Глава 4. § 59. Экспериментальные методы исследования частиц — с. 288
§ 59. Вопрос 1. По рисунку 205 расскажите об устройстве и принципе действия счётчика Гейгера.
Счётчик Гейгера — герметичная стеклянная трубка, заполненная разреженным газом (обычно аргоном), с двумя электродами (катод и анод), которые через большое сопротивление R подключены к источнику высокого напряжения. Пока газ не ионизирован, тока в цепи нет.
Когда в трубку влетает частица, способная ионизировать газ, возникают электронно-ионные пары. Электроны ускоряются полем и сами ионизируют атомы, поэтому образуется электронно-ионная лавина. Сила тока в цепи кратковременно резко возрастает, на резисторе R возникает импульс напряжения, который фиксирует регистрирующее устройство. Из-за большого R напряжение на счётчике падает, разряд прекращается, и прибор готов принять следующую частицу.
Когда в трубку влетает частица, способная ионизировать газ, возникают электронно-ионные пары. Электроны ускоряются полем и сами ионизируют атомы, поэтому образуется электронно-ионная лавина. Сила тока в цепи кратковременно резко возрастает, на резисторе R возникает импульс напряжения, который фиксирует регистрирующее устройство. Из-за большого R напряжение на счётчике падает, разряд прекращается, и прибор готов принять следующую частицу.
§ 59. Вопрос 2. Для регистрации каких частиц применяется счётчик Гейгера?
Счётчик Гейгера применяют в основном для регистрации электронов (β-частиц). Есть и модели, пригодные для регистрации γ-квантов. Он только отмечает сам факт пролёта частицы, но не показывает её траекторию.
§ 59. Вопрос 3. По рисунку 206 расскажите об устройстве и принципе действия камеры Вильсона.
Камера Вильсона — невысокий стеклянный цилиндр со стеклянной крышкой, внутри которого движется поршень. На дне лежит чёрная ткань, смоченная смесью воды и спирта, поэтому воздух в камере насыщен парами этих жидкостей. Из камеры заранее удаляют центры конденсации (пылинки, ионы).
При быстром движении поршня вниз воздух и пар расширяются, их внутренняя энергия уменьшается, температура падает, и пар становится пересыщенным. Влетающая в камеру частица ионизирует газ на своём пути; ионы становятся центрами конденсации, и вдоль траектории частицы появляется цепочка капелек — трек, который можно увидеть и сфотографировать (камеру освещают сбоку).
При быстром движении поршня вниз воздух и пар расширяются, их внутренняя энергия уменьшается, температура падает, и пар становится пересыщенным. Влетающая в камеру частица ионизирует газ на своём пути; ионы становятся центрами конденсации, и вдоль траектории частицы появляется цепочка капелек — трек, который можно увидеть и сфотографировать (камеру освещают сбоку).
§ 59. Вопрос 4. Какие характеристики частиц можно определить с помощью камеры Вильсона, помещённой в магнитное поле?
В магнитном поле треки заряженных частиц искривляются. По направлению изгиба трека определяют знак заряда частицы, а по радиусу кривизны — её массу, энергию и заряд.
§ 59. Вопрос 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 (например, жидкий водород); вдоль траектории частицы в ней образуются пузырьки пара. Преимущества: большее быстродействие, возможность делать камеры очень больших размеров (несколько кубических метров против нескольких кубических сантиметров), а так как жидкость плотнее пара, вероятность обнаружения частиц выше.