseret af disse streger.

Hvis fotografiet er taget i stregernes retning, ser partikelbanen ud som en stiplet linje.

Streamerkammerets succes afhænger af den korrekte korrelation af dannelsen af ​​en elektron lavine fra den primære ion med parametrene for højspændingsimpulsen. I en blanding af 90 % neon og 10 % helium med en afstand mellem pladerne på 30 cm opnås gode resultater med en spænding på 600.000 V og en pulstid I ​​dette tilfælde skal pulsen påføres senest s efter den primære ioniseringsbegivenhed. Denne type vågekammer er et komplekst, dyrt setup, der er lige så langt væk fra et skykammer, som moderne partikelacceleratorer er fra et elektronrør.

Ioniseringstællere og ioniseringskamre.

En ioniseringsenhed designet til at arbejde med stråling er for det meste en cylindrisk kondensator fyldt med gas; den ene elektrode er en cylindrisk plade, og den anden er en tråd eller spids, der løber langs cylinderens akse (fig. 237a). Spændingen på kondensatoren og trykket af gassen, der fylder måleren, skal vælges på en speciel måde afhængigt af problemformuleringen. I en almindelig variation af denne enhed, kaldet en geigertæller, påføres en nedbrydningsspænding på cylinderen og glødetråden. Hvis gennem væggen eller gennem enden af ​​en sådan meter kommer den ind

ioniserende partikel, så vil en strømimpuls strømme gennem kondensatoren, der fortsætter, indtil de primære elektroner og de selvafladningselektroner og ioner, de skaber, nærmer sig kondensatorens positive plade. Denne strømimpuls kan forstærkes ved hjælp af konventionelle radiotekniske metoder, og partiklens passage gennem tælleren kan registreres enten ved et klik eller ved et lysglimt eller endelig ved en digital tæller.

En sådan enhed kan tælle antallet af partikler, der kommer ind i enheden. Til dette er kun én ting nødvendig: den aktuelle puls skal stoppe, når den næste partikel kommer ind i tælleren. Hvis målerens driftstilstand er valgt forkert, begynder måleren at "kvæle" og tæller forkert. Opløsningen af ​​ioniseringstælleren er begrænset, men stadig ret høj: op til partikler i sekundet.

Du kan sænke spændingen og opnå et regime, hvor en strømimpuls proportional med antallet af dannede ioner ville passere gennem kondensatoren (proportionaltæller). For at gøre dette skal du arbejde i området for en ikke-selvbærende gasudledning. Primære elektroner, der bevæger sig i kondensatorens elektriske felt, får energi. Impaktionisering begynder, og nye ioner og elektroner dannes. De første ionpar skabt af partiklen, der flyver ind i tælleren, omdannes til ionpar. Når du opererer i en ikke-selvbærende udladningstilstand, vil forstærkningen være en konstant værdi, og proportionelle tællere vil ikke kun fastslå det faktum, at partiklen passerer gennem tælleren, men også måle dens ioniserende evne.

Udledningen i proportionaltællere, såvel som i de ovenfor beskrevne Geiger-tællere, går ud, når ioniseringen stopper. Forskellen på en geigertæller er, at den indkommende partikel i den fungerer som en triggermekanisme, og nedbrydningstiden er ikke relateret til den indledende ionisering.

Da proportionaltællere reagerer på en partikels ioniserende evne, kan tællerens driftstilstand vælges, så den kun detekterer partikler af en bestemt type.

Hvis enheden fungerer i mætningsstrømtilstand (hvilket kan opnås ved at reducere spændingen), så er strømmen gennem den et mål for den strålingsenergi, der absorberes i enhedens volumen pr. tidsenhed. I dette tilfælde kaldes enheden et ioniseringskammer. Gevinsten er lig med enhed i dette tilfælde. Fordelen ved ioniseringskammeret er dets større stabilitet. Designet af ioniseringskamre kan variere betydeligt. Kammerfyldning, vægmaterialer, antal og form af elektroder varierer afhængigt af formålet med undersøgelsen. Sammen med bittesmå kamre med et volumen i størrelsesordenen en kubikmillimeter har man at gøre med kamre med et volumen på op til hundredvis af meter. Under påvirkning af en konstant ioniseringskilde opstår der strømme i kamrene fra til

Scintillationstællere.

Metoden til at tælle glimt af et fluorescerende stof (scintillation) som et middel til at tælle elementarpartikler blev først brugt af Rutherford til hans klassiske studier af strukturen af ​​atomkernen. Den moderne udformning af denne idé har kun ringe lighed med Rutherfords enkle anordning.

Partiklen forårsager et lysglimt i et fast stof - fosfor. Det er meget kendt stort antaløkologiske og uorganiske stoffer, der har evnen til at omdanne energien af ​​ladede partikler og fotoner til lysenergi. Mange fosfor har en meget kort efterglødsvarighed, i størrelsesordenen milliardtedele af et sekund. Dette gør det muligt at bygge scintillationstællere med høj hastighed regnskaber. For en række fosfor er lysudbyttet proportionalt med partiklernes energi. Dette gør det muligt at konstruere tællere til estimering af partikelenergi.

I moderne tællere kombineres fosfor med fotomultiplikatorer, der har konventionelle fotokatoder, der er følsomme over for synligt lys. Elektrisk strøm, oprettet i multiplikatoren, forstærkes og sendes derefter til tælleanordningen.

Det mest almindeligt anvendte organiske fosfor: anthracen, stilben, terphenyl osv. Alle disse kemiske forbindelser tilhører en klasse af såkaldte aromatiske forbindelser, bygget af sekskanter af kulstofatomer. For at bruge dem som scintillatorer skal disse stoffer tages i form af enkeltkrystaller. Da det er noget vanskeligt at dyrke store enkeltkrystaller, og da krystaller organiske forbindelser er meget skrøbelige, så er brugen af ​​plastscintillatorer af væsentlig interesse - dette er navnet på faste opløsninger af organisk fosfor i gennemsigtig plast - polystyren eller andet lignende højpolymert stof. Halogenider anvendes fra uorganisk fosfor alkalimetaller, zinksulfid, wolframater af jordalkalimetaller.

Cherenkov tæller.

Tilbage i 1934 viste Cherenkov, at når en hurtigt ladet partikel bevæger sig i et helt rent flydende eller fast dielektrikum, fremkommer der en speciel glød, som er fundamentalt forskellig fra både den fluorescensglød, der er forbundet med energiovergange i stoffets atomer, og fra bremsstrahlung såsom det kontinuerlige røntgenspektrum. Cherenkov-stråling opstår, når en ladet partikel bevæger sig med en hastighed, der overstiger fasehastigheden for lysudbredelse i et dielektrikum. Hovedtræk ved strålingen er, at den forplanter sig langs den koniske overflade fremad i retning af partikelbevægelse. Keglevinklen bestemmes af formlen:

hvor er vinklen af ​​keglens generatrix med partiklens bevægelsesretning, V er partiklens hastighed, lysets hastighed i mediet. For et medium med et givet brydningsindeks er der således en kritisk hastighed, under hvilken der ikke vil være nogen stråling. Ved denne kritiske hastighed vil strålingen være parallel med partiklens bevægelsesretning. For en partikel, der bevæger sig med en hastighed meget tæt på lysets hastighed, vil en maksimal strålingsvinkel blive observeret for cyclohexan

Cherenkov-strålingsspektret, som erfaring og teori viser, er hovedsageligt placeret i det synlige område.

Cherenkov-stråling er et fænomen, der ligner dannelsen af ​​en bovbølge fra et skib, der bevæger sig gennem vand; i dette tilfælde er skibets hastighed større end hastigheden af ​​bølgerne på vandoverfladen.

Ris. 2376 illustrerer strålingens oprindelse. En ladet partikel bevæger sig langs den aksiale linje og langs stien, det elektromagnetiske felt efter partiklen polariserer midlertidigt mediet på punkter langs partiklens bane.

Alle disse punkter bliver kilder til sfæriske bølger. Der er én enkelt vinkel, hvor disse sfæriske bølger vil være i fase og danne en enkelt front.

Lad os betragte to punkter på en ladet partikels vej (fig. 237c). De skabte sfæriske bølger, den ene ad gangen, den anden ad gangen. Det er klart, at det tog tid for partiklen at rejse mellem disse to punkter. For at disse to bølger kan forplante sig i en eller anden vinkel 9 i samme fase, er det nødvendigt, at rejsetiden for den første stråle er længere end den anden stråles rejsetid med en tid. Vejen, som partiklen tilbagelægger i tid er lig med Bølgen vil dække afstanden på samme tid Herfra får vi ovenstående formel:

Cherenkov-stråling bruges i på det seneste meget bredt som en måde at registrere elementarpartikler på. Tællere baseret på dette fænomen kaldes Cherenkov-tællere. Det lysende stof kombineres, som i scintillationstællere, med fotomultiplikatorer og forstærkere

fotoelektrisk strøm. Der er mange designs af Cherenkov tællere.

Cherenkov tællere har mange fordele. Disse omfatter bl.a hurtig hastighed beregninger og evnen til at bestemme ladningerne af partikler, der bevæger sig med en hastighed meget tæt på lysets hastighed (vi sagde ikke, at lysudbyttet afhænger kraftigt af partiklens ladning). Kun ved hjælp af Cherenkov-tællere kan så vigtige problemer som direkte bestemmelse af hastigheden af ​​en ladet partikel, bestemmelse af retningen, hvori en ultrahurtig partikel bevæger sig osv. løses.

Placering af tællere.

For at studere forskellige processer for transformation og interaktion mellem elementarpartikler er det nødvendigt ikke kun at kunne notere udseendet af en partikel på et givet sted, men også at spore den videre skæbne for den samme partikel. Sådanne problemer løses ved hjælp af specielle arrangementer af tællere med et generaliseret tællekredsløb. Det kan du f.eks elektriske diagrammer tilslut to eller flere tællere på en sådan måde, at tælling kun sker, hvis afladningen i alle tællere begynder på nøjagtig samme tidspunkt. Dette kan tjene som bevis på, at den samme partikel er gået gennem alle tællerne. Denne tænding af tællere kaldes "matching switching".

Metode til tyktlags fotografiske emulsioner.

Som det er kendt, er det fotofølsomme lag af fotografiske plader en gelatinefilm, hvori der indføres sølvbromid-mikrokrystaller. Grundlaget for den fotografiske proces er ioniseringen af ​​disse krystaller, hvilket resulterer i reduktion af sølvbromid. Denne proces sker ikke kun under påvirkning af lys, men også under påvirkning af ladede partikler. Hvis en ladet partikel flyver gennem emulsionen, vil der opstå et skjult spor i emulsionen, som kan ses efter den fotografiske plade er fremkaldt. Spor i fotografisk emulsion fortæller mange detaljer om den partikel, der forårsagede dem. Stærkt ioniserende partikler efterlader en fedtet rest. Da ionisering afhænger af partiklernes ladning og hastighed, taler kun sporets udseende meget. Værdifuld information leveres af afstanden (sporet) af en partikel i en fotografisk emulsion; Ved at måle længden af ​​sporet kan partiklens energi bestemmes.

Undersøgelser, der anvender konventionelle fotografiske plader med tynde emulsioner, er til ringe nytte til formålet kernefysik. Sådanne plader ville kun fange de partikler, der bevæger sig strengt langs pladen. Mysovsky og Zhdanov, såvel som et par år senere af Powell i England, introducerede fotografiske plader med en emulsionstykkelse tæt på (for almindelige plader er lagtykkelsen hundrede gange mindre). Fotometoden er værdifuld for dens klarhed, evnen til at observere et komplekst billede af den transformation, der sker, når en partikel ødelægges.

I fig. 238 viser et typisk fotografi opnået ved denne metode. Nukleare transformationer fandt sted på punkterne.

I den seneste version af denne metode bruges emulsionskamre med stort volumen som det medium, hvori partikelspor optages.

Metoder til at analysere observationer.

Ved hjælp af de beskrevne instrumenter har forskeren mulighed for at bestemme alle de vigtigste konstanter for en elementarpartikel: hastighed og energi, elektrisk ladning, masse; alle disse parametre kan bestemmes med ret høj nøjagtighed. I nærvær af en partikelstrøm er det også muligt at bestemme værdien af ​​en elementarpartikels spin og dens magnetiske moment. Dette gøres ved det samme eksperiment med stråleopdeling i et magnetfelt, som blev beskrevet på side 171.

Det skal huskes, at kun ladede partikler observeres direkte. Alle data om neutrale partikler og fotoner opnås indirekte ved at studere arten af ​​disse usynlige partiklers virkning på ladede. De opnåede data om usynlige partikler har dog en høj grad af pålidelighed.

En væsentlig rolle i studiet af alle former for transformationer af elementarpartikler spilles af anvendelsen af ​​lovene om bevarelse af momentum og energi. Da vi har at gøre med hurtige partikler, er det nødvendigt at tage højde for den mulige ændring i massen, når vi anvender loven om energibevarelse.

Lad os antage, at der på fotografiet er et spor af partikler i form af en "gaffel". Den første partikel blev til to partikler: den anden og den tredje. Så skal følgende relationer være opfyldt. For det første skal impulsen af ​​den første partikel være lig med vektorsummen af ​​impulsen af ​​de resulterende partikler:

hvor er masseforskellen

Hele erfaringen med kernefysik viser, at bevarelseslovene er strengt opfyldt under enhver transformation af elementarpartikler. Dette giver os mulighed for at bruge disse love til at bestemme egenskaberne af en neutral partikel, der ikke efterlader spor i en fotografisk emulsion og ikke ioniserer gas. Hvis to divergerende spor observeres på en fotografisk plade, så er det klart for forskeren: på det punkt, hvorfra disse spor divergerer, er der sket en transformation af en neutral partikel. Ved at bestemme momenta, energier og masser af de resulterende partikler kan man drage sikre konklusioner om værdien af ​​parametrene for den neutrale partikel. Sådan blev neutronen opdaget, og på den måde bedømmer vi neutrinoer og neutrale mesoner, som vil blive diskuteret nedenfor.

Lektionens mål

• Uddannelsesmæssigt: Giv en idé om metoderne til registrering af ladede partikler, afslør funktionerne ved hver metode, identificer hovedmønstrene, undersøg anvendelsen af ​​metoderne.
• Udviklingsmæssigt: udvikle hukommelse, tænkning, perception, opmærksomhed, tale gennem individuel forberedelse til lektionen; udvikle færdigheder i at arbejde med yderligere litteratur og internetressourcer.
• Uddannelsesmæssigt: udvikle pædagogisk motivation, dyrke patriotisme ved at studere indenlandske videnskabsmænds bidrag til verdensvidenskaben.

Lektionens fremskridt

І . Sæt dig ind i det teoretiske stof.

Teoretisk information

Talrige metoder til registrering af elementarpartikler og stråling er blevet udviklet til at studere nukleare fænomener. Lad os se på nogle af dem, der er mest udbredt.

1) Gasudladningsgeigertæller

En geigertæller er en af ​​de vigtigste enheder til automatisk partikeltælling. Tælleren består af et glasrør belagt på indersiden med et metallag (katode) og en tynd metaltråd, der løber langs rørets akse (anode).

Røret er fyldt med gas, normalt argon. Tælleren fungerer baseret på stødionisering. En ladet partikel (elektron, Υ-partikel osv.), der flyver gennem en gas, fjerner elektroner fra atomer og skaber positive ioner og frie elektroner. Det elektriske felt mellem anoden og katoden (højspænding påføres dem) accelererer elektronerne til en energi, hvorved stødioniseringen begynder. En lavine af ioner opstår, og strømmen gennem tælleren stiger kraftigt. I dette tilfælde genereres en spændingsimpuls over belastningsmodstanden R, som føres til registreringsenheden. For at tælleren kan registrere den næste partikel, der rammer den, skal lavineudledningen slukkes. Dette sker automatisk.

Geigertælleren bruges hovedsageligt til optagelse af elektroner og Y-kvanter (højenergifotoner) Men Y-kvanter registreres ikke direkte på grund af deres lave ioniserende evne. For at detektere dem er den indre væg af røret belagt med et materiale, hvorfra Y-kvanter slår elektroner ud.

Tælleren registrerer næsten alle elektroner, der kommer ind i den; Hvad angår Y-kvante, registrerer den kun cirka et Y-kvantum ud af hundrede. Registrering af tunge partikler (f.eks. J-partikler) er vanskelig, da det er svært at lave et tilstrækkeligt tyndt "vindue" i tælleren, der er gennemsigtigt for disse partikler.

2) Skykammer

Virkningen af ​​et skykammer er baseret på kondensering af overmættet damp på ioner for at danne vanddråber. Disse ioner skabes langs dens bane af en ladet partikel i bevægelse.

Enheden er en cylinder med et stempel 1 (fig. 2), dækket med et fladt glaslåg 2. Kammerets arbejdsvolumen er fyldt med gas, som indeholder mættet damp. Når stemplet bevæger sig hurtigt nedad, udvider gassen i volumenet adiabatisk og afkøles og bliver overmættet. Når en partikel flyver gennem dette rum og skaber ioner langs sin vej, dannes der dråber af kondenseret damp på disse ioner. Et spor af partikelbanen (sporet) vises i kameraet i form af en tågestribe (fig. 3), som kan observeres og fotograferes. Banen eksisterer i tiendedele af et sekund. Retur stemplet til sin oprindelige position og fjernelse af ionerne elektrisk felt, kan den adiabatiske ekspansion udføres igen. Således kan eksperimenter med kameraet udføres gentagne gange.

Hvis kameraet er placeret mellem polerne på en elektromagnet, udvides kameraets muligheder for at studere partiklernes egenskaber betydeligt. I dette tilfælde virker Lorentz-kraften på den bevægelige partikel, hvilket gør det muligt at bestemme værdien af ​​partiklens ladning og dens momentum ud fra kurvens krumning. Figur 4 viser en mulig version af dechifrering af fotografier af elektron- og positronspor. Induktionsvektoren B for magnetfeltet er rettet vinkelret på tegneplanet bag tegningen. Positronen afbøjes til venstre, og elektronen til højre.

3 ) Boblekammer

Det adskiller sig fra et skykammer ved, at de overmættede dampe i kammerets arbejdsvolumen erstattes af overophedet væske, dvs. en væske, der er under tryk, der er mindre end dens tryk mættede dampe.

Flyver en partikel gennem en sådan væske fremkomsten af ​​dampbobler og danner derved et spor (fig. 5).

I starttilstanden komprimerer stemplet væsken. Med et kraftigt fald i trykket er væskens kogepunkt lavere end den omgivende temperatur.

Væsken bliver ustabil (overophedet) tilstand. Dette sikrer udseendet af bobler langs partiklens bane. Hydrogen, xenon, propan og nogle andre stoffer bruges som arbejdsblanding.

Fordelen ved boblekammeret i forhold til Wilson-kammeret skyldes den højere densitet af arbejdsstoffet. Som følge heraf viser partikelvejene sig at være ret korte, og partikler med selv høje energier sætter sig fast i kammeret. Dette gør det muligt at observere en række successive transformationer af en partikel og de reaktioner, den forårsager.

4) Tykfilmemulsionsmetode

For at detektere partikler anvendes sammen med skykamre og boblekamre tyktlagsfotografiske emulsioner. Ioniserende effekt af hurtigt ladede partikler på fotografisk pladeemulsion. Den fotografiske emulsion indeholder et stort antal mikroskopiske krystaller af sølvbromid.

En hurtigt ladet partikel, der trænger ind i krystallen, fjerner elektroner fra individuelle bromatomer. En kæde af sådanne krystaller danner et latent billede. Når metallisk sølv optræder i disse krystaller, danner kæden af ​​sølvkorn et partikelspor.

Længden og tykkelsen af ​​sporet kan bruges til at estimere energien og massen af ​​partiklen. På grund af den fotografiske emulsions høje tæthed er sporene meget korte, men ved fotografering kan de forstørres. Fordelen ved fotografisk emulsion er, at eksponeringstiden kan være så lang som ønsket. Dette gør det muligt at registrere sjældne hændelser. Det er også vigtigt, at antallet af observerede interessante reaktioner mellem partikler og kerner øges på grund af fotoemulsionens høje stopevne.

5) Scintillationsmetode

En scintillationstæller består af en scintillator, en fotomultiplikator og elektroniske enheder til forstærkning og tælling af pulser. Scintillatoren omsætter energi ioniserende stråling til synligt lys kvanter, hvis størrelse afhænger af typen af ​​partikler og scintillatormateriale. Kvanter af synligt lys, der rammer fotokatoden, slår elektroner ud fra den, hvis antal øges mange gange af fotomultiplikatoren. Som følge heraf dannes en signifikant impuls ved udgangen af ​​fotomultiplikatoren, som derefter forstærkes og tælles af en genberegningsenhed. Altså på grund af energi -en-eller b-partikler, g-kvante eller anden nuklear partikel, opstår der en let flash-scintillation i scintillatoren, som derefter omdannes til en strømimpuls ved hjælp af et fotomultiplikatorrør (PMT) og optages.

II. Udfyld tabellen ved hjælp af teoretisk materiale og internetressourcer

Spinthariskop

Geigertæller

Wilson kammer

Boblekammer

2. Enhed

3. Partikelinformation

4. Partikeltype

5. Fordele

6. Ulemper

7. Fysiske love

8. Driftsprincip

9. Opdagelser foretaget ved hjælp af enheden

III. Gør laboratoriet

Emne: "Undersøgelse af spor af ladede partikler ved hjælp af færdige fotografier"

Mål: identificere en ladet partikel ved at sammenligne dens spor med sporet af en proton i et skykammer placeret i et magnetfelt; evaluere eksperimentets fejl, systematisere informationen opnået fra analysen af ​​spor i fotografier, drage konklusioner og konklusioner.

Udstyr: færdigt fotografi af to spor af ladede partikler. Spor I er en proton, spor II er en partikel, der skal identificeres.

Forklaringer

Når du udfører dette laboratoriearbejde det skal huskes at:

• jo længere sporlængden er, jo højere er energien af ​​partiklen (og jo lavere massefylde af mediet);
• jo større ladningen af ​​partiklen og jo lavere dens hastighed, jo større er sporets tykkelse;
• Når en ladet partikel bevæger sig i et magnetfelt, viser dens spor sig at være buet, og sporets krumningsradius er større, jo større partiklens masse og hastighed og jo mindre dens ladning og magnetfeltinduktionsmodulet .
• partiklen bevægede sig fra enden af ​​sporet med en stor krumningsradius til enden med en mindre krumningsradius (krumningsradius falder, når den bevæger sig, da partikelhastigheden falder på grund af mediets modstand).

Arbejdsordre

1. Tjek billedet af sporene af to ladede partikler. (Spor I tilhører protonen, spor II til partikelen, der skal identificeres) (se fig. 1).
2. Mål kurvernes krumningsradier i deres indledende sektioner (se fig. 2).

Der kommer et billede her:

Bordpartikel

Relativ fejl,

6. Yderligere opgave.

a) I hvilken retning bevægede partiklerne sig?

b) Længden af ​​partikelsporene er omtrent den samme. Hvad betyder det?

c) Hvordan ændrede tykkelsen af ​​sporet sig, efterhånden som partiklerne bevægede sig? Hvad følger deraf?

Der vil være en fil her: /data/edu/files/y1445085758.doc (Larissa Belova: Metoder til optagelse af ladede partikler)

Elementære partikler kan observeres takket være de spor, de efterlader, når de passerer gennem stof. Sporenes natur giver os mulighed for at bedømme tegnet på partiklens ladning, dens energi, momentum osv. Ladede partikler forårsager ionisering af molekyler langs deres vej. Neutrale partikler efterlader ikke spor, men de kan afsløre sig selv i det øjeblik de henfalder til ladede partikler eller i det øjeblik, hvor de kolliderer med en hvilken som helst kerne. Som følge heraf bliver neutrale partikler i sidste ende også detekteret af ioniseringen forårsaget af de ladede partikler, de genererer.

Instrumenter, der bruges til at registrere ioniserende partikler, er opdelt i to grupper. Den første gruppe omfatter instrumenter, der registrerer en partikels passage og derudover gør det muligt i nogle tilfælde at bedømme dens energi. Den anden gruppe er dannet af de såkaldte sporenheder, det vil sige enheder, der gør det muligt at observere spor (spor) af partikler i stof.

Optageinstrumenter omfatter en scintillationstæller, en Cherenkov-tæller, et ioniseringskammer, en gasudladningstæller og en halvledertæller.

1. Scintillationstæller. En ladet partikel, der flyver gennem et stof, forårsager ikke kun ionisering, men også excitation af atomer. Ved at vende tilbage til deres normale tilstand udsender atomerne synligt lys. Stoffer, hvori ladede partikler forårsager et mærkbart lysglimt (scintillation), kaldes fosfor. De mest almindeligt anvendte fosfor er (zinksulfid aktiveret af sølv) og (natriumiodid aktiveret af thallium).

Scintillationstælleren består af fosfor, hvorfra lys tilføres gennem en speciel lysleder til en fotomultiplikator. Impulserne opnået ved udgangen af ​​fotomultiplikatoren tælles. Pulsamplituden, proportional med flashintensiteten, bestemmes også. Dette giver yderligere information om de påviste partikler. For denne type tæller er detektionseffektiviteten for ladede partikler 100 %.

2. Cherenkov tæller. Funktionsprincippet for denne tæller er diskuteret i afsnit 3.3.3. (s. 84). Formålet med tællerne er at måle energien af ​​partikler, der bevæger sig i stof med en hastighed, der overstiger lysets fasehastighed i et givet medie. Derudover giver tællere dig mulighed for at adskille partikler efter masse. Ved at kende strålingsvinklen er det muligt at bestemme hastigheden af ​​partiklen, som med en kendt masse svarer til at bestemme dens energi. Hvis massen af ​​partiklen er ukendt, så kan den bestemmes ved uafhængig måling af partikelenergien.

Cherenkov tællere er installeret på rumskibe til studiet af kosmisk stråling.

3. Ioniseringskammer er en elektrisk kondensator fyldt med gas, til hvis elektroder leveres konstant spænding. Den detekterede partikel, der kommer ind i rummet mellem elektroderne, ioniserer gassen. Spændingen på kondensatorpladerne vælges således, at alle de dannede ioner på den ene side når elektroderne uden at have tid til at rekombinere, og på den anden side ikke accelererer så kraftigt, at der frembringes sekundær ionisering. Følgelig opsamles ioner genereret direkte under påvirkning af ladede partikler på pladerne: den totale ioniseringsstrøm måles, eller passagen af ​​enkelte partikler registreres. I sidstnævnte tilfælde fungerer kameraet som en tæller.

4. Gasudledningsmåler normalt udført i form af en gasfyldt metalcylinder med en tynd tråd strakt langs sin akse. Cylinderen fungerer som katoden, tråden som anode. I modsætning til ioniseringskammeret spiller sekundær ionisering hovedrollen i en gasudledningstæller. Der er to typer gasudladningstællere: proportionale tællere og Geiger-Muller tællere. I den første er gasudledningen ikke selvbærende, i den anden er den uafhængig.

I proportionale tællere er udgangsimpulsen proportional med den primære ionisering, det vil sige energien af ​​den partikel, der flyver ind i tælleren. Derfor registrerer disse tællere ikke kun partiklen, men måler også dens energi.

Geiger-Muller-tælleren i design og funktionsprincip adskiller sig ikke væsentligt fra proportionaltælleren, men den fungerer i området af strøm-spændingskarakteristikken svarende til en selvopretholdt udladning, dvs. i området med højspændinger, når udgangspuls afhænger ikke af primær ionisering. Denne tæller registrerer en partikel uden at måle dens energi. For at registrere individuelle impulser skal den resulterende uafhængige udledning slukkes. For at gøre dette er en modstand forbundet i serie med gevindet (anode), således at udladningsstrømmen, der genereres i måleren, forårsager et spændingsfald over modstanden, der er tilstrækkeligt til at afbryde udladningen.

5. Halvledertæller. Hovedelementet i denne tæller er en halvlederdiode, som har en meget lille tykkelse af arbejdsområdet (tiendedele af en millimeter). Som følge heraf kan tælleren ikke registrere højenergipartikler. Men det er meget pålideligt og kan fungere i magnetiske felter, da for halvledere er den magnetoresistive effekt (modstandens afhængighed af magnetfeltstyrken) meget lille.

Til nummeret spore enheder omfatter skykammer, diffusionskammer, boblekammer og nukleare fotografiske emulsioner.

1. Wilson kammer. Dette er navnet på enheden skabt af den engelske fysiker Wilson i 1912. En bane af ioner lagt af en flyvende ladet partikel bliver synlig i et skykammer, fordi overmættet damp af en væske kondenserer på ionerne. Kammeret er normalt lavet i form af en glascylinder med et tætsluttende stempel. Cylinderen er fyldt med neutral gas mættet med vand eller alkoholdamp. Med en skarp udvidelse af gassen bliver dampen overmættet, og der dannes tågespor langs banerne af partikler, der flyver gennem kammeret, og som fotograferes fra forskellige vinkler. Ved udseende spor, kan man bedømme typen af ​​partikler, der flyver forbi, deres antal og deres energi. Ved at placere kameraet i et magnetfelt kan man bedømme tegnet på deres ladning ud fra partikelbanernes krumning.

Wilson kammer i lang tid var den eneste spor-type enhed. Den er dog ikke uden sine ulemper, den vigtigste er den lille arbejdstid, hvilket er cirka 1 % af den tid, der bruges på at forberede kameraet til næste lancering.

2. Diffusion Kammeret er en type Wilson-kammer. Overmætning opnås ved diffusion af alkoholdamp fra det opvarmede låg til den afkølede bund. Et lag af overmættet damp dukker op nær bunden, hvor flyvende ladede partikler skaber spor. I modsætning til et skykammer fungerer et diffusionskammer kontinuerligt.

3. Boble kamera. Denne enhed er også en modifikation af Wilson-kammeret. Arbejdsstoffet er overophedet væske under højt tryk. Med en skarp frigivelse af tryk overføres væsken til en ustabil overophedet tilstand. En flyvende partikel forårsager en skarp kogning af væsken, og banen viser sig at være markeret af en kæde af dampbobler. Banen er ligesom i et skykammer fotograferet.

Boblekammeret fungerer i cyklusser. Dens dimensioner er de samme som dimensionerne af Wilson-kammeret. Væsken er meget tættere end damp, hvilket gør det muligt at bruge kammeret til at studere lange kæder af skabelse og henfald af højenergipartikler.

4. Nukleare fotoemulsioner. Ved brug af denne detektionsmetode passerer en ladet partikel gennem emulsionen, hvilket forårsager ionisering af atomerne. Efter at emulsionen er udviklet, påvises spor af ladede partikler i form af en kæde af sølvkorn. En emulsion er et tættere medium end dampen i et skykammer eller væsken i et boblekammer, derfor er sporlængden i emulsionen kortere. (Længden af ​​sporet i emulsionen svarer til længden af ​​sporet i skykammeret.) Fotoemulsionsmetoden bruges til at studere ultrahøjenergipartikler, som findes i kosmiske stråler eller produceres i acceleratorer.

Fordelene ved tællere og spordetektorer er kombineret i gnistkamre, som kombinerer tælleres registreringshastighed med hurtigere fuldstændige oplysninger om partikler produceret i kamre. Vi kan sige, at gnistkammeret er et sæt tællere. Oplysninger i gnistkamre gives øjeblikkeligt uden yderligere behandling. Samtidig kan partikelspor bestemmes af mange tælleres handlinger.