Ansiktspleie

1) Enheter for å oppdage ladede partikler kalles detektorer. Det er to hovedtyper av detektorer: diskret

2) (telling og bestemmelse av energien til partikler): Geigerteller, ioniseringskammer, etc.; spor

1. (gjør det mulig å observere og fotografere spor av partikler i arbeidsvolumet til detektoren): skykammer, boblekammer, tykklags fotografiske emulsjoner, etc. Gassutslipp Geigerteller.

For å registrere elektroner og \(~\gamma\)-kvanter (fotoner) med høy energi, brukes en Geiger-Muller-teller. Den består av et glassrør (fig. 22.4), katoden K, en tynn metallsylinder, er ved siden av de indre veggene; Anode A er en tynn metalltråd strukket langs tellerens akse. Røret er fylt med gass, vanligvis argon. Telleren er inkludert i opptakskretsen. Et negativt potensial påføres kroppen, og et positivt potensial påføres tråden. En motstand R er koblet i serie med telleren, hvorfra signalet tilføres opptaksenheten.

Telleren opererer basert på slagionisering. La en partikkel treffe telleren og lag minst ett par langs dens bane: "ion + elektron". Elektroner som beveger seg mot anoden (glødetråden), går inn i et felt med økende intensitet (spenning mellom A og K ~ 1600 V), hastigheten deres øker raskt, og på veien skaper de et ioneskred (støtionisering oppstår). En gang på tråden reduserer elektroner potensialet, som et resultat av at strømmen flyter gjennom motstand R. En spenningspuls vises i endene, som kommer inn i opptaksenheten. Et spenningsfall oppstår over motstanden, anodepotensialet synker, og feltstyrken inne i måleren reduseres, som et resultat av at den reduseres kinetisk energi

En geigerteller kan oppdage 10 4 partikler per sekund. Den brukes hovedsakelig for å registrere elektroner og \(~\gamma\) kvanter. Imidlertid blir ikke \(~\gamma\) kvanter detektert direkte på grunn av deres lave ioniserende evne. For å oppdage dem, er den indre veggen av røret belagt med et materiale hvorfra elektroner blir slått ut av \(~\gamma\) kvanter. Ved registrering av elektroner er tellereffektiviteten 100 %, og ved registrering av \(~\gamma\) kvanter - kun ca. 1 %.

Registrering av tunge \(~\alfa\)-partikler er vanskelig, siden det er vanskelig å lage et tilstrekkelig tynt "vindu" i telleren som er gjennomsiktig for disse partiklene.

2. Wilson kammer.

Kammeret bruker evnen til høyenergipartikler til å ionisere gassatomer. Wilson-kammeret (fig. 22.5) er et sylindrisk kar med et stempel 1. Den øvre delen av sylinderen er laget av gjennomsiktig materiale; et stort nummer av vann eller alkohol, for hvilken bunnen av fartøyet er dekket med et lag våt fløyel eller klut 2. En blanding dannes inne i kammeret mettet damper og luft. Ved hurtig senking av stempel 1 blandingen ekspanderer adiabatisk, som er ledsaget av en reduksjon i temperaturen. På grunn av avkjøling blir dampen overmettet.

Hvis luften er renset for støvpartikler, er kondensering av damp til væske vanskelig på grunn av fraværet av kondensasjonssentre. derimot kondensasjonssentre ioner kan også tjene. Derfor, hvis en ladet partikkel flyr gjennom kammeret (kommer inn gjennom vindu 3), og ioniserende molekyler er på vei, oppstår dampkondensasjon på ionkjeden og banen til partikkelen inne i kammeret blir synlig takket være de utfelte små dråpene av væske. Kjeden av væskedråper som dannes danner et partikkelspor. Den termiske bevegelsen til molekyler gjør partikkelsporet raskt uskarpt, og partikkelbanene er tydelig synlige i bare ca. 0,1 s, noe som imidlertid er tilstrekkelig for fotografering.

Utseendet til sporet på et fotografi lar en ofte bedømme natur partikler og størrelse henne energi. Dermed etterlater \(~\alpha\)-partikler et relativt tykt kontinuerlig spor, protoner etterlater et tynnere, og elektroner etterlater et prikkete (fig. 22.6). Den nye oppdelingen av sporet - en "gaffel" - indikerer en pågående reaksjon.

For å forberede kammeret for handling og rense det for gjenværende ioner, opprettes et elektrisk felt inne i det, som tiltrekker ioner til elektrodene, hvor de nøytraliseres.

De sovjetiske fysikerne P. L. Kapitsa og D. V. Skobeltsyn foreslo å plassere kameraet i et magnetfelt, under påvirkning av hvilket banene til partikler bøyes i en eller annen retning avhengig av ladningens tegn. Kurvaturradiusen til banen og intensiteten til sporene bestemmer energien og massen til partikkelen (spesifikk ladning).

3. Boblekammer. For tiden i Vitenskapelig forskning et boblekammer brukes. Arbeidsvolumet i boblekammeret er fylt med væske under høytrykk, beskytter den mot koking, til tross for at temperaturen på væsken er høyere enn kokepunktet ved atmosfærisk trykk. Med en kraftig reduksjon i trykket blir væsken overopphetet og forblir i en ustabil tilstand i kort tid. Hvis en ladet partikkel flyr gjennom en slik væske, vil væsken koke langs dens bane, siden ionene som dannes i væsken tjener som fordampningssentre. I dette tilfellet er banen til partikkelen markert med en kjede av dampbobler, dvs. gjøres synlig. Væskene som brukes er hovedsakelig flytende hydrogen og propan C 3 H 3 . Driftssyklustiden er ca. 0,1 s.

Fordel Boblekammeret foran skykammeret skyldes den høyere tettheten til arbeidsstoffet, som et resultat av at partikkelen mister mer energi enn i en gass. Partikkelbanene viser seg å være kortere, og selv høyenergipartikler setter seg fast i kammeret. Dette gjør det mulig å bestemme mye mer nøyaktig bevegelsesretningen til partikkelen og dens energi, og å observere en rekke suksessive transformasjoner av partikkelen og reaksjonene den forårsaker.

4. Tykkfilmemulsjonsmetode utviklet av L.V. Mysovsky og A.P. Zhdanov.

Den er basert på bruk av sverting av et fotografisk lag under påvirkning av hurtigladede partikler som passerer gjennom den fotografiske emulsjonen. En slik partikkel forårsaker dekomponering av sølvbromidmolekyler til Ag + og Br - ioner og sverting av den fotografiske emulsjonen langs bevegelsesbanen, og danner et latent bilde. Når det utvikles, reduseres metallisk sølv i disse krystallene og det dannes et partikkelspor. Lengden og tykkelsen på sporet brukes til å bedømme energien og massen til partikkelen.

For å studere sporene til partikler som har svært høy energi og produserer lange spor, stables et stort antall plater.

En vesentlig fordel med fotoemulsjonsmetoden, i tillegg til brukervennlighet, er at den gir permanent spor partikler, som deretter kan studeres nøye. Dette førte til utbredt bruk av denne metoden i studiet av nye elementære partikler. Ved denne metoden, med tilsetning av bor eller litiumforbindelser til emulsjonen, kan spor av nøytroner studeres, som, som et resultat av reaksjoner med bor og litiumkjerner, skaper \(~\alfa\) partikler som forårsaker sverting i lag av kjernefysisk emulsjon. Basert på sporene til \(~\alfa\)-partikler, trekkes konklusjoner om hastigheten og energiene til nøytronene som forårsaket fremkomsten av \(~\alfa\)-partikler.

Litteratur

Aksenovich L. A. Fysikk i videregående skole: Teori. Oppgaver. Prøver: Lærebok. fordeler for institusjoner som tilbyr generell utdanning. miljø, utdanning / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - S. 618-621.

Eksperimentelle metoder og verktøy for partikkelforskning

Konkurranse "Jeg skal til klassen"

G.G. Emelina,
skole oppkalt etter Helt fra Russland I.V. Sarychev,
Korablino, Ryazan-regionen.

Eksperimentelle metoder og verktøy for partikkelforskning

Offentlig leksjon. 9. klasse

Selv om det foreslåtte emnet, i henhold til programmet, studeres på 9. trinn, vil stoffet også være av interesse for undervisning på 11. trinn. – Ed.

Pedagogiske mål for leksjonen: å gjøre elevene kjent med enheter for registrering av elementærpartikler, å avsløre prinsippene for deres operasjon, å lære dem å bestemme og sammenligne hastigheten, energien, massen, ladningen til elementærpartikler og deres forhold etter spor.

Leksjonsoversikt

Gjennomfører hjemmelekser, husket gutta og fant eksempler på ustabile systemer (se bilder) og måter å fjerne dem fra en ustabil tilstand.

Jeg gjennomfører en frontal undersøkelse:

Hvordan oppnå overmettet damp? (Svar: Øk volumet på karet kraftig. Temperaturen vil synke og dampen blir overmettet.

Hva vil skje med overmettet damp hvis det dukker opp en partikkel i den? (Svar: Det vil være sentrum for kondens, og dugg vil dannes på det.)

Hvordan påvirker et magnetfelt bevegelsen til en ladet partikkel? (Svar: I et felt endres hastigheten til en partikkel i retning, men ikke i størrelse.)

Hva heter kraften som et magnetfelt virker på en ladet partikkel med?

Hvor er det på vei? (Svar: Dette er Lorentz-kraften; den er rettet mot midten av sirkelen.) Når jeg skal forklare nytt materiale jeg bruker: referansesammendrag stor plakat henger med den på tavlen, kopier til hver elev (de tar dem med seg hjem, legger dem i en notatbok og returnerer dem til læreren ved neste leksjon). Jeg snakker om en scintillasjonsteller og en geigerteller, og prøver å spare tid på å jobbe med fotografier av spor. Jeg stoler på barns kunnskap om spenning i en krets i seriekobling.: «Den enkleste måten å registrere stråling på var en skjerm dekket med et selvlysende stoff (fra det latinske lumen - lys). Dette stoffet lyser når en ladet partikkel treffer det, hvis energien til denne partikkelen er tilstrekkelig til å eksitere atomene i stoffet. På stedet der partikkelen treffer, oppstår et blink - scintillasjon (fra latin scintillatio - glitrende, glitrende). Slike tellere kalles scintillasjonstellere. Driften av alle andre enheter er basert på ionisering av materieatomer av flygende partikler.

Den første enheten for å oppdage partikler ble oppfunnet av Geiger og forbedret av Müller. En Geiger–Muller-teller (registrerer og teller partikler) er en metallsylinder fylt med en inert gass (for eksempel argon) med en metalltråd inni isolert fra veggene. Et negativt potensial påføres sylinderlegemet, og et positivt potensial påføres glødetråden, slik at det skapes en spenning på ca. 1500 V mellom dem, høy, men ikke tilstrekkelig til å ionisere gassen. En ladet partikkel som flyr gjennom gassen ioniserer atomene sine, det oppstår en utladning mellom veggene og glødetråden, kretsen lukkes, strømmen flyter, og det dannes et spenningsfall UR = IR over lastmotstanden med motstand R, som fjernes av opptaksenheten. Siden enheten og motstanden er koblet i serie (Uist = UR + Uarrib), reduseres spenningen Uarrib mellom sylinderveggene og gjengen med en økning i UR, og utladningen stopper raskt, og måleren er klar til drift en gang til.

I 1912 ble et skykammer foreslått, en enhet som fysikere kalte et fantastisk instrument.

Studenten holder en 2-3 minutters presentasjon, forberedt på forhånd, som viser viktigheten av skykammeret for å studere mikroverdenen, dens mangler og behovet for forbedring. Jeg introduserer kort oppbyggingen av kameraet og viser det slik at elevene husker når de forbereder leksene sine at kameraet kan utformes på ulike måter (i læreboka - i form av en sylinder med et stempel). Eksempeltekst: «Kammeret er en metall- eller plastring 1, tett lukket i topp og bunn med glassplater 2. Platene er festet til kroppen gjennom to (øvre og nedre) metallringer 3 med fire bolter 4 med muttere. På sideflaten av kammeret er det et rør for å feste en gummipære 5. Et radioaktivt medikament er plassert inne i kammeret. Den øverste glassplaten har et gjennomsiktig ledende lag på den indre overflaten. Inne i kameraet er det en ringformet membran av metall med en rekke spalter. Den presses mot den korrugerte membranen 6, som er sideveggen til kammerets arbeidsrom og tjener til å eliminere virvelluftbevegelser."

Eleven får en sikkerhetsbriefing etterfulgt av et eksperiment som avslører hvordan et skykammer fungerer og viser at faste partikler eller ioner kan være kondensasjonskjerner. Glasskolben skylles med vann og settes opp ned i stativbenet. Installer bakgrunnsbelysningen. Åpningen til kolben lukkes med en gummipropp som en gummipære er satt inn i. Først blir pæren sakte klemt og deretter raskt frigjort - ingen endringer observeres i kolben. Kolben åpnes, en brennende fyrstikk bringes til halsen, lukkes igjen og forsøket gjentas. Nå, når luften utvider seg, fylles kolben med en tykk tåke.

Jeg forklarer prinsippet for drift av et skykammer ved å bruke resultatene av eksperimentet. Jeg introduserer konseptet med et partikkelspor. Vi konkluderer med at partikler og ioner kan være kondensasjonssentre. Eksempeltekst: «Når pæren er raskt frigjort (prosessen er adiabatisk, fordi varmeveksling med miljø) blandingen ekspanderer og avkjøles, slik at luften i kammeret (kolben) blir overmettet med vanndamp. Men dampene kondenserer ikke, fordi det er ingen kondensasjonssentre: ingen støvpartikler, ingen ioner. Etter å ha introdusert sotpartikler fra en fyrstikkflamme og ioner i kolben når den varmes opp, kondenserer overmettet vanndamp på dem. Det samme skjer hvis en ladet partikkel flyr gjennom kammeret: den ioniserer luftmolekyler på sin vei, det oppstår dampkondensasjon på ionekjeden, og banen til partikkelen inne i kammeret er markert med en tråd av tåkedråper, dvs. blir synlig. Ved å bruke et skykammer kan du ikke bare se bevegelsen til partikler, men også forstå naturen av deres interaksjon med andre partikler."

En annen elev demonstrerer et eksperiment med en kyvette.

En hjemmelaget kyvette med glassbunn er installert på en enhet med en enhet for horisontal projeksjon. Vanndråper påføres kyvettens glass med en pipette og ballen skyves. På sin vei river ballen av "fragmenter" fra dråpene og etterlater et "spor". På samme måte, i kammeret, ioniserer partikkelen gassen, ionene blir kondensasjonssentre og "gjør et spor." Det samme eksperimentet gir en klar ide om oppførselen til partikler i et magnetfelt. Når vi analyserer eksperimentet, fyller vi ut de tomme plassene på den andre plakaten med egenskapene til bevegelsen til ladede partikler:

Jo lengre spor, jo større energi (energi) til partikkelen og jo mindre tetthet til mediet.

Jo større (ladning) av partikkelen og jo mindre dens (hastighet), jo større er tykkelsen på sporet.

Når en ladet partikkel beveger seg i et magnetisk felt, viser sporet seg å være buet, og krumningsradiusen til sporet er større, jo større (masse) og (hastighet) partikkelen har og jo mindre dens (ladning) og (induksjonsmodul) magnetfelt.

Partikkelen beveger seg fra enden av sporet med (større) krumningsradius til enden med (mindre) krumningsradius. Krumningsradiusen avtar når du beveger deg, pga på grunn av motstanden til mediet, avtar hastigheten til partikkelen.

Så snakker jeg om ulempene med et skykammer (den viktigste er det korte utvalget av partikler) og behovet for å finne opp en enhet med et tettere medium - en overopphetet væske (boblekammer), fotografisk emulsjon. Driftsprinsippet deres er det samme, og jeg foreslår at barna studerer det på egen hånd hjemme.

Jeg jobber med fotografier av sporene på s. 242 veiledninger om tegning. 196. Gutta jobber i par. Fullfør arbeidet med de resterende tegningene av huset.

La oss oppsummere leksjonen. Vi konkluderer med at ved bruk av metodene som er vurdert, kan bare ladede partikler observeres direkte. Nøytrale er ikke mulige, de ioniserer ikke stoffet og produserer derfor ikke spor. Jeg gir karakterer.

Hjemmearbeid: § 76 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev. Physics-11. - M.: Education, 1991), nr. 1163 ifølge problemboken til A.P. Rymkevich; LR nr. 6 "Studie av spor av ladede partikler ved bruk av ferdige fotografier." Formaliser og lær OK.

OM FORFATTEREN. Galina Gennadievna Emelina - lærer i 1. kvalifikasjonskategori, undervisningserfaring 16 år. Taler aktivt på møter i den regionale metodologiske sammenslutningen av fysiklærere; Mer enn en gang ga hun gode åpne leksjoner til fysikere i regionen og lærere ved skolen hennes.

Hun er elsket og respektert av elevene sine.

Studiet av strukturen til atomkjernen er uløselig knyttet til vurderingen av fenomenene spontant eller tvunget forfall av atomkjernen og kjernefysiske partikler. Ved å undersøke fragmenter av en kollapset atomkjerne og spore skjebnen til disse fragmentene, er vi i stand til å trekke konklusjoner om strukturen til kjernen og kjernekreftene. Det er ganske naturlig at fenomenene med spontant forfall av kjerner, det vil si radioaktive fenomener, først ble studert i detalj. Parallelt med dette startet studiet av kosmiske stråler - stråling som har eksepsjonell gjennomtrengende kraft og kommer til oss fra verdensrommet . Partikler som interagerer med materie kosmisk stråling spille rollen som prosjektilpartikler. I lang tid var det kosmisk stråleforskning på den viktigste måten

studere innbyrdes konvertibilitet til elementærpartikler og til og med, til en viss grad, ved å studere atomkjernen. For tiden får studier av ødeleggelsen av atomkjernen ved bombardement av strømmer av partikler skapt i akseleratorer primær betydning.

De eksperimentelle metodene som vil bli diskutert nå er like anvendelige for studiet av kosmiske stråler og partikler som er et resultat av kjernefysisk bombardement av visse mål.

Løypekameraer. Den første enheten som gjorde det mulig å se sporet (sporet) av en partikkel var et skykammer. Hvis en rask partikkel flyr gjennom et kammer som inneholder overmettet vanndamp og skaper ioner langs sin vei, etterlater en slik partikkel et spor, veldig lik "halen" som noen ganger forblir på himmelen etter et fly. Denne stien er skapt av kondensert damp. Ionene som markerer banen til partikkelen er sentre for dampkondensasjon - dette er årsaken til forekomsten av brønn synlig spor

For å regulere tilstanden til damp i kammeret, endres volumet av kammeret ved å flytte stempelet. Rask adiabatisk ekspansjon av dampen fører til en tilstand av overmetning.

Hvis løypekameraet er plassert i et magnetisk felt, kan man ut fra banens kurvatur bestemme enten hastigheten til partikkelen ved et kjent forhold eller omvendt ved en kjent hastighet (jf. formler på side 406).

Wilson-kammeret tilhører allerede historien. Fordi kammeret er fylt med gass, er kollisjoner sjeldne. Kameraets "rensetid" er veldig lang: bilder kan bare tas etter 20 sekunder. Til slutt lever sporet i en tid i størrelsesorden et sekund, noe som kan føre til forskyvning av maleriene.

I 1950 ble boblekammeret foreslått, som spiller en stor rolle i partikkelfysikk. Stoffet i kammeret er overopphetet væske. En ladet partikkel danner ioner, og det dannes bobler nær ionene, som gjør sporet synlig. Dette kameraet kan ta 10 bilder per sekund. Den største ulempen med kameraet er manglende evne til å kontrollere hvordan det slås på. Derfor trengs ofte tusenvis av fotografier for å velge et som fanger fenomenet som studeres.

Gnistkamre basert på et annet prinsipp er av stor betydning. Hvis en høyspenning påføres en parallellplatekondensator, vil en gnist hoppe mellom platene. Hvis det er ioner i gapet, vil gnisten hoppe ved lavere spenning. Dermed skaper en ioniserende partikkel som flyr mellom platene en gnist.

I gnistkammeret slår selve partikkelen på høyspenningen mellom kondensatorplatene i en milliondels sekund. Imidlertid er fordelene med muligheten for å slå på i riktig øyeblikk svekket av ulemper: bare partikler som danner en vinkel på ikke mer enn 45° med platene er synlige, sporet er veldig kort og ikke alle sekundære fenomener har tid til å manifestere seg dem selv.

Nylig foreslo sovjetiske forskere en ny type stikamera (det såkalte streamer-kameraet), som allerede har funnet bred applikasjon. Blokkskjemaet til et slikt kamera er vist i fig. 237. En partikkel som faller mellom platene, som i motsetning til gnistkammeret er plassert i stor avstand fra hverandre, oppdages av en teller. Elektronisk logisk enhet

skiller mellom primære hendelser og velger den som interesserer eksperimentatoren. I dette øyeblikket er høyspenningen på en kort tid mates til tallerkenene. Ionene som dannes langs partikkelens bane danner streker (streamere), som blir fotografert. Banen til partikkelen er skissert av disse strekene.

Hvis fotografiet er tatt langs strekenes retning, ser partikkelbanen ut som en stiplet linje.

Suksessen til streamerkammeret avhenger av den riktige korrelasjonen mellom dannelsen av et elektronskred fra primærionet med parametrene til høyspenningspulsen. I en blanding av 90 % neon og 10 % helium med en avstand mellom platene på 30 cm oppnås gode resultater med en spenning på 600 000 V og en pulstid I ​​dette tilfellet bør pulsen påføres senest s etter den primære ioniseringshendelsen. Denne typen våknekammer er et komplekst, kostbart oppsett som er like langt fra et skykammer som moderne partikkelakseleratorer er fra et elektronrør.

Ioniseringstellere og ioniseringskamre.

En ioniseringsenhet designet for å jobbe med stråling er for det meste en sylindrisk kondensator fylt med gass; en elektrode er en sylindrisk plate, og den andre er en tråd eller spiss som går langs sylinderens akse (fig. 237a). Spenningen som påføres kondensatoren og trykket til gassen som fyller måleren må velges på en spesiell måte avhengig av problemformuleringen. I en vanlig variant av denne enheten, kalt en geigerteller, påføres en sammenbruddsspenning på sylinderen og glødetråden. Hvis gjennom veggen eller gjennom enden av en slik meter kommer den inn

ioniserende partikkel, så vil en strømpuls flyte gjennom kondensatoren, som fortsetter til primærelektronene og selvutladningselektronene og ionene de lager nærmer seg den positive platen til kondensatoren. Denne strømpulsen kan forsterkes ved hjelp av konvensjonelle radiotekniske metoder, og passasjen av partikkelen gjennom telleren kan registreres enten ved et klikk eller ved et lysglimt, eller til slutt med en digital teller.

En slik enhet kan telle antall partikler som kommer inn i enheten. For dette er bare én ting nødvendig: strømpulsen må stoppe når neste partikkel kommer inn i telleren. Hvis driftsmodusen til måleren er valgt feil, begynner måleren å "choke" og teller feil. Oppløsningen til ioniseringstelleren er begrenset, men fortsatt ganske høy: opptil partikler per sekund.

Du kan senke spenningen og oppnå en modus der en strømpuls proporsjonal med antall dannede ioner ville passere gjennom kondensatoren (proporsjonal teller). For å gjøre dette, må du jobbe i området for en ikke-selvbærende gassutslipp. Primærelektroner, som beveger seg i det elektriske feltet til kondensatoren, får energi. Effektionisering begynner og nye ioner og elektroner blir til. De første ioneparene skapt av partikkelen som flyr inn i telleren, omdannes til ionepar. Når du opererer i en ikke-selvbærende utladningsmodus, vil forsterkningen være en konstant verdi, og proporsjonale tellere vil ikke bare fastslå at partikkelen passerer gjennom telleren, men også måle dens ioniserende evne.

Utslippet i proporsjonale tellere, så vel som i Geiger-tellerne beskrevet ovenfor, går ut når ioniseringen stopper. Forskjellen mellom en geigerteller er at den innkommende partikkelen i den fungerer som en triggermekanisme, og nedbrytningstiden er ikke relatert til den første ioniseringen.

Siden proporsjonale tellere reagerer på ioniseringsevnen til en partikkel, kan tellerens driftsmodus velges slik at den kun oppdager partikler av en bestemt type.

Hvis enheten fungerer i metningsstrømmodus (som kan oppnås ved å redusere spenningen), er strømmen gjennom den et mål på strålingsenergien som absorberes i enhetens volum per tidsenhet. I dette tilfellet kalles enheten et ioniseringskammer. Gevinsten er lik enhet i dette tilfellet. Fordelen med ioniseringskammeret er dets større stabilitet. Utformingen av ioniseringskamre kan variere betydelig. Kammerfylling, veggmaterialer, antall og form på elektrodene varierer avhengig av formålet med studien. I tillegg til bittesmå kammer med et volum i størrelsesorden en kubikkmillimeter, må man forholde seg til kammer med et volum på opptil hundrevis av meter. Under påvirkning av en konstant ioniseringskilde oppstår strømmer i kamrene fra til

Scintillasjonstellere.

Metoden for å telle blink av et fluorescerende stoff (scintillasjon) som et middel for å telle elementærpartikler ble først brukt av Rutherford for hans klassiske studier av strukturen til atomkjernen. Den moderne utførelsen av denne ideen har liten likhet med Rutherfords enkle enhet.

Partikkelen forårsaker et lysglimt i et fast stoff - fosfor. Det er veldig godt kjent stort antalløkologisk og uorganiske stoffer, som har evnen til å omdanne energien til ladede partikler og fotoner til lysenergi. Mange fosfor har en veldig kort etterglødsvarighet, i størrelsesorden milliarddeler av et sekund. Dette gjør det mulig å bygge scintillasjonstellere med høy hastighet kontoer. For en rekke fosfor er lyseffekten proporsjonal med energien til partiklene. Dette gjør det mulig å konstruere tellere for å estimere partikkelenergi.

I moderne tellere kombineres fosfor med fotomultiplikatorer som har konvensjonelle fotokatoder som er følsomme for synlig lys. Elektrisitet, opprettet i multiplikatoren, forsterkes og sendes deretter til telleenheten.

Det mest brukte organiske fosforet: antracen, stilben, terfenyl osv. Alle disse kjemiske forbindelser tilhører en klasse av såkalte aromatiske forbindelser, bygget av sekskanter av karbonatomer. For å bruke dem som scintillatorer, må disse stoffene tas i form av enkeltkrystaller. Siden vokser store enkeltkrystaller er noe vanskelig og siden krystaller organiske forbindelser er svært skjøre, så er bruken av plastscintillatorer av betydelig interesse - dette er navnet gitt til faste løsninger av organisk fosfor i gjennomsiktig plast - polystyren eller andre lignende høypolymerstoffer. Halogenider brukes fra uorganisk fosfor alkalimetaller, sinksulfid, wolframater av jordalkalimetaller.

Cherenkov kontrer.

Tilbake i 1934 viste Cherenkov at når en raskt ladet partikkel beveger seg i et helt rent flytende eller fast dielektrikum, oppstår det en spesiell glød, som er fundamentalt forskjellig fra både fluorescensgløden assosiert med energioverganger i stoffets atomer, og fra bremsstrahlung slik som det kontinuerlige røntgenspekteret . Cherenkov-stråling oppstår når en ladet partikkel beveger seg med en hastighet som overstiger fasehastigheten til lys i et dielektrikum. Hovedtrekket til strålingen er at den forplanter seg langs den koniske overflaten fremover i retning av partikkelbevegelse. Kjeglevinkelen bestemmes av formelen:

hvor er vinkelen til generatrisen til kjeglen med bevegelsesretningen til partikkelen, V er hastigheten til partikkelen, lysets hastighet i mediet. For et medium med en gitt brytningsindeks er det altså en kritisk hastighet under hvilken det ikke vil være noen stråling. Ved denne kritiske hastigheten vil strålingen være parallell med partikkelens bevegelsesretning. For en partikkel som beveger seg med en hastighet veldig nær lysets hastighet, vil en maksimal strålingsvinkel bli observert for cykloheksan

Cherenkov-strålingsspekteret, som erfaring og teori viser, ligger hovedsakelig i den synlige regionen.

Cherenkov-stråling er et fenomen som ligner på dannelsen av en baugbølge fra et skip som beveger seg gjennom vann; i dette tilfellet er skipets hastighet større enn hastigheten til bølgene på vannoverflaten.

Ris. 2376 illustrerer opprinnelsen til strålingen. En ladet partikkel beveger seg langs aksiallinjen og langs banen, det elektromagnetiske feltet som følger partikkelen polariserer mediet midlertidig på punkter langs partikkelens bane.

Alle disse punktene blir kilder til sfæriske bølger. Det er én enkelt vinkel der disse sfæriske bølgene vil være i fase og danne en enkelt front.

La oss vurdere to punkter på banen til en ladet partikkel (fig. 237c). De skapte sfæriske bølger, en om gangen, den andre om gangen. Det er åpenbart tid som partikkelen tok å reise mellom disse to punktene. For at disse to bølgene skal forplante seg i en eller annen vinkel 9 i samme fase, er det nødvendig at reisetiden til den første strålen er større enn reisetiden til den andre strålen med en tid. Banen som partikkelen beveger seg i tid er lik Bølgen vil dekke avstanden på samme tid Herfra får vi formelen ovenfor:

Cherenkov-stråling brukes i I det siste veldig bredt som en måte å registrere elementærpartikler på. Tellere basert på dette fenomenet kalles Cherenkov-tellere. Det lysende stoffet kombineres, som i scintillasjonstellere, med fotomultiplikatorer og forsterkere

fotoelektrisk strøm. Det er mange design av Cherenkov-tellere.

Cherenkov tellere har mange fordeler. Disse inkluderer rask hastighet beregninger og evnen til å bestemme ladningene til partikler som beveger seg med en hastighet som er veldig nær lysets hastighet (vi sa ikke at lyseffekten avhenger sterkt av ladningen til partikkelen). Bare ved hjelp av Cherenkov-tellere kan slike viktige problemer som direkte bestemmelse av hastigheten til en ladet partikkel, bestemmelse av retningen som en ultrarask partikkel beveger seg, etc. løses.

Plassering av tellere.

For å studere ulike prosesser for transformasjon og interaksjon av elementære partikler, er det nødvendig å ikke bare kunne notere utseendet til en partikkel på et gitt sted, men også å spore den videre skjebnen til den samme partikkelen. Slike problemer løses ved å bruke spesielle arrangementer av tellere med en generalisert tellekrets. For eksempel kan du elektriske kretser koble sammen to eller flere tellere på en slik måte at telling bare skjer hvis utladningen i alle tellere begynner på nøyaktig samme tid. Dette kan tjene som bevis på at den samme partikkelen har gått gjennom alle tellerne. Denne påslåingen av tellere kalles "matching switching".

Metode for tyktlags fotografiske emulsjoner.

Som kjent er det fotosensitive laget av fotografiske plater en gelatinfilm i hvilken sølvbromidmikrokrystaller innføres. Grunnlaget for den fotografiske prosessen er ioniseringen av disse krystallene, noe som resulterer i reduksjon av sølvbromid. Denne prosessen skjer ikke bare under påvirkning av lys, men også under påvirkning av ladede partikler. Hvis en ladet partikkel flyr gjennom emulsjonen, vil et skjult spor vises i emulsjonen, som kan sees etter at den fotografiske platen er fremkalt. Spor i fotografisk emulsjon forteller mange detaljer om partikkelen som forårsaket dem. Sterkt ioniserende partikler etterlater en fet rest. Siden ionisering avhenger av ladningen og hastigheten til partiklene, taler utseendet til sporet alene. Verdifull informasjon er gitt av avstanden (sporet) til en partikkel i en fotografisk emulsjon; Ved å måle lengden på sporet kan energien til partikkelen bestemmes.

Forskning ved bruk av konvensjonelle fotografiske plater med tynne emulsjoner er til liten nytte for formålene kjernefysikk. Slike plater vil bare registrere de partiklene som beveger seg strengt langs platen. Mysovsky og Zhdanov, samt noen år senere av Powell i England, introduserte fotografiske plater med en emulsjonstykkelse nær (for vanlige plater er lagtykkelsen hundre ganger mindre). Fotometoden er verdifull for sin klarhet, evnen til å observere et komplekst bilde av transformasjonen som skjer når en partikkel blir ødelagt.

I fig. 238 viser et typisk fotografi oppnådd ved denne metoden. Kjernefysiske transformasjoner skjedde på punktene.

I den siste versjonen av denne metoden brukes emulsjonskamre med stort volum som mediet der partikkelspor registreres.

Metoder for å analysere observasjoner.

Ved hjelp av de beskrevne instrumentene har forskeren muligheten til å bestemme alle de viktigste konstantene til en elementær partikkel: hastighet og energi, elektrisk ladning, masse; alle disse parameterne kan bestemmes med ganske høy nøyaktighet. I nærvær av en partikkelstrøm er det også mulig å bestemme verdien av spinnet til en elementær partikkel og dens magnetiske moment. Dette gjøres ved det samme eksperimentet med stråledeling i et magnetfelt, som ble beskrevet på side 171.

Det bør huskes at bare ladede partikler blir direkte observert. Alle data om nøytrale partikler og fotoner oppnås indirekte ved å studere arten av virkningen av disse usynlige partiklene på ladede. Dataene innhentet om usynlige partikler har imidlertid en høy grad av pålitelighet.

En viktig rolle i studiet av alle slags transformasjoner av elementærpartikler spilles av anvendelsen av lovene om bevaring av momentum og energi. Siden vi har å gjøre med raske partikler, når vi bruker loven om bevaring av energi, er det nødvendig å ta hensyn til mulig endring i masse.

La oss anta at det på bildet er et spor av partikler i form av en "gaffel". Den første partikkelen ble til to partikler: den andre og den tredje. Da må følgende relasjoner være tilfredsstilt. For det første må momentumet til den første partikkelen være lik vektorsummen av momentet til de resulterende partiklene:

hvor er masseforskjellen

Hele erfaringen med kjernefysikk viser at bevaringslovene er strengt tatt oppfylt under enhver transformasjon av elementærpartikler. Dette lar oss bruke disse lovene til å bestemme egenskapene til en nøytral partikkel som ikke etterlater spor i en fotografisk emulsjon og ikke ioniserer gass. Hvis to divergerende spor blir observert på en fotografisk plate, er det klart for forskeren: på det punktet disse sporene divergerer fra, har det skjedd en transformasjon av en nøytral partikkel. Ved å bestemme momenta, energier og masse til de resulterende partiklene, kan man trekke sikre konklusjoner om verdien av parameterne til den nøytrale partikkelen. Slik ble nøytronet oppdaget, og på denne måten bedømmer vi nøytrinoer og nøytrale mesoner, som vil bli diskutert nedenfor.

Leksjonens mål

• Pedagogisk: gi en ide om metodene for å registrere ladede partikler, avslør funksjonene til hver metode, identifiser hovedmønstrene, studer bruken av metodene.
• Utviklingsmessig: utvikle hukommelse, tenkning, persepsjon, oppmerksomhet, tale gjennom individuell forberedelse til leksjonen; utvikle ferdigheter i arbeid med tilleggslitteratur og internettressurser.
• Pedagogisk: utvikle pedagogisk motivasjon, dyrke patriotisme gjennom å studere innenlandske forskeres bidrag til verdensvitenskapen.

I løpet av timene

І . Gjør deg kjent med det teoretiske stoffet.

Teoretisk informasjon

Tallrike metoder for å registrere elementærpartikler og stråling er utviklet for å studere kjernefysiske fenomener. La oss se på noen av dem som er mest brukt.

1) Geigerteller for gassutslipp

En geigerteller er en av de viktigste enhetene for automatisk partikkeltelling. Telleren består av et glassrør belagt på innsiden med et metalllag (katode) og en tynn metalltråd som går langs rørets akse (anode).

Røret er fylt med gass, vanligvis argon. Telleren opererer basert på slagionisering. En ladet partikkel (elektron, Υ-partikkel, etc.), som flyr gjennom en gass, fjerner elektroner fra atomer og lager positive ioner og frie elektroner. Det elektriske feltet mellom anoden og katoden (høyspenning påføres dem) akselererer elektronene til en energi der støtioniseringen begynner. Det går et snøskred av ioner, og strømmen gjennom telleren øker kraftig. I dette tilfellet genereres en spenningspuls over belastningsmotstanden R, som mates til opptaksenheten. For at telleren skal registrere neste partikkel som treffer den, må skredutslippet slukkes. Dette skjer automatisk.

Geigertelleren brukes hovedsakelig til å registrere elektroner og Y-kvanter (høyenergifotoner) Men Y-kvanter registreres ikke direkte på grunn av deres lave ioniserende evne. For å oppdage dem er den indre veggen av røret belagt med et materiale hvorfra Y-kvanter slår ut elektroner.

Telleren registrerer nesten alle elektroner som kommer inn i den; Når det gjelder Y-kvante, registrerer den omtrent bare ett Y-kvant av hundre. Registrering av tunge partikler (for eksempel J-partikler) er vanskelig, siden det er vanskelig å lage et tilstrekkelig tynt "vindu" i disken som er gjennomsiktig for disse partiklene.

2) Skykammer

Virkningen av et skykammer er basert på kondensering av overmettet damp på ioner for å danne vanndråper. Disse ionene skapes langs banen av en ladet partikkel i bevegelse.

Enheten er en sylinder med et stempel 1 (fig. 2), dekket med et flatt glasslokk 2. Arbeidsvolumet til kammeret er fylt med gass, som inneholder mettet damp. Når stempelet raskt beveger seg nedover, utvider gassen i volumet seg adiabatisk og avkjøles, samtidig som den blir overmettet. Når en partikkel flyr gjennom dette rommet og skaper ioner langs sin vei, dannes det dråper av kondensert damp på disse ionene. Et spor av partikkelbanen (sporet) vises i kameraet i form av en tåkestripe (fig. 3), som kan observeres og fotograferes. Banen eksisterer i tideler av et sekund. Tilbakeføring av stempelet til sin opprinnelige posisjon og fjerning av ionene elektrisk felt, kan den adiabatiske ekspansjonen utføres på nytt. Dermed kan eksperimenter med kameraet utføres gjentatte ganger.

Hvis kameraet er plassert mellom polene til en elektromagnet, utvides kameraets evner for å studere egenskapene til partikler betydelig. I dette tilfellet virker Lorentz-kraften på den bevegelige partikkelen, noe som gjør det mulig å bestemme verdien av partikkelens ladning og dens momentum fra krumningen til banen. Figur 4 viser en mulig versjon av dekodingsfotografier av elektron- og positronspor. Induksjonsvektoren B til magnetfeltet er rettet vinkelrett på tegneplanet bak tegningen. Positronet bøyer seg til venstre, og elektronet til høyre.

3 ) Boblekammer

Det skiller seg fra et skykammer ved at de overmettede dampene i arbeidsvolumet til kammeret erstattes av overopphetet væske, dvs. en væske som er under trykk mindre enn trykket mettede damper.

Når en partikkel flyr gjennom en slik væske, forårsaker det utseendet av dampbobler, og danner derved et spor (fig. 5).

I den opprinnelige tilstanden komprimerer stempelet væsken. Med en kraftig reduksjon i trykket er væskens kokepunkt lavere enn omgivelsestemperaturen.

Væsken blir ustabil (overopphetet) tilstand. Dette sikrer utseendet av bobler langs banen til partikkelen. Hydrogen, xenon, propan og noen andre stoffer brukes som arbeidsblanding.

Fordelen med boblekammeret fremfor Wilson-kammeret skyldes den høyere tettheten til arbeidsstoffet. Som et resultat viser partikkelbanene seg å være ganske korte, og partikler med selv høye energier setter seg fast i kammeret. Dette lar en observere en rekke suksessive transformasjoner av en partikkel og reaksjonene den forårsaker.

4) Tykkfilmemulsjonsmetode

For å oppdage partikler, sammen med skykamre og boblekamre, brukes tykklags fotografiske emulsjoner. Ioniserende effekt av hurtigladede partikler på fotografisk plateemulsjon. Den fotografiske emulsjonen inneholder et stort antall mikroskopiske krystaller av sølvbromid.

En hurtigladet partikkel som trenger inn i krystallen, fjerner elektroner fra individuelle bromatomer. En kjede av slike krystaller danner et latent bilde. Når metallisk sølv vises i disse krystallene, danner kjeden av sølvkorn et partikkelspor.

Lengden og tykkelsen på sporet kan brukes til å estimere energien og massen til partikkelen. På grunn av den høye tettheten til den fotografiske emulsjonen er sporene veldig korte, men ved fotografering kan de forstørres. Fordelen med fotografisk emulsjon er at eksponeringstiden kan være så lang som ønskelig. Dette gjør at sjeldne hendelser kan registreres. Det er også viktig at på grunn av fotoemulsjonens høye stoppeevne, øker antallet observerte interessante reaksjoner mellom partikler og kjerner.

5) Scintillasjonsmetode

En scintillasjonsteller består av en scintillator, en fotomultiplikator og elektroniske enheter for forsterkning og telling av pulser. Scintillatoren konverterer energi ioniserende stråling til synlig lyskvanter, hvis størrelse avhenger av typen partikler og scintillatormateriale. Kvanter av synlig lys, som treffer fotokatoden, slår ut elektroner fra den, hvis antall økes mange ganger av fotomultiplikatoren. Som et resultat dannes en betydelig puls ved utgangen til fotomultiplikatoren, som deretter forsterkes og telles av en omberegningsenhet. Altså på grunn av energi en-eller b-partikler, g-kvante eller annen kjernefysisk partikkel, vises en lys flash-scintillasjon i scintillatoren, som deretter konverteres til en strømpuls ved hjelp av et fotomultiplikatorrør (PMT) og registreres.

II. Bruk teoretisk materiale og Internett-ressurser, fyll ut tabellen

Spinthariskop

Geiger-teller

Wilson kammer

Boblekammer

2. Enhet

3. Partikkelinformasjon

4. Partikkeltype

5. Fordeler

6. Ulemper

7. Fysiske lover

8. Driftsprinsipp

9. Oppdagelser gjort ved hjelp av enheten

III. Gjør laboratoriet

Emne: "Å studere spor av ladede partikler ved å bruke ferdige fotografier"

Mål: identifisere en ladet partikkel ved å sammenligne dens spor med sporet til et proton i et skykammer plassert i et magnetfelt; evaluere feilen i eksperimentet, systematisere informasjonen som er hentet fra analysen av spor i fotografier, danne konklusjoner og konklusjoner.

Utstyr: ferdig fotografi av to spor av ladede partikler. Spor I er et proton, spor II er en partikkel som må identifiseres.

Forklaringer

Når du utfører dette laboratoriearbeid det bør huskes at:

• jo lengre sporlengden er, desto høyere er energien til partikkelen (og jo lavere tetthet til mediet);
• jo større ladningen til partikkelen og jo lavere hastigheten er, jo større er tykkelsen på sporet;
• Når en ladet partikkel beveger seg i et magnetfelt, viser dens spor seg å være buet, og krumningsradiusen til sporet er større, jo større massen og hastigheten til partikkelen er og jo mindre ladningen og magnetfeltinduksjonsmodulen er. .
• partikkelen beveget seg fra enden av sporet med en stor krumningsradius til enden med en mindre krumningsradius (krumningsradiusen avtar når den beveger seg, siden partikkelhastigheten avtar på grunn av motstanden til mediet).

Arbeidsordre

1. Sjekk ut fotografiet av sporene til to ladede partikler. (Spor I tilhører protonet, spor II til partikkelen som må identifiseres) (se fig. 1).
2. Mål kurveradiene til sporene i deres første seksjoner (se fig. 2).

Det kommer et bilde her:

Bordpartikkel

Relativ feil,

6. Tilleggsoppgave.

a) I hvilken retning beveget partiklene seg?

b) Lengden på partikkelsporene er omtrent den samme. Hva betyr dette?

c) Hvordan endret tykkelsen på sporet seg etter hvert som partiklene beveget seg? Hva følger av dette?

Det vil være en fil her: /data/edu/files/y1445085758.doc (Larisa Belova: Metoder for registrering av ladede partikler)

Elementærpartikler kan observeres takket være sporene de etterlater seg når de passerer gjennom materie. Naturen til sporene gjør at vi kan bedømme tegnet på partikkelens ladning, dens energi, momentum osv. Ladede partikler forårsaker ionisering av molekyler langs deres vei. Nøytrale partikler etterlater seg ikke spor, men de kan avsløre seg i øyeblikket av forfall til ladede partikler eller i kollisjonsøyeblikket med en hvilken som helst kjerne. Følgelig blir nøytrale partikler til slutt også oppdaget av ioniseringen forårsaket av de ladede partiklene de genererer.

Instrumenter som brukes til å oppdage ioniserende partikler er delt inn i to grupper. Den første gruppen inkluderer instrumenter som registrerer passasjen til en partikkel og i tillegg gjør det mulig i noen tilfeller å bedømme dens energi. Den andre gruppen dannes av de såkalte sporapparatene, det vil si enheter som gjør det mulig å observere spor (spor) av partikler i materie.

Opptaksinstrumenter inkluderer en scintillasjonsteller, en Cherenkov-teller, et ioniseringskammer, en gassutladningsteller og en halvlederteller.

1. Scintillasjonsteller. En ladet partikkel som flyr gjennom et stoff forårsaker ikke bare ionisering, men også eksitasjon av atomer. Når de går tilbake til sin normale tilstand, avgir atomene synlig lys. Stoffer der ladede partikler forårsaker et merkbart lysglimt (scintillasjon) kalles fosfor. De mest brukte fosfor er (sinksulfid aktivert av sølv) og (natriumjodid aktivert av thallium).

Scintillasjonstelleren består av fosfor, hvorfra lys tilføres gjennom en spesiell lysleder til et fotomultiplikatorrør. Pulsene som oppnås ved utgangen til fotomultiplikatoren telles. Pulsamplituden, proporsjonal med blitsintensiteten, bestemmes også. Dette gir tilleggsinformasjon om de påviste partiklene. For denne typen tellere er deteksjonseffektiviteten for ladede partikler 100 %.

2. Cherenkov teller. Driftsprinsippet til denne telleren er omtalt i avsnitt 3.3.3. (s. 84). Hensikten med tellerne er å måle energien til partikler som beveger seg i materie med en hastighet som overstiger lysets fasehastighet i et gitt medium. I tillegg lar tellere deg separere partikler etter masse. Når du kjenner til strålingsvinkelen, er det mulig å bestemme hastigheten til partikkelen, som med en kjent masse tilsvarer å bestemme energien. Hvis massen til partikkelen er ukjent, kan den bestemmes ved uavhengig måling av partikkelenergien.

Cherenkov tellere er installert på romskip for studiet av kosmisk stråling.

3. Ioniseringskammer er en elektrisk kondensator fylt med gass, til elektrodene som leveres konstant trykk. Den detekterte partikkelen, som kommer inn i rommet mellom elektrodene, ioniserer gassen. Spenningen på kondensatorplatene velges slik at alle de dannede ionene på den ene siden når elektrodene uten å ha tid til å rekombinere, og på den andre siden ikke akselererer så sterkt at det gir sekundær ionisering. Følgelig blir ioner generert direkte under påvirkning av ladede partikler samlet på platene: den totale ioniseringsstrømmen måles eller passasjen av enkeltpartikler registreres. I sistnevnte tilfelle fungerer kameraet som en teller.

4. Gassutslippsmåler vanligvis utført i form av en gassfylt metallsylinder med en tynn ledning strukket langs sin akse. Sylinderen fungerer som katoden, ledningen som anode. I motsetning til ioniseringskammeret, spiller sekundær ionisering hovedrollen i en gassutladningsteller. Det finnes to typer gassutladningstellere: proporsjonale tellere og Geiger-Muller-tellere. I det første er gassutslippet ikke selvbærende, i det andre er det uavhengig.

I proporsjonale tellere er utgangspulsen proporsjonal med den primære ioniseringen, dvs. energien til partikkelen som flyr inn i telleren. Derfor registrerer disse tellerne ikke bare partikkelen, men måler også dens energi.

Geiger-Muller-telleren i design og operasjonsprinsipp skiller seg ikke vesentlig fra proporsjoneltelleren, men den opererer i området for strømspenningskarakteristikken som tilsvarer en selvopprettholdt utladning, dvs. i området med høyspenninger, når utgangspuls er ikke avhengig av primær ionisering. Denne telleren registrerer en partikkel uten å måle energien. For å registrere individuelle pulser, må den resulterende uavhengige utladningen slukkes. For å gjøre dette kobles en motstand i serie med gjengen (anode) slik at utladningsstrømmen som genereres i måleren forårsaker et spenningsfall over motstanden tilstrekkelig til å avbryte utladningen.

5. Halvlederteller. Hovedelementet i denne telleren er en halvlederdiode, som har en veldig liten tykkelse på arbeidsområdet (tiendedeler av en millimeter). Som et resultat kan telleren ikke registrere høyenergipartikler. Men den er svært pålitelig og kan operere i magnetiske felt, siden for halvledere er den magnetoresistive effekten (motstandsavhengighet på magnetfeltstyrken) veldig liten.

Til nummeret spore enheter inkluderer skykammer, diffusjonskammer, boblekammer og kjernefysiske fotografiske emulsjoner.

1. Wilson kammer. Dette er navnet på enheten laget av den engelske fysikeren Wilson i 1912. En bane av ioner lagt av en flygende ladet partikkel blir synlig i et skykammer, fordi overmettet damp av en væske kondenserer på ionene. Kammeret er vanligvis laget i form av en glassylinder med et tettsittende stempel. Sylinderen er fylt med nøytral gass mettet med vann eller alkoholdamp. Med en kraftig ekspansjon av gassen blir dampen overmettet, og tåkespor dannes langs banene til partikler som flyr gjennom kammeret, som er fotografert fra forskjellige vinkler. Av utseende spor, kan man bedømme typen partikler som flyr forbi, antall og energi. Ved å plassere kameraet i et magnetfelt kan man bedømme tegnet på ladningen deres ut fra krumningen til partikkelbanene.

Wilson kammer i lang tid var den eneste sportypen. Den er imidlertid ikke uten ulemper, den viktigste er den lille arbeidstid, som er omtrent 1 % av tiden brukt på å forberede kameraet for neste lansering.

2. Diffusjon Kammeret er en type Wilson-kammer. Overmetning oppnås ved diffusjon av alkoholdamp fra det oppvarmede lokket til den avkjølte bunnen. Et lag med overmettet damp dukker opp nær bunnen, der flygende ladede partikler lager spor. I motsetning til et skykammer, fungerer et diffusjonskammer kontinuerlig.

3. Boble kamera. Denne enheten er også en modifikasjon av Wilson-kammeret. Arbeidsstoffet er overopphetet væske under høyt trykk. Med en plutselig trykkavgivelse overføres væsken til en ustabil overopphetet tilstand. En flygende partikkel forårsaker en skarp oppkoking av væsken, og banen viser seg å være preget av en kjede av dampbobler. Banen, som i et skykammer, er fotografert.

Boblekammeret fungerer i sykluser. Dens dimensjoner er de samme som dimensjonene til skykammeret. Væsken er mye tettere enn damp, noe som gjør det mulig å bruke kammeret til å studere lange kjeder av skapelse og forfall av høyenergipartikler.

4. Kjernefysiske fotoemulsjoner. Når du bruker denne deteksjonsmetoden, passerer en ladet partikkel gjennom emulsjonen og forårsaker ionisering av atomene. Etter at emulsjonen er utviklet, oppdages spor av ladede partikler i form av en kjede av sølvkorn. En emulsjon er et tettere medium enn dampen i et skykammer eller væsken i et boblekammer, derfor er sporlengden i emulsjonen kortere. (Sporlengden i emulsjonen tilsvarer sporlengden i skykammeret.) Fotoemulsjonsmetoden brukes til å studere ultrahøyenergipartikler som finnes i kosmiske stråler eller produseres i akseleratorer.

Fordelene med tellere og spordetektorer er kombinert i gnistkamre, som kombinerer opptakshastigheten til tellere med raskere fullstendig informasjon om partikler produsert i kamre. Vi kan si at gnistkammeret er et sett med tellere. Informasjon i gnistkammer gis umiddelbart, uten ytterligere behandling. Samtidig kan partikkelspor bestemmes av handlingene til mange tellere.