Принцип работы счетчика гейгера кратко 9 класс

Торцевой счетчик Бета-2М имеет круглую форму и значительную площадь рабочей зоны, составляющую приблизительно 14 кв. см. Радиационная чувствительность к кобальту-60 – 240 имп/мкР. Максимальный собственный фон в толстостенной свинцовой камере не превышает 1 имп/с. Датчик позволяет регистрировать ионизирующее фотонное излучение в диапазоне от 0,05 МэВ до 3 МэВ.

Устройство и принцип работы счетчиков Гейгера. Типы счетчиков и их сравнение между собой.

Специально для тех, кому некогда или нет желания читать технический текст, мы подготовили информацию этой статьи в сжатом обобщенном табличном виде – с привязкой к ассортименту нашего интернет-магазина.

типы счетчика Гейгера
цилиндрический датчик

Учитывая важность контроля присутствия (или появления) в атмосфере и в быту
опасных* радионуклидов, излучающих альфа- и/или бета-частицы
(скрытые и явные выбросы этих веществ в атмосферу, а также газ радон), то
СТАНДАРТОМ полноценного бытового дозиметра
на сегодняшний день мы видим
модели на базе
мульти-чувствительных слюдяных датчиков

* — в повседневной жизни гораздо важнее контролировать присутствие и мощность именно α- и β- излучений, как намного более опасных для здоровья человека по сравнению с фоновым гамма-излучением. Именно α- и β- излучения (и, в частности, радон — их основной источник) являются одной из основных причин онкологических заболеваний человечества ( ВОЗ про опасность газа радон ).

Итак, теперь переходим непосредственно к статье.

Во всех бытовых и во многих профессиональных приборах дозиметрического контроля в качестве датчика радиоактивного излучения используется счетчик Гейгера. Этот компонент стал важной частью дозиметра по причине простоты, надежности и эффективности применения.

Счетчик Гейгера был изобретен в 1908 году немецким физиком-экспериментатором Хансом Вильгельмом Гейгером. В 1928 году, совместно с Вальтером Мюллером, счетчик был усовершенствован. Поэтому изобретение часто называют счетчиком Гейгера-Мюллера.

В период зарождения ядерной физики, атомной энергетики и создания ядерного оружия нужны были простые приборы для регистрации и измерения интенсивности процессов распада радиоактивных материалов. Одним из первых счетчиков Гейгера в СССР стал применяться СТС-5, который устанавливался в армейских дозиметрических приборах ДП-5А. Массовое производство таких счетчиков радиации освоил Московский электроламповый завод.

Рис.1. Газоразрядный счетчик СТС-5.

Более совершенный измеритель мощности дозы ДП-5В использовался не только в вооруженных силах и на атомных электростанциях, но и в группах дозиметрического контроля формирований гражданской обороны. Он включал в свой состав счетчик Гейгера типа СБМ-20, производство которого началось в 70-х годах прошлого столетия на одном из предприятий города Саранска.

Рис.2. Газоразрядный счетчик СБМ-20.

Конструкция и характеристики счетчиков СТС-5 и СБМ-20 практически идентичны, а последний вариант до сих пор широко применяется в современных средствах контроля радиоактивного излучения. Данный тип счетчиков используется в дозиметрах Соэкс, SMG, Радэкс.

Принцип работы счетчиков Гейгера основан на эффекте ударной ионизации газовой среды под действием радиоактивных частиц или квантов электромагнитных колебаний в межэлектродном пространстве при высоком ускоряющем напряжении.

Устройство состоит из герметичного металлического или стеклянного баллона, наполненного инертным газом (неон, аргон) или газовой смесью. Внутри баллона имеются электроды – катод и анод. Для облегчения возникновения электрического разряда в газовом баллоне создается пониженное давление. Электроды подключаются к источнику высокого напряжения постоянного тока через нагрузочный резистор, на котором формируются электрические импульсы при регистрации радиоактивных частиц.

Рис.3. Устройство и схема включения счетчика Гейгера.

Газоразрядные счетчики предназначены только для регистрации частиц или квантов и не могут определить ни энергетические их характеристики, ни тип радиоактивного излучения, если это не предусмотрено специальной методикой измерения. Однако, сравнивая между собой различные счетчики Гейгера-Мюллера, важно понимать и правильно трактовать возможности этих устройств.

Рис.4. Кванты рентгеновского и гамма-излучения.

Рис.5. Радиоактивные частицы альфа и бета типа.

Остановимся на наиболее важных характеристиках газоразрядных счетчиков Гейгера, по которым можно сравнивать и выявлять лучшие образцы из них.

Площадь входного окна или рабочей зоны. Это площадь пространства, через которое пролетают детектируемые частицы или кванты. Она напрямую связана с размерами счетчика. Чем больше эта площадь, тем больше частиц сможет уловить счетчик Гейгера в единицу времени и тем больше будет его чувствительность к радиации. Указывается в квадратных сантиметрах.

Собственный фон. Это излучение деталей самого счетчика или иные причины самопроизвольного срабатывания при максимальном изолировании изделия от радиационного воздействия внешней среды (например, в свинцовой камере). Минимальный фон позволяет увеличить чувствительность счетчика при малых значениях радиоактивного излучения. Если собственный фон детектора будет значительным, то часть полезной информации закроется шумом. Приводится в импульсах в секунду (имп/с).

Сегодня промышленность выпускает широкий ассортимент счетчиков Гейгера-Мюллера для нужд приборостроительной отрасли. Рассмотрим наиболее типичные из них, которые нашли применение в современных дозиметрических приборах.

Регистрация гамма-фотонов и жесткого бета-излучения. На это способны практически все классические счетчики Гейгера, выпускаемые как в прошлом столетии, так и в настоящее время. Оба вида излучения несут высокую энергию и обладают большой проникающей способностью. Такие кванты и частицы легко проникают в тонкостенный стеклянный или металлический баллон детектора и обнаруживаются электронной схемой.

Рис.6. Устройство счетчика Гейгера СБМ-20.

Существующие модификации счетчика СБМ-20-1, СБМ-20У имеют такие же параметры и отличаются лишь конструкцией контактных элементов для подключения к измерительной схеме. Аналогичные счетчики Гейгера цилиндрического типа разных производителей (СБМ-10, СБМ-19, СБМ-21, СИ24БГ, СИ29БГ) имеют похожую конструкцию и характеристики, некоторые из них встречаются в бытовых дозиметрах.

Торцевой счетчик Бета-2М имеет круглую форму и значительную площадь рабочей зоны, составляющую приблизительно 14 кв. см. Радиационная чувствительность к кобальту-60 – 240 имп/мкР. Максимальный собственный фон в толстостенной свинцовой камере не превышает 1 имп/с. Датчик позволяет регистрировать ионизирующее фотонное излучение в диапазоне от 0,05 МэВ до 3 МэВ.

Рис.7. Торцевой гамма-счетчик Бета-2М.

В качестве гамма-счетчиков могут применяться гамма-бета-счетчики, предназначенные для регистрации гамма-лучей и жесткого бета-излучения (например, СБМ-20). Если поверх такого датчика установить свинцовый либо стальной экран определенной толщины, то это исключит возможность регистрации счетчиком бета-частиц. Так и поступают во многих случаях разработчики, создающие гамма-дозиметры для измерения мощности дозы фотонов рентгеновского или гамма-излучения.

Рис.8. Устройство торцевого счетчика Гейгера.

Рис.9. Торцевой бета-гамма-счетчик Бета-5.

Рис.10. Торцевой альфа-бета-гамма-счетчик Бета-1.

Какой бытовой дозиметр выбрать?

Позвоните прямо сейчас по телефонам: 8 (800) 333-09-18
и получите качественную консультацию по выбору прибора!

— служит для регистрации частиц
— позволяет регистрировать редкие явления из-за большого время экспозиции.

Главная

Вспомни физику:
7 класс
8 класс
9 класс
10-11 класс
видеоролики по физике
мультимедиа 7 кл.
мультимедиа 8 кл.
мультимедиа 9 кл.
мультимедиа 10-11 кл.
астрономия
тесты 7 кл.
тесты 8 кл.
тесты 9 кл.
демонстрац.таблицы
ЕГЭ
физсправочник

Азбука физики

Научные игрушки

Простые опыты

Этюды об ученых

Читатели пишут

Умные книжки

Есть вопросик?

Его величество.

Музеи науки.

Достижения.

Загляни!
На урок

МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

— служит для подсчета количества радиоактивных частиц ( в основном электронов ).

Это стеклянная трубка, заполненная газом (аргоном), с двумя электродами внутри (катод и анод).
При пролете частицы возникает ударная ионизация газа и возникает импульс электрического тока.

Достоинства:
— компактность
— эффективность
— быстродействие
— высокая точность (10ООО частиц/с).

Где используется:
— регистрация радиоактивных загрязнений на местности, в помещениях, одежды, продуктов и т.д.
— на объектах хранения радиоактивных материалов или с работающими ядерными реакторами
— при поиске залежей радиоактивной руды (U, Th)

— служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков).

Внутренний объем камеры заполнен парами спирта или воды в перенасыщенном состоянии:
при опускании поршня уменьшается давление внутри камеры и понижается температура, в результате адиабатного процесса образуется перенасыщенный пар .
По следу пролета частицы конденсируются капельки влаги и образуется трек – видимый след.
При помещении камеры в магнитное поле по треку можно определить энергию, скорость, массу и заряд частицы.

По длине и толщине трека, по его искривлению в магнитном поле определяют характеристики пролетевшей радиоактивной частицы.
Например, альфа-частица дает сплошной толстый трек,
протон — тонкий трек,
электрон — пунктирный трек.

— вариант камеры Вильсона

При резком понижении поршня жидкость, находящаяся под высоким давление, переходит в перегретое состояние . При быстром движении частицы по следу образуются пузырьки пара , т.е. жидкость закипает, виден трек .

Преимущества перед камерой Вильсона:
— большая плотность среды, следовательно короткие треки
— частицы застревают в камере и можно проводить дальнейшее наблюдение частиц
— большее быстродействие.

Метод толстослойных фотоэмульсий

— служит для регистрации частиц
— позволяет регистрировать редкие явления из-за большого время экспозиции.

Фотоэмульсия содержит большое количество микрокристаллов бромида серебра.
Влетающие частицы ионизируют поверхность фотоэмульсий. Кристаллики AgВr распадаются под действием заряженных частиц и при проявлении выявляется след от пролета частицы — трек.
По длине и толщине трека можно определить энергию и массу частиц.

Другие страницы по теме «Атомная физика» за 10-11 класс:

ЧТО МЫ ЗНАЕМ О ФИЗИКАХ?

Нильс Бор в 1961 году говорил: «На каждом этапе А.Эйнштейн бросал вызов науке , и не будь этих вызовов, развитие квантовой физики затянулось бы надолго».
___

В 1943 году Нильс Бор , спасаясь от оккупантов, вынужден был покинуть Копенгаген. Не рискуя взять с собой одну очень ценную для него вещь, он растворил ее в «царской водке» и колбу оставил в лаборатории. После освобождения Дании, вернувшись, он выделил из раствора то, что растворил, и по его заказу создали новую Нобелевскую медаль .
__

В 1933 году в лаборатории, которую возглавлял Эрнест Резерфорд , был сооружен мощный по тем временам ускоритель . Ученый очень гордился этой установкой и как-то раз, показывая ее одному из посетителей, заметил: «Эта штука обошлась нам очень дорого. На эти деньги можно целый год содержать одного аспиранта! Но разве какой-нибудь аспирант может сделать за год столько открытий !»

Книги по физике
Викторина по физике

Физика в кадре

Учителю

Решение задач

Презентации

5 Счетчик Гейгера применяется в основном для регистрации электронов, но существует модели, пригодны и для регистрации — гамма квантов. Счетчик Гейгера применяется в основном для регистрации электронов, но существует модели, пригодны и для регистрации — гамма квантов.

1 Экспериментальные методы исследования частиц. Счетчик Гейгера Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа 30 города Белово» Выполнили: Ворончихин Валерий, Макарейкин Антон Ученики 9 «Б» класса Руководитель: Попова И.А., учитель физики Белово 2010

5 Счетчик Гейгера применяется в основном для регистрации электронов, но существует модели, пригодны и для регистрации — гамма квантов. Счетчик Гейгера применяется в основном для регистрации электронов, но существует модели, пригодны и для регистрации — гамма квантов.

6 ПОДУМАЙТЕ! В каком году был создан счетчик Гейгера? В каком году был создан счетчик Гейгера? Для чего применяют счетчик Гейгера? Для чего применяют счетчик Гейгера? Для регистрации каких частиц применяется счетчик Гейгера? Для регистрации каких частиц применяется счетчик Гейгера? Благодаря чему в пространстве межде электродами возникает сильное электрическое поле? Благодаря чему в пространстве межде электродами возникает сильное электрическое поле?

7 Литература 1. А.В. Перышкин, Е.М. Гутник «Физика. 9 класс», «Дрофа», 2009 г.

4. Какие характеристики частиц можно определить с помощью камеры Вильсона, помещённой в магнитное поле?

1. По рисунку 159 расскажите об устройстве и принципе действия счётчика Гейгера.

2. Для регистрации каких частиц применяется счётчик Гейгера?

Счетчик Гейгера применяется для регистра­ции электронов и 7-квантов.

3. По рисунку 160 расскажите об устройстве и принципе действия камеры Вильсона.

4. Какие характеристики частиц можно определить с помощью камеры Вильсона, помещённой в магнитное поле?

По направлению изгиба судят о заряде ча­стицы, а по радиусу кривизны можно узнать вели­чину заряда, массу и энергию частицы.

5. В чём преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона? Чем отличаются эти приборы?

В пузырьковой камере вместо пересыщенного пара используется перегретая выше точки кипения жидкость, что делает ее быстродейственнее.

В случае тонкостенной металлической трубки ее дополнительно гофрируют для придания жесткости и устойчивости к внешнему атмосферному давлению, которая не позволяла бы ей сжиматься. На торцах трубки расположены герметизирующие изоляторы из стекла или термореактивной пластмассы. В них же находятся выводы-колпачки для подключения к схеме приборов. По оси трубки натянута тонкая проволока, а коаксиально с ней расположен металлический цилиндр. На картинке ниже — внутреннее устройство «народного» счетчика СБМ-20

Про типы ионизирующих излучений и способы их детектирования

Предназначение распространенных детекторов показано в таблице ниже (привет аспиранту проф. Давыдова ;), если прочитает статью).

Видно, что для определения самых распространенных типов излучения счетчики Гейгера-Мюллера вполне подходят. Правда их чувствительность к различному излучению будет отличаться в зависимости от конструкции счетчика. Выглядит это следующим образом:

α-частицы (ядра гелия) — счетчики Гейгера-Мюллера со слюдяным окном (т.н. «блинчики»)
β-частицы (электроны) — счетчики Гейгера-Мюллера со слюдяным окном («мягкая β»), цилиндрические счетчики Гейгера-Мюллера («жесткая β»)
γ-кванты (рентгеновские лучи) — цилиндрические счетчики Гейгера-Мюллера
Нейтроны — сцинтилляторные детекторы

Из всего этого следует, что для проживающих на пост-советских (=с тысячами армейских баз и складов) территориях людей стоит не искать на aliexpress китайский «якобы дозиметр» за пару долларов, а спрашивать у знакомых «дедов» на предмет счетчика Гейгера. Исполнять, так сказать, заветы легендарного Ю.А. Виноградова (из книги Ионизирующая радиация: обнаружение, контроль, защита):

«на каждый день» стоит искать СБМ-20 (СТС-5), а «на перспективу» — слюдяные счетчики СИ-8Б, СБТ-10, СБТ-11. Если найти/выменять/купить удалось — читаем дальше.

Для изучения строения атомных ядер необходимы специальные устройства, которые смогут регистрировать ядра и различные частицы.

Камера Вильсона

Общий вид камеры Вильсона показан на следующем рисунке.

Через тонкое окошко в камеру Вильсона запускают исследуемые частицы. Они пролетают через камеру на высокой скорости, и создают на своем пути ионы. На этих ионах конденсируется водяной перенасыщенный пар и пары этилового спирта, которыми пропитана черная ткань на дне камеры.

  • Вдоль всего пути частицы возникает след из капелек, который называется треком. Эти треки мы можем наблюдать или даже сфотографировать.

Для этого сбоку на камеру направляют мощный пучок световых лучей. Камера Вильсона является мощным инструментов при экспериментальном исследовании частиц. С её помощью, было сделано множество важных открытий в области физики элементарных частиц и ядерной физики.

Обычно треки частиц в камере Вильсона не только наблюдают, но и фотографируют. При этом камеру освещают сбоку мощным пучком световых лучей, как показано на рисунке 160.

Для дальнейшего развития ядерной физики (в частности, для исследования строения атомных ядер) необходимы были специальные устройства, с помощью которых можно было бы регистрировать ядра и различные частицы, а также изучать их взаимодействия.

Один из известных вам методов регистрации частиц — метод сцинтилляций — не даёт необходимой точности, так как результат подсчёта вспышек на экране в большой степени зависит от остроты зрения наблюдателя. Кроме того, длительное наблюдение оказывается невозможным, так как глаз быстро устаёт.

Более совершенным прибором для регистрации частиц является так называемый счётчик Гейгера, изобретённый в 1908 г. немецким физиком Гансом Гейгером.

Пока газ не ионизирован, ток в электрической цепи источника напряжения отсутствует. Если же в трубку сквозь её стенки влетает какая-нибудь частица, способная ионизировать атомы газа, то в трубке образуется некоторое количество электрон-ионных пар. Электроны и ионы начинают двигаться к соответствующим электродам.

Поскольку сопротивление R очень велико (порядка 10 9 Ом), то в момент протекания тока основная доля напряжения источника падает именно на нём, в результате чего напряжение между катодом и анодом резко уменьшается и разряд автоматически прекращается (так как это напряжение становится недостаточным для образования новых поколений электронн- ионных пар). Прибор готов к регистрации следующей частицы.

Счётчик Гейгера применяется в основном для регистрации электронов, но существуют модели, пригодные и для регистрации γ-квантов.

Счётчик позволяет только регистрировать тот факт, что через него пролетает частица.

Гораздо бо́льшие возможности для изучения микромира даёт прибор, изобретённый шотландским физиком Чарлзом Вильсоном в 1912 г. и называемый камера Вильсона.

Камера Вильсона (рис. 160) состоит из невысокого стеклянного цилиндра СС со стеклянной крышкой LL (на рисунке цилиндр показан в разрезе). Внутри цилиндра может двигаться поршень Р. На дне камеры находится чёрная ткань FF. Благодаря тому что ткань увлажнена смесью воды с этиловым спиртом, воздух в камере насыщен парами этих жидкостей.

При быстром движении поршня вниз находящиеся в камере воздух и пары́ жидкостей расширяются, их внутренняя энергия уменьшается, температура понижается.

В обычных условиях это вызвало бы конденсацию паров (появление тумана). Однако в камере Вильсона этого не происходит, так как из неё предварительно удаляются так называемые ядра конденсации (пылинки, ионы и пр.). Поэтому в данном случае при понижении температуры в камере пары́ жидкостей становятся пересыщенными, т. е. переходят в крайне неустойчивое состояние, при котором они будут легко конденсироваться на любых образующихся в камере ядрах конденсации, например на ионах.

Если поместить камеру Вильсона в магнитное поле, то траектории заряженных частиц искривляются. По направлению изгиба следа можно судить о знаке заряда частицы, а по радиусу кривизны определять её массу, энергию, заряд.

Треки существуют в камере недолго, так как воздух нагревается, получая тепло от стенок камеры, и капельки испаряются. Чтобы получить новые следы, необходимо удалить имеющиеся ионы с помощью электрического поля, сжать воздух поршнем, выждать, пока воздух в камере, нагревшийся при сжатии, охладится, и произвести новое расширение.

Обычно треки частиц в камере Вильсона не только наблюдают, но и фотографируют. При этом камеру освещают сбоку мощным пучком световых лучей, как показано на рисунке 160.

С помощью камеры Вильсона был сделан ряд важнейших открытий в области ядерной физики и физики элементарных частиц.

Одной из разновидностей камеры Вильсона является изобретённая в 1952 г. пузырьковая камера. Она действует примерно по тому же принципу, что и камера Вильсона, но вместо пересыщенного пара в ней используется перегретая выше точки кипения жидкость (например, жидкий водород). При движении в этой жидкости заряженной частицы вдоль её траектории образуется ряд пузырьков пара. Пузырьковая камера обладает большим быстродействием по сравнению с камерой Вильсона.

Пузырьковая камера – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара вдоль траектории её движения. Изобретена А. Глэзером в 1952 г. (Нобелевская премия 1960 г.).

Презентация к уроку

Тип урока: урок изучения нового материала.

Вид урока: комбинированный.

Технология: проблемно-диалогическая.

Цель урока: организовать деятельность учащихся по изучению и первичному закреплению знаний о методах регистрации заряженных частиц.

Оборудование: компьютер и мультимедиа-проектор, Презентация.

Способы регистрации заряженных частиц

Со временем экспериментальные установки становились все сложней. Развивалась техника ускорения и детектирования частиц, ядерная электроника. Успехи в физике ядра и элементарных частиц все в большей степени определяются прогрессом в этих областях. Нобелевские премии по физике часто присуждаются за работы в области техники физического эксперимента.

Детекторы служат как для регистрации самого факта наличия частицы так и для определения её энергии и импульса, траектории движения частицы и др. характеристик. Для регистрации частиц часто используют детекторы которые максимально чувствительны к регистрации определенной частицы и не чувствуют большой фон создаваемый другими частицами.

Обычно в экспериментах по физике ядра и частиц необходимо выделять «нужные» события на гигантском фоне «ненужных» событий, может быть одно из миллиарда. Для этого используют различные комбинации счётчиков и методов регистрации.

Регистрация заряженных частиц основана на явлении ионизации или возбуждении атомов, которое они вызывают в веществе детектора. На этом основана работа таких детекторов как камера Вильсона, пузырьковая камера, искровая камера, фотоэмульсии, газовые сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы.

1. Счётчик Гейгера

2. Камера Вильсона

Камера Вильсона – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка мелких капелек жидкости вдоль траектории её движения. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912 г. (Нобелевская премия 1927 г.).

3. Пузырьковая камера

Пузырьковая камера – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара вдоль траектории её движения. Изобретена А. Глэзером в 1952 г. (Нобелевская премия 1960 г.).

4. Ядерные эмульсии

Аналогично, как это происходит в обычной фотографии, заряженная частица нарушает вдоль своего пути структуру кристаллической решётки зерен галоидного серебра делая их способными к проявлению. Ядерная эмульсия является уникальным средством для регистрации редких событий. Стопки ядерных эмульсий позволяют регистрировать частицы очень больших энергий. С их помощью можно определить координаты трека заряженной частицы с точностью

5. Сцинтиляционный детектор

Сцинтиляционный детектор использует свойство некоторых веществ светиться (сцинтилировать) при прохождении заряженной частицы. Кванты света, образующиеся в сцинтиляторе, затем регистрируются с помощью фотоумножителей.

Современные измерительные установки в физике высоких энергий представляют из себя сложные системы, включающие десятки тысяч счетчиков, сложную электронику и способны одновременно регистрировать десятки частиц, рождающихся в одном столкновении.

Изучение нового материала

Тема урока : Экспериментальные методы исследования частиц.

Рассмотреть ионизирующее и фотохимическое действие частиц как основы различных методов их излучения

Развивать взгляды уч-ся на назначение , устройство и принцип действия сцинтилляционного счетчика, счетчика Гейгера , камеры Вильсона , пузырьковой камеры, их преимущества и недостатки

Продолжить развитие умений решать задачи по изучаемой теме

Повторение раннее изученного

— Идентифицируйте элемент 200 80 Х : порядковый номер, массовое число , зарядовое число , число нуклонов, число протонов , нейтронов , электронов ; название элемента

— Запишите уравнение: Во что превратиться 184 74 W после двух бета-распадов и двух альфа-распадов ?

Изучение нового материала

Сегодня на уроке мы должны познакомиться с устройствами , благодаря которым возникла и начала развиваться физика атомного ядра и элементарных частиц.

Именно эти устройства дают необходимую информацию о событиях в микромире.

Работа с презентацией.

Регистрационные приборы делят на две группы.

К первой группе относятся приборы, которые фиксируют факт пролёта частиц. В некоторых случаях удается судить об их энергии.

Ко второй группе относятся так называемые трековые приборы, позволяющие наблюдать следы частиц и определять их удельный заряд, а также знак заряда.

Общая особенность и тех и других состоит в том , что пролёт частицы возвращает систему в более устойчивое состояние. Заряженная частица может вызвать :

1) возбуждение атомов

3) расщепление молекул на атомы

В 1903г У. Крупе заметил , что альфа-частицы ,испускаемые радиоактивным аппаратом, попадая на покрытый сернистым цинком экран , вызывают свечение . Устройство было использовано Э.Резердордом. Процесс преобразования кинетической энергии быстрой заряженной частицы в энергию световой вспышки называется сцинтилляцией. Прибор не дает необходимой точности ,т.к. результат подсчета вспышек в большей степени зависит от остроты зрения наблюдателя.

Основные детали : 1-экран из сульфида цинка ; 2-короткофокусная лупа ; 3- стержень с альфа радиоактивным препаратом.

Ханс Вильгельм Гейгер (1882 ― 1945) ― немецкий физик-экспериментатор.

Работал в Манчестерском университете вместе с Э. Резерфордом, в Физико-техническом институте в Берлине. С 1925 по 1929 год ― профессор и директор Физического института Кильского университета, а с 1929 по 1936 год ― профессор Тюбингенского университета. С 1936 года ― профессор Технического университета в Берлине.

В 1908 году совместно с Э. Резерфордом изобрёл прибор для регистрации отдельных заряженных частиц. Этот прибор впоследствии им был усовершенствован и назван счётчиком Гейгера ― Мюллера.

В 1909 ― 1910 годах проводил опыты по рассеянию α-частиц на тонких металлических плёнках. Было выяснено, что в среднем одна из 8000 частиц отклоняется на угол больше 90º. Эти эксперименты сыграли большую роль при создании Резерфордом планетарной модели атома. В 1911 году установил зависимость вероятности α-распада от энергии α-частиц, названную законом Гейгера ― Нетолла.

В 1937 году избран членом Берлинской академии наук.

Чарлз Томас Рис Вильсон (1869 ― 1959) ― английский физик. В 1892 году окончил Кембриджский университет, в котором проработал с 1900 по 1934 год.

Занимался проблемами молекулярной и ядерной физики, в частности условиями конденсации пара. В 1912 году изобрёл прибор для наблюдения и фотографирования треков частиц ― камеру Вильсона. С помощью созданного прибора изучал свойства ионизирующего излучения.

В 1900 году был избран членом Лондонского королевского общества. В 1927 году ему присуждена Нобелевская премия по физике, также он был награждён многими медалями, например, почётной медалью Копли.

Первые фотографии треков альфа-частиц в м.п. получил в 1923г П.Л. Капица .

Д.В. Скобельцин применил камеру для изучения спектров гамма и бетта излучений.

Дональд Артур Глейзер (род. 1926) ― американский физик.

В 1946 году окончил Технологический институт Кейса. С 1949 по 1959 год работал в Мичиганском университете, с 1959 года ― профессор Калифорнийского университета. В 1950 году получил степень доктора философии. Основные работы создал в области современной физики элементарных частиц. Исследовал закономерности распада частиц, выполнение законов сохранения при взаимных превращениях частиц.

Для наблюдения треков элементарных частиц в 1952 году изобрёл пузырьковую камеру.

В 1960 году был удостоен Нобелевской премии по физике. С 1962 года ― член Национальной академии наук.

Метод толстостенных фотоэмульсий

Закрепление : п 58 и ответить на вопросы:

В чем преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона ?

Какие характеристики частиц можно определить с помощью камеры Вильсона?

Можно ли в камере Вильсона увидеть трек частицы , не имеющей электрического заряда ?

Почему с помощью счетчика Гейгера не регистрируются альфа-частицы?

Чем объясняется , что счетчик Гейгера регистрирует возникновение ионизированных частиц и тогда , когда поблизости от него нет радиоактивного препарата ?

Обычно треки частиц в камере Вильсона не только наблюдают, но и фотографируют.

2-й семестр

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

4. Атомное ядро. Ядерная энергетика

Урок 6/53

Тема. Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц

Цель урока: ознакомить учащихся с современными методами обнаружения и исследования заряженных частиц и ядерных превращений.

Тип урока: урок изучения нового материала.

1. Модель атома Томсона.

2. Планетарная модель атома Резерфорда.

3. Что такое искусственная радиоактивность?

4. Открытие нейтрона

1. Наблюдение треков частиц в камере Вильсона.

2. Устройство и принцип действия счетчика ионизирующих частиц

Изучение нового материала

1. Строение и принцип действия камеры Вильсона.

2. Строение и принцип действия счетчика Гейгера

Закрепление изученного материала

1. Контрольные вопросы.

2. Учимся решать задачи

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Строение и принцип действия камеры Вильсона

Все современные регистрации ядерных частиц и излучений условно можно разбить на две группы:

а) трековые методы, позволяющие воспроизвести след частицы;

б) счетные методы, основанные на использовании приборов, подсчитывают число частиц того или иного типа.

Благодаря устройствам, которые регистрируют ядерные частицы и излучения, возникла и начала развиваться физика атомного ядра и элементарных частиц. Именно они подают информацию о событиях в микромире.

Регистрирующий прибор — это сложная система, которая может находиться в неустойчивом состоянии. В случае незначительного возмущения, вызванного частицей, что пролетела, начинается процесс перехода системы в новое, более устойчивое состояние. Этот процесс и позволяет регистрировать частицу.

В 1912 году Вильсон предложил устройство, в котором быстрая заряженная частица оставляет след, который можно наблюдать или даже непосредственно фотографировать.

Действие камеры Вильсона основано на конденсации пересыщенного пара на ионах с образованием капелек воды. Эти ионы создает вдоль своей траектории заряженная частица, которая движется. Капельки образуют видимый след частицы, что пролетела, — трек. По длине трека можно определить энергию частицы, а по числу капелек на единицу длины трека оценивается ее скорость.

Российские физики П. Л. Капица и Д. В. Скобельцин предложили помещать камеру Вильсона в однородное магнитное поле. Магнитное поле действует на заряженную частицу, которая движется с определенной силой. Эта сила искривляет траекторию частицы, не меняя модуля ее скорости. По кривизне трека можно определить отношение заряда частицы к ее массе.

Обычно треки частиц в камере Вильсона не только наблюдают, но и фотографируют.

1952 г. американским ученым Д. Глейзером было предложено использовать для обнаружения треков частиц перегретую жидкость. В этой жидкости на ионах, образующихся при движении быстрой заряженной частицы, возникают пузырьки пара, которые дают видимый трек. Камеры такого типа были названы пузырьковые.

Преимущество пузырьковой камеры по сравнению с камерой Вильсона обусловлено большей плотностью рабочего вещества. Пробеги частиц вследствие этого оказываются достаточно короткими, и частицы даже больших энергий «застревают» в камере. Это позволяет наблюдать серию последовательных превращений частицы и реакции, ею предопределяются.

Треки в камере Вильсона и пузырьковой камере — один из главных источников информации о поведении и свойствах частиц.

2. Строение и принцип действия счетчика Гейгера

Счетчик Гейгера — один из важнейших приборов для автоматического подсчета частиц. Действие счетчика основано на ударной ионизации. Заряженная частица пролетает в газе, отрывая от атомов электроны и создает положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между анодом и катодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ионизация.

Счетчик Гейгера применяется в основном для регистрации электронов и γ-излучений.

Широкое применение счетчика Гейгера — Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и невысокой стоимостью установки. Счетчик был изобретен в 1908 году Гейгером и усовершенствован Мюллером.

Цилиндрический счетчик Гейгера-Мюллера состоит из металлической трубки или металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити, натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка — катодом. Трубка заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные газы аргон и неон. Между катодом и анодом создается напряжение порядка 1500 В.

Вопросы к учащимся в ходе изложения нового материала

· Можно ли с помощью камеры Вильсона регистрировать незаряженные частицы?

· Какие характеристики частиц можно определить с помощью камеры Вильсона, которую поместили в магнитное поле?

· Почему не регистрируются альфа-частицы с помощью счетчика Гейгера?

· Какие физические явления лежат в основе действия камеры Вильсона и счетчика Гейгера?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Какие особенности должны иметь приборы для регистрации заряженных частиц?

2. Какие характеристики частиц можно определить с помощью камеры Вильсона?

2). Учимся решать задачи

1. Как с помощью камеры Вильсона можно определить природу доли, что пролетела в камере, ее энергию, скорость?

2. Скорость α-частицы в среднем в 15 раз меньше скорость β-частицы. Почему α-частицы (жирный трек на рисунке) слабее отклоняются магнитным полем?

Что мы узнали на уроке

· Все современные регистрации ядерных частиц и излучений условно можно разбить на две группы:

а) трековые методы, позволяющие воспроизвести след частицы;

б) счетные методы, основанные на использовании приборов, считают число частиц того или иного типа.

Источники
http://mydozimetr.ru/blog/stati/schetchik-geygera-myullera/
http://class-fizika.narod.ru/at3.htm
http://www.myshared.ru/slide/423699/
http://kupuk.net/9-klass/fizika-a-v-peryishkin/voprosyi-54/
http://m.habr.com/ru/post/461107/
http://www.nado5.ru/e-book/ehksperimentalnye-metody-issledovaniya-chastic
http://vip8082p.vip8081p.beget.tech/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0_9_%D0%BA%D0%BB_%D0%9F%D0%B5%D1%80%D1%8B%D1%88%D0%BA%D0%B8%D0%BD_%D0%93%D0%94%D0%97/54.html
http://urok.1sept.ru/articles/635821
http://doc4web.ru/fizika/konspekt-uroka-po-teme-eksperimentalnie-metodi-issledovaniya-cha.html
http://schooled.ru/lesson/physics/9klas/54.html

Оцените статью
( Пока оценок нет )
Как Это Работает?
Добавить комментарий