Cura del viso

1) I dispositivi per rilevare le particelle cariche sono chiamati rilevatori. Esistono due tipi principali di rilevatori: discreto

2) (conteggio e determinazione dell'energia delle particelle): contatore Geiger, camera di ionizzazione, ecc.; traccia

1. (che consentono di osservare e fotografare tracce di particelle nel volume di lavoro del rilevatore): camera di Wilson, camera a bolle, emulsioni fotografiche a strato spesso, ecc. Contatore Geiger a scarica di gas.

Per registrare gli elettroni e i \(~\gamma\)-quanti (fotoni) di alta energia viene utilizzato un contatore Geiger-Muller. È costituito da un tubo di vetro (Fig. 22.4), il catodo K, un sottile cilindro metallico, è adiacente alle pareti interne; L'anodo A è un sottile filo metallico teso lungo l'asse del contatore. Il tubo è riempito di gas, solitamente argon. Il contatore è incluso nel circuito di registrazione. Al corpo viene applicato un potenziale negativo e al filo viene applicato un potenziale positivo. In serie al contatore è collegato un resistore R, dal quale viene fornito il segnale al dispositivo di registrazione.

Il contatore funziona in base alla ionizzazione per impatto. Lasciamo che una particella colpisca il contatore e crei almeno una coppia lungo il suo percorso: “ione + elettrone”. Gli elettroni, muovendosi verso l'anodo (filamento), entrano in un campo con intensità crescente (tensione tra A e K ~ 1600 V), la loro velocità aumenta rapidamente e nel loro percorso creano una valanga ionica (si verifica la ionizzazione per impatto). Una volta sul filo, gli elettroni riducono il suo potenziale, a seguito del quale la corrente scorre attraverso il resistore R. Alle sue estremità appare un impulso di tensione che entra nel dispositivo di registrazione. Si verifica una caduta di tensione attraverso il resistore, il potenziale dell'anodo diminuisce e l'intensità del campo all'interno del misuratore diminuisce, di conseguenza diminuisce energia cinetica

Un contatore Geiger può rilevare 10 4 particelle al secondo. Viene utilizzato principalmente per registrare elettroni e quanti \(~\gamma\). Tuttavia, i quanti \(~\gamma\) non vengono rilevati direttamente a causa della loro bassa capacità ionizzante. Per rilevarli, la parete interna del tubo è rivestita con un materiale dal quale gli elettroni vengono eliminati dai quanti \(~\gamma\). Quando si registrano gli elettroni, l'efficienza del contatore è del 100% e quando si registrano \(~\gamma\) quanti - solo circa l'1%.

La registrazione delle particelle \(~\alfa\) pesanti è difficile, poiché è difficile creare nel contatore una “finestra” sufficientemente sottile che sia trasparente a queste particelle.

2. Camera di Wilson.

La camera sfrutta la capacità delle particelle ad alta energia di ionizzare gli atomi del gas. La camera di Wilson (Fig. 22.5) è un vaso cilindrico con un pistone 1. La parte superiore del cilindro è realizzata in materiale trasparente; gran numero acqua o alcool, per i quali il fondo della nave è coperto da uno strato Bagnato velluto o stoffa 2. All'interno della camera si forma una miscela saturato vapori e aria. Quando si abbassa rapidamente il pistone 1 la miscela si espande adiabaticamente, accompagnata da una diminuzione della sua temperatura. A causa del raffreddamento, il vapore diventa troppo saturo.

Se l'aria è priva di particelle di polvere, la condensazione del vapore in liquido risulta difficile a causa dell'assenza di centri di condensazione. Tuttavia centri di condensazione possono servire anche gli ioni. Pertanto, se una particella carica vola attraverso la camera (entrata attraverso la finestra 3), ionizzando le molecole lungo il suo percorso, allora sulla catena di ioni avviene la condensazione del vapore e la traiettoria della particella all'interno della camera diventa visibile grazie alle piccole goccioline depositate di liquido. La catena di goccioline liquide formate forma una traccia di particelle. Il movimento termico delle molecole offusca rapidamente la traccia delle particelle e le traiettorie delle particelle sono chiaramente visibili solo per circa 0,1 s, il che, tuttavia, è sufficiente per la fotografia.

L'aspetto della pista in una fotografia spesso permette di giudicare natura particelle e misurare suo energia. Pertanto, le particelle \(~\alpha\) lasciano una traccia continua relativamente spessa, i protoni una più sottile e gli elettroni una tratteggiata (Fig. 22.6). La divisione emergente del tracciato - un "bivio" - indica una reazione in corso.

Per preparare la camera all'azione e liberarla dagli ioni rimanenti, al suo interno viene creato un campo elettrico che attira gli ioni verso gli elettrodi, dove vengono neutralizzati.

I fisici sovietici P. L. Kapitsa e D. V. Skobeltsyn hanno proposto di posizionare la fotocamera in un campo magnetico, sotto l'influenza del quale le traiettorie delle particelle vengono piegate in una direzione o nell'altra a seconda del segno della carica. Il raggio di curvatura della traiettoria e l'intensità delle tracce determinano l'energia e la massa della particella (carica specifica).

3. Camera a bolle. Attualmente dentro ricerca scientifica viene utilizzata una camera a bolle. Il volume di lavoro nella camera a bolle è pieno di liquido alta pressione, proteggendolo dall'ebollizione, nonostante la temperatura del liquido sia superiore al punto di ebollizione pressione atmosferica. Con una forte diminuzione della pressione, il liquido si surriscalda e rimane in uno stato instabile per un breve periodo. Se una particella carica vola attraverso un tale liquido, lungo la sua traiettoria il liquido bollirà, poiché gli ioni formati nel liquido fungono da centri di vaporizzazione. In questo caso la traiettoria della particella è segnata da una catena di bolle di vapore, cioè viene reso visibile. I liquidi utilizzati sono principalmente idrogeno liquido e propano C 3 H 3 . Il tempo del ciclo operativo è di circa 0,1 s.

Vantaggio La camera a bolle davanti alla camera di Wilson è dovuta alla maggiore densità della sostanza di lavoro, per cui la particella perde più energia che in un gas. I percorsi delle particelle risultano essere più brevi e anche le particelle ad alta energia rimangono intrappolate nella camera. Ciò permette di determinare in modo molto più accurato la direzione del movimento della particella e la sua energia, e di osservare una serie di trasformazioni successive della particella e le reazioni che provoca.

4. Metodo dell'emulsione a film spesso sviluppato da L.V. Mysovsky e A.P. Zhdanov.

Si basa sull'uso dell'annerimento di uno strato fotografico sotto l'influenza di particelle caricate rapidamente che passano attraverso l'emulsione fotografica. Tale particella provoca la decomposizione delle molecole di bromuro d'argento in ioni Ag + e Br - e l'annerimento dell'emulsione fotografica lungo la traiettoria del movimento, formando un'immagine latente. Una volta sviluppato, l'argento metallico si riduce in questi cristalli e si forma una traccia di particelle. La lunghezza e lo spessore della traccia vengono utilizzati per giudicare l'energia e la massa della particella.

Per studiare le tracce delle particelle che hanno un'energia molto elevata e producono tracce lunghe, vengono impilate un gran numero di piastre.

Un vantaggio significativo del metodo della fotoemulsione, oltre alla facilità d'uso, è che dà traccia permanente particelle, che possono poi essere studiate attentamente. Ciò ha portato all'uso diffuso di questo metodo nello studio di nuovi particelle elementari. Con questo metodo, con l'aggiunta di composti di boro o litio all'emulsione, si possono studiare tracce di neutroni che, a seguito di reazioni con nuclei di boro e litio, creano particelle \(~\alfa\) che provocano l'annerimento nella strato di emulsione nucleare. Sulla base delle tracce delle particelle \(~\alpha\) si traggono conclusioni sulla velocità e sull'energia dei neutroni che hanno causato la comparsa delle particelle \(~\alpha\).

Letteratura

Aksenovich L. A. Fisica in Scuola superiore: Teoria. Incarichi. Test: libro di testo. indennità per gli istituti che forniscono istruzione generale. ambiente, educazione / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 618-621.

Metodi e strumenti sperimentali per la ricerca sulle particelle

Concorso "Vado a lezione"

Emelina,
scuola intitolata a Eroe della Russia I.V. Sarychev,
Korablino, regione di Ryazan.

Metodi e strumenti sperimentali per la ricerca sulle particelle

Lezione aperta. 9° grado

Sebbene l'argomento proposto, secondo il programma, venga studiato in 9a elementare, il materiale sarà interessante anche per le lezioni dell'11a elementare. – Ed.

Obiettivi educativi della lezione: familiarizzare gli studenti con i dispositivi per la registrazione delle particelle elementari, rivelare i principi del loro funzionamento, insegnare loro a determinare e confrontare la velocità, l'energia, la massa, la carica delle particelle elementari e il loro rapporto mediante tracce.

Schema della lezione

Effettuare compiti a casa, i ragazzi hanno ricordato e trovato esempi di sistemi instabili (vedi immagini) e modi per rimuoverli da uno stato instabile.

Sto effettuando un rilievo frontale:

Come ottenere vapore sovrasaturo? (Risposta: aumentare notevolmente il volume del recipiente. La temperatura diminuirà e il vapore diventerà sovrasaturo.

Cosa accadrebbe al vapore sovrasaturo se al suo interno comparisse una particella? (Risposta: sarà il centro della condensa e su di esso si formerà la rugiada.)

In che modo un campo magnetico influenza il movimento di una particella carica? (Risposta: in un campo, la velocità di una particella cambia in direzione, ma non in grandezza.)

Come si chiama la forza con cui un campo magnetico agisce su una particella carica?

Dove è diretto? (Risposta: questa è la forza di Lorentz; è diretta verso il centro del cerchio.) Quando spiego il nuovo materiale che utilizzo: riepilogo di riferimento grande manifesto appeso alla lavagna, ogni studente ne ha una copia (la porterà a casa con sé, la inserirà in un quaderno e la restituirà al docente alla lezione successiva). Sto parlando di un contatore a scintillazione e di un contatore Geiger, cercando di risparmiare tempo lavorando con le fotografie delle tracce. Mi affido alla conoscenza dei bambini della tensione in un circuito collegato in serie.: “Il mezzo più semplice per registrare la radiazione era uno schermo ricoperto da una sostanza luminescente (dal latino lumen - luce). Questa sostanza si illumina quando viene colpita da una particella carica, se l'energia di questa particella è sufficiente ad eccitare gli atomi della sostanza. Nel punto in cui la particella colpisce, si verifica un lampo: scintillazione (dal latino scintillatio - scintillante, scintillante). Tali contatori sono chiamati contatori a scintillazione. Il funzionamento di tutti gli altri dispositivi si basa sulla ionizzazione degli atomi della materia da parte di particelle volanti.

Il primo dispositivo per la rilevazione delle particelle fu inventato da Geiger e migliorato da Müller. Un contatore Geiger-Muller (registra e conta le particelle) è un cilindro metallico riempito con un gas inerte (ad esempio argon) con un filo metallico all'interno isolato dalle pareti. Al corpo del cilindro viene applicato un potenziale negativo, ed al filamento viene applicato un potenziale positivo, così che tra loro si crea una tensione di circa 1500 V, elevata, ma non sufficiente a ionizzare il gas. Una particella carica che vola attraverso il gas ionizza i suoi atomi, si verifica una scarica tra le pareti e il filamento, il circuito si chiude, la corrente scorre e si crea una caduta di tensione UR = IR attraverso il resistore di carico con resistenza R, che viene rimossa da il dispositivo di registrazione. Poiché il dispositivo e il resistore sono collegati in serie (Uist = UR + Uarrib), quindi con un aumento di UR, la tensione Uarrib tra le pareti del cilindro e la filettatura diminuisce e la scarica si interrompe rapidamente e il misuratore è pronto per il funzionamento Ancora.

Nel 1912 fu proposta una camera a nebbia, un dispositivo che i fisici definirono uno strumento straordinario.

Lo studente fa una presentazione di 2-3 minuti, preparata in anticipo, mostrando l'importanza della camera a nebbia per lo studio del micromondo, i suoi difetti e la necessità di miglioramento. Presento brevemente la struttura della fotocamera e la mostro in modo che gli studenti tengano presente quando preparano i compiti che la fotocamera può essere progettata in diversi modi (nel libro di testo - sotto forma di un cilindro con un pistone). Testo di esempio: “La camera è un anello di metallo o plastica 1, chiuso ermeticamente nella parte superiore e inferiore con piastre di vetro 2. Le piastre sono fissate al corpo tramite due anelli metallici (superiore e inferiore) 3 con quattro bulloni 4 con dadi. Sulla superficie laterale della camera è presente un tubo per il fissaggio di un bulbo di gomma 5. All'interno della camera viene inserito un farmaco radioattivo. La lastra di vetro superiore ha uno strato conduttivo trasparente sulla superficie interna. All'interno della fotocamera è presente un diaframma anulare in metallo con una serie di fessure. Viene premuto contro il diaframma ondulato 6, che è la parete laterale dello spazio di lavoro della camera e serve ad eliminare i movimenti d’aria a vortice.

Allo studente viene dato un briefing sulla sicurezza seguito da un esperimento che rivela come funziona una camera a nebbia e dimostra che le particelle solide o gli ioni possono essere nuclei di condensazione. La beuta di vetro viene sciacquata con acqua e posizionata capovolta nella gamba del treppiede. Installare la retroilluminazione. L'apertura del pallone è chiusa con un tappo di gomma nel quale è inserito un bulbo di gomma. Innanzitutto, il bulbo viene spremuto lentamente e poi rilasciato rapidamente: nel pallone non si osservano cambiamenti. Si apre la fiaschetta, si avvicina un fiammifero acceso al collo, si richiude e si ripete l'esperimento. Ora, man mano che l'aria si espande, la fiaschetta si riempie di una fitta nebbia.

Ti racconto il principio di funzionamento di una camera a nebbia utilizzando i risultati dell'esperimento. Introduco il concetto di traccia di particelle. Concludiamo che particelle e ioni possono essere centri di condensazione. Testo di esempio: “Quando la pera viene rilasciata rapidamente (il processo è adiabatico, perché lo scambio di calore con ambiente) la miscela si espande e si raffredda, quindi l'aria nella camera (pallone) diventa sovrasatura di vapore acqueo. Ma i vapori non si condensano, perché non ci sono centri di condensazione: niente particelle di polvere, niente ioni. Dopo aver introdotto particelle di fuliggine dalla fiamma di un fiammifero e ioni nel pallone quando riscaldato, su di essi si condensa il vapore acqueo sovrasaturo. La stessa cosa accade se una particella carica vola attraverso la camera: ionizza le molecole d'aria nel suo percorso, la condensazione del vapore avviene sulla catena di ioni e la traiettoria della particella all'interno della camera è segnata da un filo di goccioline di nebbia, ad es. diventa visibile. Usando una camera a nebbia, non solo puoi vedere il movimento delle particelle, ma anche comprendere la natura della loro interazione con altre particelle”.

Un altro studente mostra un esperimento con una cuvetta.

Una cuvetta fatta in casa con fondo in vetro è installata su un dispositivo con un dispositivo per la proiezione orizzontale. Con una pipetta si applicano gocce d'acqua sul vetro della cuvetta e si spinge la pallina. Nel suo percorso, la palla strappa “frammenti” dalle goccioline e lascia una “traccia”. Allo stesso modo, nella camera, la particella ionizza il gas, gli ioni diventano centri di condensazione e “creano una traccia”. Lo stesso esperimento dà un'idea chiara del comportamento delle particelle in un campo magnetico. Analizzando l'esperimento, riempiamo gli spazi vuoti del secondo poster con le caratteristiche del movimento delle particelle cariche:

Più lunga è la traccia, maggiore è l'energia (energia) della particella e minore è la densità del mezzo.

Maggiore è la (carica) della particella e minore è la sua (velocità), maggiore è lo spessore della traccia.

Quando una particella carica si muove in un campo magnetico, la traccia risulta essere curva, e il raggio di curvatura della traccia è tanto maggiore quanto maggiori sono la (massa) e la (velocità) della particella e quanto più piccola è la sua (carica) e (modulo di induzione) campo magnetico.

La particella si muove dall'estremità della traccia con il raggio di curvatura (maggiore) all'estremità con il raggio di curvatura (minore). Il raggio di curvatura diminuisce man mano che ti muovi, perché a causa della resistenza del mezzo, la velocità della particella (diminuisce).

Poi parlo degli svantaggi di una camera a nebbia (il principale è il breve raggio di particelle) e della necessità di inventare un dispositivo con un mezzo più denso: un liquido surriscaldato (camera a bolle), un'emulsione fotografica. Il loro principio di funzionamento è lo stesso e suggerisco ai bambini di studiarlo da soli a casa.

Sto lavorando con le fotografie delle tracce a p. 242 tutorial sul disegno. 196. I ragazzi lavorano in coppia. Termina il lavoro sui restanti disegni della casa.

Riassumiamo la lezione. Concludiamo che utilizzando i metodi considerati, solo le particelle cariche possono essere osservate direttamente. Non sono possibili quelli neutri, non ionizzano la sostanza e quindi non producono tracce. Do voti.

Compiti a casa: § 76 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev. Physics-11. - M.: Education, 1991), n. 1163 secondo il libro dei problemi di A.P. Rymkevich; LR n. 6 "Studio delle tracce di particelle cariche utilizzando fotografie già pronte". Formalizza e impara OK.

SULL'AUTORE. Galina Gennadievna Emelina – insegnante della 1a categoria di qualificazione, esperienza di insegnamento 16 anni. Interviene attivamente alle riunioni dell'associazione metodologica regionale degli insegnanti di fisica; Più di una volta ha dato buone lezioni aperte ai fisici della regione e agli insegnanti della sua scuola.

I suoi studenti la amano e la rispettano.

Lo studio della struttura del nucleo atomico è indissolubilmente legato alla considerazione dei fenomeni di decadimento spontaneo o forzato del nucleo atomico e delle particelle nucleari. Esaminando i frammenti di un nucleo atomico collassato e tracciando il destino di questi frammenti, siamo in grado di trarre conclusioni sulla struttura del nucleo e sulle forze nucleari. È del tutto naturale che dapprima siano stati studiati in dettaglio i fenomeni di decadimento spontaneo dei nuclei, cioè i fenomeni radioattivi. Parallelamente a questo, è iniziato lo studio dei raggi cosmici: radiazioni che hanno un potere di penetrazione eccezionale e provengono da noi spazio esterno . Particelle che interagiscono con la materia radiazione cosmica svolgono il ruolo di particelle proiettili. Per molto tempo la ricerca sui raggi cosmici è stata nel modo più importante

studiando l'interconvertibilità delle particelle elementari e anche, in una certa misura, studiando il nucleo atomico. Attualmente stanno acquisendo primaria importanza gli studi sulla distruzione del nucleo atomico mediante bombardamento da parte di flussi di particelle creati negli acceleratori.

I metodi sperimentali che verranno discussi ora sono ugualmente applicabili allo studio dei raggi cosmici e delle particelle risultanti dal bombardamento nucleare di determinati bersagli.

Fotocamere da pista. Il primo dispositivo che consentiva di vedere la traccia (traccia) di una particella era una camera a nebbia. Se una particella veloce vola attraverso una camera contenente vapore acqueo sovrasaturo, creando ioni lungo il suo percorso, allora tale particella lascia una scia, molto simile alla "coda" che a volte rimane nel cielo dopo un aereo. Questa scia è creata dal vapore condensato. Gli ioni che segnano il percorso della particella sono centri di condensazione del vapore: questo è il motivo per cui si verifica il pozzo traccia visibile

Per regolare lo stato del vapore nella camera, il volume della camera viene modificato spostando il pistone. La rapida espansione adiabatica del vapore porta ad uno stato di sovrasaturazione.

Se la telecamera di tracciamento viene posizionata in un campo magnetico, dalla curvatura della traiettoria si può determinare la velocità della particella con un rapporto noto o, al contrario, con una velocità nota (cfr. formule a pagina 406).

La camera Wilson appartiene già alla storia. Poiché la camera è piena di gas, le collisioni sono rare. Il tempo di “pulizia” della fotocamera è molto lungo: le foto possono essere scattate solo dopo 20 secondi. Infine, la traccia vive per un tempo dell'ordine di un secondo, il che può portare allo spostamento delle immagini.

Nel 1950 fu proposta la camera a bolle, che svolge un ruolo importante nella fisica delle particelle. La sostanza della camera è un liquido surriscaldato. Una particella carica forma ioni e vicino agli ioni si creano bolle che rendono visibile la traccia. Questa fotocamera può scattare 10 foto al secondo. Il più grande svantaggio della fotocamera è l'incapacità di controllare come si accende. Pertanto, spesso sono necessarie migliaia di fotografie per selezionarne una che catturi il fenomeno oggetto di studio.

Di grande importanza sono le camere a scintilla basate su un principio diverso. Se viene applicata un'alta tensione a un condensatore a piastre parallele, una scintilla salterà tra le piastre. Se ci sono ioni nello spazio vuoto, la scintilla salterà a una tensione inferiore. Pertanto, una particella ionizzante che vola tra le piastre crea una scintilla.

Nella camera della scintilla, la particella stessa attiva l'alta tensione tra le armature del condensatore per un milionesimo di secondo. I vantaggi relativi alla possibilità di accensione al momento giusto sono però attenuati dagli svantaggi: sono visibili solo le particelle che formano un angolo non superiore a 45° con le piastre, la traccia è molto breve e non tutti i fenomeni secondari hanno il tempo di manifestarsi loro stessi.

Recentemente, i ricercatori sovietici hanno proposto un nuovo tipo di fotocamera da trail (la cosiddetta fotocamera streamer), che è già stata trovata ampia applicazione. Lo schema a blocchi di una tale telecamera è mostrato in Fig. 237. Una particella che cade tra le piastre, che, a differenza della camera della scintilla, si trovano a grande distanza l'una dall'altra, viene rilevata da un contatore. Dispositivo logico elettronico

distingue gli eventi primari e seleziona quello che interessa allo sperimentatore. In questo momento, l'alta tensione è attiva breve tempo dato ai piatti. Gli ioni formatisi lungo il percorso delle particelle formano dei trattini (stelle filanti), che vengono fotografati. Il percorso della particella è delineato da questi trattini.

Se la fotografia viene scattata lungo la direzione dei trattini, il percorso delle particelle appare come una linea tratteggiata.

Il successo della camera streamer dipende dalla corretta correlazione tra la formazione di una valanga di elettroni dallo ione primario con i parametri dell'impulso ad alta tensione. In una miscela di neon al 90% e elio al 10% con una distanza tra le piastre di 30 cm, si ottengono buoni risultati con una tensione di 600.000 V e un tempo di impulso. In questo caso, l'impulso deve essere applicato entro s l’evento di ionizzazione primaria. Questo tipo di camera di scia è una configurazione complessa e costosa che è tanto lontana da una camera a nebbia quanto i moderni acceleratori di particelle lo sono da un tubo elettronico.

Contatori di ionizzazione e camere di ionizzazione.

Un dispositivo di ionizzazione progettato per funzionare con le radiazioni è principalmente un condensatore cilindrico riempito di gas; un elettrodo è una piastra cilindrica e l'altro è una filettatura o punta che corre lungo l'asse del cilindro (Fig. 237a). La tensione applicata al condensatore e la pressione del gas che riempie il contatore devono essere selezionate in modo speciale a seconda del problema riscontrato. In una variante comune di questo dispositivo, chiamata contatore Geiger, al cilindro e al filamento viene applicata una tensione di rottura. Se entra attraverso il muro o attraverso la fine di un metro del genere

particella ionizzante, un impulso di corrente scorrerà attraverso il condensatore, continuando finché gli elettroni primari e gli elettroni e gli ioni di autoscarica da essi creati si avvicinano alla piastra positiva del condensatore. Questo impulso di corrente può essere amplificato con metodi convenzionali di radioingegneria e il passaggio della particella attraverso il contatore può essere registrato o con un clic, oppure con un lampo di luce, o, infine, con un contatore digitale.

Un tale dispositivo può contare il numero di particelle che entrano nel dispositivo. Per questo è necessaria solo una cosa: l'impulso attuale deve fermarsi nel momento in cui la particella successiva entra nel contatore. Se la modalità operativa del misuratore viene selezionata in modo errato, il misuratore inizia a "soffocare" e conta in modo errato. La risoluzione del contatore di ionizzazione è limitata, ma comunque piuttosto elevata: fino a particelle al secondo.

È possibile abbassare la tensione e ottenere una modalità in cui un impulso di corrente proporzionale al numero di ioni formati passerebbe attraverso il condensatore (contatore proporzionale). Per fare ciò, è necessario lavorare nell'area di uno scarico di gas non autosufficiente. Gli elettroni primari, muovendosi nel campo elettrico del condensatore, acquistano energia. Inizia la ionizzazione per impatto e vengono creati nuovi ioni ed elettroni. Le coppie ioniche iniziali create dalla particella che vola nel contatore vengono convertite in coppie ioniche. Quando si opera in modalità di scarica non autosufficiente, il guadagno sarà un valore costante e i contatori proporzionali non solo stabiliranno il fatto che la particella passa attraverso il contatore, ma ne misureranno anche la capacità ionizzante.

La scarica nei contatori proporzionali, così come nei contatori Geiger sopra descritti, si spegne quando termina la ionizzazione. La differenza tra un contatore Geiger è che in esso la particella in arrivo agisce come un meccanismo di innesco e il tempo di rottura non è legato alla ionizzazione iniziale.

Poiché i contatori proporzionali rispondono alla capacità ionizzante di una particella, la modalità operativa del contatore può essere selezionata in modo tale da rilevare solo particelle di un determinato tipo.

Se il dispositivo funziona in modalità corrente di saturazione (che può essere ottenuta riducendo la tensione), la corrente che lo attraversa è una misura dell'energia di radiazione assorbita nel volume del dispositivo per unità di tempo. In questo caso, il dispositivo è chiamato camera di ionizzazione. In questo caso il guadagno è pari all’unità. Il vantaggio della camera di ionizzazione è la sua maggiore stabilità. I design delle camere di ionizzazione possono variare in modo significativo. Il riempimento della camera, i materiali delle pareti, il numero e la forma degli elettrodi variano a seconda dello scopo dello studio. Oltre a minuscole camere con un volume dell'ordine di un millimetro cubo, si devono affrontare camere con un volume fino a centinaia di metri. Sotto l'influenza di una fonte costante di ionizzazione, nelle camere si formano correnti che vanno da a

Contatori a scintillazione.

Il metodo di conteggio dei lampi di una sostanza fluorescente (scintillazione) come mezzo per contare le particelle elementari fu utilizzato per la prima volta da Rutherford per i suoi studi classici sulla struttura del nucleo atomico. L’incarnazione moderna di questa idea ha poca somiglianza con il semplice espediente di Rutherford.

La particella provoca un lampo di luce in una sostanza solida: il fosforo. È molto noto gran numero biologico e sostanze inorganiche, avendo la capacità di convertire l'energia di particelle cariche e fotoni in energia luminosa. Molti fosfori hanno una durata di postluminescenza molto breve, dell'ordine di miliardesimi di secondo. Ciò rende possibile costruire contatori a scintillazione ad alta velocità conti. Per un certo numero di fosfori, l'emissione luminosa è proporzionale all'energia delle particelle. Ciò rende possibile costruire contatori per stimare l'energia delle particelle.

Nei contatori moderni, i fosfori sono combinati con fotomoltiplicatori che hanno fotocatodi convenzionali sensibili alla luce visibile. Corrente elettrica, creato nel moltiplicatore, viene amplificato e quindi inviato al dispositivo di conteggio.

Il fosforo organico più comunemente usato: antracene, stilbene, terfenile, ecc. Tutti questi composti chimici appartengono ad una classe di cosiddetti composti aromatici, costituiti da esagoni di atomi di carbonio. Per utilizzarli come scintillatori, queste sostanze devono essere assunte sotto forma di cristalli singoli. Poiché coltivare grandi cristalli singoli è alquanto difficile e poiché i cristalli composti organici sono molto fragili, quindi l'uso di scintillatori plastici è di notevole interesse - questo è il nome dato alle soluzioni solide di fosforo organico in plastica trasparente - polistirolo o altra sostanza simile ad alto polimero. Gli alogenuri sono utilizzati dal fosforo inorganico metalli alcalini, solfuro di zinco, tungstati di metalli alcalino terrosi.

Cherenkov ribatte.

Già nel 1934, Cherenkov dimostrò che quando una particella carica velocemente si muove in un dielettrico liquido o solido completamente puro, appare un bagliore speciale, che è fondamentalmente diverso sia dal bagliore di fluorescenza associato alle transizioni energetiche negli atomi della sostanza, sia da bremsstrahlung come lo spettro continuo dei raggi X. La radiazione Cherenkov si verifica quando una particella carica si muove ad una velocità superiore alla velocità di fase della luce in un dielettrico. La caratteristica principale della radiazione è che si propaga lungo la superficie conica in avanti nella direzione del movimento delle particelle. L'angolo del cono è determinato dalla formula:

dove è l'angolo della generatrice del cono con la direzione del moto della particella, V è la velocità della particella, la velocità della luce nel mezzo. Pertanto, per un mezzo con un dato indice di rifrazione, esiste una velocità critica al di sotto della quale non ci sarà radiazione. A questa velocità critica, la radiazione sarà parallela alla direzione del movimento della particella. Per una particella che si muove ad una velocità molto vicina a quella della luce, si osserverà un angolo di radiazione massimo. Per il cicloesano

Lo spettro delle radiazioni Cherenkov, come mostrano l'esperienza e la teoria, si trova principalmente nella regione visibile.

La radiazione Cherenkov è un fenomeno simile alla formazione di un'onda di prua proveniente da una nave che si muove sull'acqua; in questo caso la velocità della nave è maggiore della velocità delle onde sulla superficie dell'acqua.

Riso. 2376 illustra l'origine della radiazione. Una particella carica si muove lungo la linea assiale e lungo il percorso, il campo elettromagnetico che segue la particella polarizza temporaneamente il mezzo in punti lungo la traiettoria della particella.

Tutti questi punti diventano sorgenti di onde sferiche. C'è un unico angolo al quale queste onde sferiche saranno in fase e formeranno un unico fronte.

Consideriamo due punti sul percorso di una particella carica (Fig. 237c). Hanno creato onde sferiche, una alla volta, l'altra alla volta. Ovviamente, c'è del tempo impiegato dalla particella per viaggiare tra questi due punti. Affinché queste due onde si propaghino con un angolo 9 nella stessa fase, è necessario che il tempo di viaggio del primo raggio sia maggiore del tempo di viaggio del secondo raggio di un tempo. Il percorso percorso dalla particella nel tempo è uguale a L'onda coprirà la distanza nello stesso tempo Da qui otteniamo la formula sopra:

Viene utilizzata la radiazione Cherenkov ultimamente molto ampiamente come un modo per registrare le particelle elementari. I contatori basati su questo fenomeno sono chiamati contatori Cherenkov. La sostanza luminosa è abbinata, come nei contatori a scintillazione, a fotomoltiplicatori e amplificatori

corrente fotoelettrica. Esistono molti modelli di contatori Cherenkov.

I contatori Cherenkov hanno molti vantaggi. Questi includono velocità veloce calcoli e capacità di determinare le cariche delle particelle che si muovono a una velocità molto vicina alla velocità della luce (non abbiamo detto che l'emissione di luce dipende fortemente dalla carica della particella). Solo con l'aiuto dei contatori Cherenkov è possibile risolvere problemi importanti come la determinazione diretta della velocità di una particella carica, la determinazione della direzione in cui si muove una particella ultraveloce, ecc.

Posizionamento dei contatori.

Per studiare i vari processi di trasformazione e interazione delle particelle elementari, è necessario essere in grado non solo di notare l'apparizione di una particella in un dato luogo, ma anche di tracciare l'ulteriore destino della stessa particella. Tali problemi vengono risolti utilizzando speciali disposizioni di contatori con un circuito di conteggio generalizzato. Ad esempio, puoi schemi elettrici collegare due o più contatori in modo tale che il conteggio avvenga solo se lo scarico in tutti i contatori inizia esattamente nello stesso momento. Ciò può servire come prova che la stessa particella è passata attraverso tutti i contatori. Questa accensione dei contatori è detta “commutazione di abbinamento”.

Metodo delle emulsioni fotografiche a strato spesso.

Come è noto, lo strato fotosensibile delle lastre fotografiche è una pellicola di gelatina nella quale sono introdotti microcristalli di bromuro d'argento. La base del processo fotografico è la ionizzazione di questi cristalli, che porta alla riduzione del bromuro d'argento. Questo processo avviene non solo sotto l'influenza della luce, ma anche sotto l'influenza di particelle cariche. Se una particella carica vola attraverso l'emulsione, nell'emulsione apparirà una traccia nascosta, che può essere vista dopo lo sviluppo della lastra fotografica. Le tracce nell'emulsione fotografica raccontano molti dettagli sulla particella che le ha provocate. Le particelle altamente ionizzanti lasciano un residuo grasso. Poiché la ionizzazione dipende dalla carica e dalla velocità delle particelle, l'aspetto della traccia da sola la dice lunga. Informazioni preziose sono fornite dalla distanza (traccia) di una particella in un'emulsione fotografica; Misurando la lunghezza della traccia è possibile determinare l'energia della particella.

La ricerca che utilizza lastre fotografiche convenzionali con emulsioni sottili è di scarsa utilità per gli scopi fisica nucleare. Tali piastre catturerebbero solo quelle particelle che si muovono strettamente lungo la piastra. Mysovsky e Zhdanov, così come pochi anni dopo Powell in Inghilterra, introdussero lastre fotografiche con uno spessore di emulsione vicino (per le lastre ordinarie lo spessore dello strato è cento volte inferiore). Il metodo fotografico è prezioso per la sua chiarezza, la capacità di osservare un'immagine complessa della trasformazione che avviene quando una particella viene distrutta.

Nella fig. 238 mostra una tipica fotografia ottenuta con questo metodo. Nei punti si sono verificate trasformazioni nucleari.

Nell'ultima versione di questo metodo, come mezzo in cui vengono registrate le tracce delle particelle vengono utilizzate camere di emulsione di grande volume.

Metodi per analizzare le osservazioni.

Con l'aiuto degli strumenti descritti, il ricercatore ha l'opportunità di determinare tutte le costanti più importanti di una particella elementare: velocità ed energia, carica elettrica, massa; tutti questi parametri possono essere determinati con una precisione abbastanza elevata. In presenza di un flusso di particelle è anche possibile determinare il valore dello spin di una particella elementare e il suo momento magnetico. Questo viene fatto utilizzando lo stesso esperimento di divisione del raggio in un campo magnetico, descritto a pagina 171.

Va ricordato che solo le particelle cariche vengono osservate direttamente. Tutti i dati sulle particelle neutre e sui fotoni sono ottenuti indirettamente studiando la natura dell'azione di queste particelle invisibili su quelle cariche. I dati ottenuti sulle particelle invisibili, tuttavia, hanno un alto grado di affidabilità.

Un ruolo essenziale nello studio di tutti i tipi di trasformazioni delle particelle elementari è svolto dall'applicazione delle leggi di conservazione della quantità di moto e dell'energia. Poiché si tratta di particelle veloci, quando si applica la legge di conservazione dell'energia è necessario tenere conto della possibile variazione di massa.

Supponiamo che nella fotografia sia presente una traccia di particelle a forma di “forchetta”. La prima particella si è trasformata in due particelle: la seconda e la terza. Allora devono essere soddisfatte le seguenti relazioni. Innanzitutto, la quantità di moto della prima particella deve essere uguale alla somma vettoriale delle quantità di moto delle particelle risultanti:

dov'è la differenza di massa

Tutta l'esperienza della fisica nucleare mostra che le leggi di conservazione sono rigorosamente soddisfatte durante ogni trasformazione delle particelle elementari. Ciò ci consente di utilizzare queste leggi per determinare le proprietà di una particella neutra che non lascia traccia in un'emulsione fotografica e non ionizza il gas. Se su una lastra fotografica si osservano due tracce divergenti, allora al ricercatore è chiaro: nel punto da cui queste tracce divergono, è avvenuta la trasformazione di una particella neutra. Determinando i momenti, le energie e le masse delle particelle risultanti, si possono trarre conclusioni sicure sul valore dei parametri della particella neutra. Così è stato scoperto il neutrone, e in questo modo giudichiamo i neutrini e i mesoni neutri, di cui parleremo più avanti.

Obiettivi della lezione

• Educativo: dare un'idea dei metodi per la registrazione delle particelle cariche, rivelare le caratteristiche di ciascun metodo, identificare i modelli principali, studiare l'applicazione dei metodi.
• Sviluppo: sviluppare memoria, pensiero, percezione, attenzione, parola attraverso la preparazione individuale per la lezione; sviluppare competenze nel lavorare con letteratura aggiuntiva e risorse Internet.
• Educativo: sviluppare la motivazione educativa, coltivare il patriottismo attraverso lo studio del contributo degli scienziati nazionali alla scienza mondiale.

Avanzamento della lezione

І . Familiarizzare con il materiale teorico.

Informazioni teoriche

Sono stati sviluppati numerosi metodi per la registrazione delle particelle elementari e delle radiazioni per studiare i fenomeni nucleari. Diamo un'occhiata ad alcuni di quelli più utilizzati.

1) Contatore Geiger a scarica di gas

Un contatore Geiger è uno dei dispositivi più importanti per il conteggio automatico delle particelle. Il contatore è costituito da un tubo di vetro rivestito internamente da uno strato metallico (catodo) e da un sottile filo metallico che corre lungo l'asse del tubo (anodo).

Il tubo è riempito di gas, solitamente argon. Il contatore funziona in base alla ionizzazione per impatto. Una particella carica (elettrone, particella Υ, ecc.), volando attraverso un gas, rimuove gli elettroni dagli atomi e crea ioni positivi ed elettroni liberi. Il campo elettrico tra l'anodo e il catodo (a essi viene applicata l'alta tensione) accelera gli elettroni fino a un'energia alla quale inizia la ionizzazione da impatto. Si verifica una valanga di ioni e la corrente attraverso il contatore aumenta notevolmente. In questo caso, sul resistore di carico R viene generato un impulso di tensione, che viene alimentato al dispositivo di registrazione. Affinché il contatore possa registrare la prossima particella che lo colpisce, la scarica della valanga deve essere estinta. Ciò avviene automaticamente.

Un contatore Geiger viene utilizzato principalmente per registrare elettroni e quanti Y (fotoni ad alta energia). Tuttavia, i quanti Y non vengono registrati direttamente a causa della loro bassa capacità ionizzante. Per rilevarli, la parete interna del tubo è rivestita con un materiale dal quale i quanti Y eliminano gli elettroni.

Il contatore registra quasi tutti gli elettroni che vi entrano; Per quanto riguarda i quanti Y, registra approssimativamente solo un quanto Y su cento. La registrazione delle particelle pesanti (ad esempio le particelle J) è difficile, poiché è difficile creare nel contatore una “finestra” sufficientemente sottile che sia trasparente a queste particelle.

2) Camera a nebbia

L'azione di una camera a nebbia si basa sulla condensazione del vapore sovrasaturo sugli ioni per formare goccioline d'acqua. Questi ioni vengono creati lungo la sua traiettoria da una particella carica in movimento.

Il dispositivo è un cilindro con un pistone 1 (Fig. 2), coperto da un coperchio di vetro piatto 2. Il volume di lavoro della camera è riempito di gas, che contiene vapore saturo. Quando il pistone si muove rapidamente verso il basso, il gas presente nel volume si espande adiabaticamente e si raffredda, diventando sovrasaturo. Quando una particella vola attraverso questo spazio, creando ioni lungo il suo percorso, su questi ioni si formano goccioline di vapore condensato. Una traccia della traiettoria delle particelle (traccia) appare nella fotocamera sotto forma di una striscia di nebbia (Fig. 3), che può essere osservata e fotografata. La traccia esiste per decimi di secondo. Riportare il pistone nella sua posizione originale e rimuovere gli ioni campo elettrico, l'espansione adiabatica può essere eseguita nuovamente. Pertanto, gli esperimenti con la fotocamera possono essere eseguiti ripetutamente.

Se la fotocamera viene posizionata tra i poli di un elettromagnete, le capacità della fotocamera per studiare le proprietà delle particelle si espandono in modo significativo. In questo caso, sulla particella in movimento agisce la forza di Lorentz, che permette di determinare il valore della carica della particella e la sua quantità di moto dalla curvatura della traiettoria. La Figura 4 mostra una possibile versione di decodifica di fotografie di tracce di elettroni e positroni. Il vettore di induzione B del campo magnetico è diretto perpendicolarmente al piano del disegno dietro il disegno. Il positrone devia a sinistra e l'elettrone a destra.

3 ) Camera a bolle

Si differenzia da una camera a nebbia in quanto i vapori sovrasaturi nel volume di lavoro della camera vengono sostituiti da liquido surriscaldato, cioè un liquido che si trova sotto una pressione inferiore alla sua pressione vapori saturi.

Volando attraverso un tale liquido, una particella provoca la comparsa di bolle di vapore, formando così una traccia (Fig. 5).

Nello stato iniziale, il pistone comprime il liquido. Con una forte diminuzione della pressione, il punto di ebollizione del liquido è inferiore alla temperatura ambiente.

Il liquido diventa instabile (surriscaldato). Ciò garantisce la comparsa di bolle lungo il percorso della particella. Come miscela di lavoro vengono utilizzati idrogeno, xeno, propano e alcune altre sostanze.

Il vantaggio della camera a bolle rispetto alla camera Wilson è dovuto alla maggiore densità della sostanza di lavoro. Di conseguenza, i percorsi delle particelle risultano piuttosto brevi e le particelle anche con energie elevate rimangono intrappolate nella camera. Ciò permette di osservare una serie di trasformazioni successive di una particella e le reazioni che provoca.

4) Metodo dell'emulsione a film spesso

Per rilevare le particelle, insieme alle camere a nebbia e alle camere a bolle, vengono utilizzate emulsioni fotografiche a strato spesso. Effetto ionizzante di particelle caricate velocemente sull'emulsione di lastre fotografiche. L'emulsione fotografica contiene un gran numero di cristalli microscopici di bromuro d'argento.

Una particella carica velocemente, penetrando nel cristallo, rimuove gli elettroni dai singoli atomi di bromo. Una catena di tali cristalli forma un'immagine latente. Quando in questi cristalli appare l'argento metallico, la catena di grani d'argento forma una traccia di particelle.

La lunghezza e lo spessore della traccia possono essere utilizzati per stimare l'energia e la massa della particella. A causa dell'elevata densità dell'emulsione fotografica, le tracce sono molto brevi, ma quando si fotografa possono essere ingrandite. Il vantaggio dell'emulsione fotografica è che il tempo di esposizione può essere lungo quanto desiderato. Ciò consente di registrare eventi rari. È anche importante che, a causa dell'elevato potere frenante della fotoemulsione, aumenti il ​​numero di reazioni interessanti osservate tra particelle e nuclei.

5) Metodo della scintillazione

Un contatore a scintillazione è costituito da uno scintillatore, un fotomoltiplicatore e dispositivi elettronici per l'amplificazione e il conteggio degli impulsi. Lo scintillatore converte l'energia radiazioni ionizzanti in quanti di luce visibile, la cui grandezza dipende dal tipo di particelle e dal materiale dello scintillatore. I quanti di luce visibile, colpendo il fotocatodo, ne eliminano gli elettroni, il cui numero viene aumentato molte volte dal fotomoltiplicatore. Di conseguenza, all'uscita del fotomoltiplicatore si forma un impulso significativo, che viene poi amplificato e conteggiato da un'unità di ricalcolo. Quindi, a causa dell'energia UN-O B-particelle, G-quantico o altra particella nucleare, nello scintillatore appare un lampo di luce che viene poi convertito in un impulso di corrente utilizzando un tubo fotomoltiplicatore (PMT) e registrato.

II. Utilizzando materiale teorico e risorse Internet, compila la tabella

Spintariscopio

contatore Geiger

Camera di Wilson

Camera a bolle

2. Dispositivo

3. Informazioni sulle particelle

4. Tipo di particella

5. Vantaggi

6. Svantaggi

7. Leggi fisiche

8. Principio di funzionamento

9. Scoperte effettuate utilizzando il dispositivo

III. Fai il laboratorio

Soggetto: “Studiare le tracce di particelle cariche utilizzando fotografie già pronte”

Bersaglio: identificare una particella carica confrontando la sua traccia con la traccia di un protone in una camera a nebbia posta in un campo magnetico; valutare l'errore dell'esperimento, sistematizzare le informazioni ottenute dall'analisi delle tracce nelle fotografie, trarre conclusioni e conclusioni.

Attrezzatura: fotografia finita di due tracce di particelle cariche. La traccia I è un protone, la traccia II è una particella da identificare.

Spiegazioni

Quando si esegue questa operazione lavoro di laboratorioè bene ricordare che:

• maggiore è la lunghezza della traccia, maggiore è l'energia della particella (e minore è la densità del mezzo);
• maggiore è la carica della particella e minore la sua velocità, maggiore è lo spessore della traccia;
• Quando una particella carica si muove in un campo magnetico, la sua traccia risulta essere curva e il raggio di curvatura della traccia è maggiore, maggiore è la massa e la velocità della particella e minori sono la sua carica e il modulo di induzione del campo magnetico .
• la particella si è spostata dall'estremità della pista con un raggio di curvatura ampio all'estremità con un raggio di curvatura più piccolo (il raggio di curvatura diminuisce man mano che si muove, poiché la velocità della particella diminuisce a causa della resistenza del mezzo).

Ordine di lavoro

1. Guarda la fotografia delle tracce di due particelle cariche. (La traccia I appartiene al protone, la traccia II alla particella da identificare) (vedi Fig. 1).
2. Misurare i raggi di curvatura dei binari nei loro tratti iniziali (vedi Fig. 2).

Ci sarà un'immagine qui:

particella della tabella

Errore relativo,

6. Compito aggiuntivo.

a) In quale direzione si sono mosse le particelle?

b) La lunghezza delle tracce delle particelle è approssimativamente la stessa. Cosa significa questo?

c) Come cambiava lo spessore della traccia mentre le particelle si muovevano? Cosa ne consegue?

Ci sarà un file qui: /data/edu/files/y1445085758.doc (Larissa Belova: Metodi per registrare le particelle cariche)

Le particelle elementari possono essere osservate grazie alle tracce che lasciano quando attraversano la materia. La natura delle tracce ci consente di giudicare il segno della carica della particella, la sua energia, la quantità di moto, ecc. Le particelle cariche causano la ionizzazione delle molecole lungo il loro percorso. Le particelle neutre non lasciano tracce, ma possono rivelarsi al momento del decadimento in particelle cariche o al momento dell'urto con qualsiasi nucleo. Di conseguenza, le particelle neutre vengono infine rilevate anche attraverso la ionizzazione causata dalle particelle cariche da esse generate.

Gli strumenti utilizzati per registrare le particelle ionizzanti sono divisi in due gruppi. Del primo gruppo fanno parte gli strumenti che registrano il passaggio di una particella e, inoltre, permettono in alcuni casi di giudicarne l'energia. Il secondo gruppo è formato dai cosiddetti track devices, cioè dispositivi che permettono di osservare tracce (tracce) di particelle nella materia.

Gli strumenti di registrazione includono un contatore a scintillazione, un contatore Cherenkov, una camera di ionizzazione, un contatore a scarica di gas e un contatore a semiconduttore.

1. Contatore di scintillazioni. Una particella carica che vola attraverso una sostanza provoca non solo la ionizzazione, ma anche l'eccitazione degli atomi. Ritornando al loro stato normale, gli atomi emettono luce visibile. Vengono chiamate sostanze in cui le particelle cariche provocano un notevole lampo di luce (scintillazione). fosforo. Il fosforo più comunemente usato è (solfuro di zinco attivato dall'argento) e (ioduro di sodio attivato dal tallio).

Il contatore a scintillazione è costituito da fosforo, da cui la luce viene fornita attraverso una speciale guida luminosa ad un tubo fotomoltiplicatore. Vengono contati gli impulsi ottenuti all'uscita del fotomoltiplicatore. Viene inoltre determinata l'ampiezza dell'impulso, proporzionale all'intensità del flash. Ciò fornisce informazioni aggiuntive sulle particelle rilevate. Per questo tipo di contatore, l'efficienza di rilevamento delle particelle cariche è del 100%.

2. Contatore Cherenkov. Il principio di funzionamento di questo contatore è discusso nel paragrafo 3.3.3. (pag. 84). Lo scopo dei contatori è misurare l'energia delle particelle che si muovono nella materia ad una velocità superiore alla velocità di fase della luce in un dato mezzo. Inoltre, i contatori consentono di separare le particelle in base alla massa. Conoscendo l'angolo di emissione della radiazione è possibile determinare la velocità della particella, il che, con massa nota, equivale a determinarne l'energia. Se la massa della particella è sconosciuta, può essere determinata mediante misurazione indipendente dell'energia della particella.

Sono installati i contatori Cherenkov astronavi per lo studio della radiazione cosmica.

3. Camera di ionizzazioneè un condensatore elettrico riempito di gas, ai cui elettrodi vengono forniti tensione costante. La particella rilevata, entrando nello spazio tra gli elettrodi, ionizza il gas. La tensione sulle piastre del condensatore è selezionata in modo tale che tutti gli ioni formati, da un lato, raggiungano gli elettrodi senza avere il tempo di ricombinarsi e, dall'altro, non accelerino così tanto da produrre la ionizzazione secondaria. Di conseguenza, sulle piastre vengono raccolti gli ioni generati direttamente sotto l'azione delle particelle cariche: viene misurata la corrente di ionizzazione totale oppure viene registrato il passaggio delle singole particelle. In quest'ultimo caso, la fotocamera funziona come un contatore.

4. Contatore di scarico del gas solitamente eseguito sotto forma di un cilindro metallico riempito di gas con un filo sottile teso lungo il suo asse. Il cilindro funge da catodo, il filo da anodo. A differenza della camera di ionizzazione, in un contatore di scariche di gas il ruolo principale è svolto dalla ionizzazione secondaria. Esistono due tipi di contatori a scarica di gas: contatori proporzionali e contatori Geiger-Muller. Nel primo lo scarico del gas non è autosufficiente, nel secondo è indipendente.

Nei contatori proporzionali, l'impulso di uscita è proporzionale alla ionizzazione primaria, ovvero all'energia della particella che vola nel contatore. Pertanto, questi contatori non solo registrano la particella, ma ne misurano anche l'energia.

Il contatore Geiger-Muller non differisce in modo significativo dal contatore proporzionale nella struttura e nel principio di funzionamento, ma funziona nell'area della caratteristica corrente-tensione corrispondente a una scarica autosostenuta, cioè nell'area delle alte tensioni, quando l'impulso di uscita non dipende dalla ionizzazione primaria. Questo contatore registra una particella senza misurarne l'energia. Per registrare i singoli impulsi, la scarica indipendente risultante deve essere estinta. Per fare ciò, una resistenza è collegata in serie al filo (anodo) in modo che la corrente di scarica generata nel misuratore provochi una caduta di tensione attraverso la resistenza sufficiente ad interrompere la scarica.

5. Contatore di semiconduttori. L'elemento principale di questo contatore è un diodo a semiconduttore, che ha uno spessore dell'area di lavoro molto ridotto (decimi di millimetro). Di conseguenza, il contatore non può registrare particelle ad alta energia. Ma è altamente affidabile e può funzionare nei campi magnetici, poiché per i semiconduttori l'effetto magnetoresistivo (dipendenza della resistenza dall'intensità del campo magnetico) è molto piccolo.

Al numero monitorare i dispositivi includono camera a nebbia, camera di diffusione, camera a bolle ed emulsioni fotografiche nucleari.

1. Camera di Wilson. Questo è il nome del dispositivo creato dal fisico inglese Wilson nel 1912. Un percorso di ioni tracciato da una particella carica volante diventa visibile in una camera a nebbia, perché il vapore sovrasaturo di un liquido si condensa sugli ioni. La camera è solitamente realizzata sotto forma di un cilindro di vetro con un pistone ben aderente. La bombola è riempita con gas neutro saturo di acqua o vapore alcolico. Con una forte espansione del gas, il vapore diventa sovrasaturo e si formano tracce di nebbia lungo le traiettorie delle particelle che volano attraverso la camera, che vengono fotografate da diverse angolazioni. Di aspetto tracce, si può giudicare il tipo di particelle che volano, il loro numero e la loro energia. Posizionando la fotocamera in un campo magnetico, si può giudicare il segno della loro carica dalla curvatura delle traiettorie delle particelle.

Camera di Wilson per molto tempo era l'unico dispositivo di tipo binario. Tuttavia, non è esente da inconvenienti, il principale dei quali è la piccola dimensione orario di lavoro, che corrisponde a circa l'1% del tempo impiegato a preparare la fotocamera per il lancio successivo.

2. Diffusione La camera è un tipo di camera Wilson. La sovrasaturazione si ottiene mediante diffusione del vapore alcolico dal coperchio riscaldato al fondo raffreddato. Vicino al fondo appare uno strato di vapore sovrasaturo, nel quale le particelle cariche volanti creano tracce. A differenza di una camera a nebbia, una camera di diffusione funziona in modo continuo.

3. Bolla telecamera. Questo dispositivo è anche una modifica della camera Wilson. La sostanza di lavoro è un liquido surriscaldato ad alta pressione. Con un improvviso rilascio di pressione, il liquido viene trasferito in uno stato surriscaldato instabile. Una particella volante provoca una forte ebollizione del liquido e la traiettoria risulta essere segnata da una catena di bolle di vapore. Il percorso, come in una camera a nebbia, viene fotografato.

La camera a bolle funziona in cicli. Le sue dimensioni sono le stesse della camera Wilson. Il liquido è molto più denso del vapore, il che rende possibile utilizzare la camera per studiare lunghe catene di creazione e decadimento di particelle ad alta energia.

4. Emulsioni fotonucleari. Quando si utilizza questo metodo di rilevamento, una particella carica passa attraverso l'emulsione, provocando la ionizzazione degli atomi. Dopo lo sviluppo dell'emulsione, vengono rilevate tracce di particelle cariche sotto forma di catena di grani d'argento. Un'emulsione è un mezzo più denso del vapore in una camera a nebbia o del liquido in una camera a bolle, pertanto la lunghezza del percorso nell'emulsione è inferiore. (La lunghezza della traccia nell'emulsione corrisponde alla lunghezza della traccia nella camera a nebbia.) Il metodo della fotoemulsione viene utilizzato per studiare le particelle ad altissima energia che si trovano nei raggi cosmici o prodotte negli acceleratori.

I vantaggi dei contatori e dei rilevatori di tracce sono combinati nelle camere a scintilla, che combinano la velocità di registrazione dei contatori con quella più veloce informazioni complete sulle particelle prodotte nelle camere. Possiamo dire che la camera della scintilla è un insieme di contatori. Le informazioni nelle camere a scintilla vengono fornite immediatamente, senza ulteriore elaborazione. Allo stesso tempo, le tracce delle particelle possono essere determinate dalle azioni di molti contatori.