Лабораторний практикум з фізики. Частина 3 (ядерна фізика, статистична фізика і термодинаміка, фізика твердого тіла)

Зупинимось дещо детальніше на фотоемульсійному методі реєстрації заряджених частинок.

Як відомо, фотоемульсії є шаром желатину з вкрапленими в нього зернами бромистого срібла. Розмір зерен залежить від типу фотоемульсії і коливається в межах від 1 до 0, 1 мкм. У тих фотоемульсіях, які використовуються для реєстрації заряджених частинок, для збільшення чутливості відносний вміст бромистого срібла порівняно з желатином у 8 разів більший, ніж у звичайних фотоемульсіях. Товщина фотоемульсійного шару в таких пластинках в 10... 100 разів більша, ніж у звичайних фотопластинках.

Заряджені частинки в результаті взаємодії із зернами бромистого срібла іонізують їх. При цьому в зернах бромистого срібла утворюються іони срібла і брому. При проявленні в першу чергу починають відновлюватись в чисте срібло ті зерна бромистого срібла, в яких були вільні атоми срібла. Чим сильніше фотопластинка була піддана дії опромінення, тим більше виявиться в ній «заряджених» атомами зерен бромистого срібла, і, відповідно, тим сильніше вона потемніє при проявленні.

Сліди, залишені зарядженими частинками в фотоемульсіях, після проявлення є чорними лініями різноманітної товщини і називаються треками. Заряджені частинки одного виду, але які мають різну енергію, залишають в фотопластинці сліди однакової товщини, але різної довжини.

Фотоемульсійний метод дозволяє одночасно виявити природу заряджених частинок і їх енергію.

До створення прискорювачів заряджених частинок єдиним джерелом високоенергетичного випромінювання були космічні промені У космічних променях були виявлені дві компоненти: жорстка, яка здатна проникати через значні товщини свинцю, і м'яка, яка значно поглинається навіть невеликими товщинами свинцю.

Частинки жорсткої компоненти були названі мезонами, тому що вони мали масу, проміжну між масами електрона і протона. До мезонів в першу чергу відносять - і + – мезони (мюони), маса яких m=207mе і - і + – мезони (піони) з масами m=275mе.

Було встановлено, що мюони утворюються при розпаді піонів. Фотоемульсійні пластинки, які використовуються в цій роботі, одержані шляхом опромінення на одному із прискорювачів протонів.

Протони, прискорені до енергії 1010 еВ, виводяться із кільцевого прискорювача за допомогою відхилювального пристрою і потрапляють на мішень. Під дією досить енергійних протонів у мішені відбуваються різноманітні процеси, зокрема утворюються пучки  – мезонів. Ці пучки і реєструються фотоемульсійним методом. У фотопластинці позитивні піони не можуть наблизитись до позитивно зарядженого ядра і розпадаються з народженням мюона і нейтрино:

Мюон – досить нестабільна частинка і розпадається на позитрон, нейтрино і антинейтрино

вний піон має можливість близько підійти до ядра і поглинутись ним, що приводить до ядерного розщеплення. Уламки такого розщеплення розлітаються в усіх напрямках із збереженням імпульсу. Ці уламки в фотоемульсії утворюють так звану «зірочку», показану на рис. 6-4. 1.

 

У більшості випадків сліди частинок, які створили «зірочку», розміщуються не в площині, паралельній предметному столику мікроскопа, тому в процесі спостереження необхідно коректувати фокусну відстань. Довжину R кожного із треків, які утворюють «зірочку», легко виміряти за допомогою шкал препаратопереміщувача. Для всіх треків «зірочки», довжини яких перевищують 100 мкм, енергію Е частинок розраховують з допомогою такого емпіричного співвідношення (Е в МеВ, R в мкм) :

E=0, 25lR0, 58, (3)

або користуються графіком залежності «пробіг-енергія» (рис. 6. 4. 2). І в тому, і в іншому випадку точність вимірювання не перевищує 2%.

 

 

1. За допомогою мікрогвинта мікроскопа одержати різкі зображення однієї із «зірочок», які є на фотоемульсійній пластинці. Перехрестя візирних ліній окуляра сумістити з центром зірочки і записати координати хо, уо.

2. Почергово переміщувати перехрестя візирних ліній на кінець кожного із треків «зірочки». Записати координати цих точок. Всі виміряні величини записати в таблицю.

3. Розрахувати довжину кожного треку за формулою:

і записати одержані значення в таблицю.

 

4. Користуючись графіком «пробіг-енергія» (рис. 6. 4. 2), визначити енергію кожної із частинок. Результати занести до таблиці. 

 

5. Зробити висновок про точність вимірювань довжини треків і енергії частинок.

 

 

1. Сучасна класифікація елементарних частинок. Які елементарні частинки відносяться до стабільних?

2. Охарактеризуйте методи реєстрації елементарних частинок: а) лічильники Гейгера; б) камера Вільсона; в) лічильники Вавілова -Черенкова; г) фотоемульсійний метод. Як і які частинки реєструються кожним з перерахованих методів?

 

 

Мета роботи: досліджуючи критичні випадки одночасного руху електрона в електричному і магнетному полях, експериментально визначити питомий заряд електрона.

Прилади і матеріали: установка, обладнана магнетроном і необхідними електровимірювальними приладами.

 

 

Більшість методів вимірювання питомого заряду електрона основані на властивостях руху частинки в електричному і магнетному полях. Задовільні, порівняно з іншими методами, результати дає дослідження критичних випадків дії електричного і магнетного полів, які реалізуються в магнетроні.

Суть цього методу полягає у тому, що двоелектродну електронну лампу, електроди якої є коаксіальними циліндрами,