Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 135
Текст из файла (страница 135)
Камера Вильсона ' (1912) — это старейший и на протяжении многих десятилетий (вплоть до 50 — 60-х годов) единственный тип трекового детектора. Выполняется обычно а виде стеклянного цилиндра с плотно прилегающим поршнем. Инлиндр наполняется нейтральным газом (обычно гелием или аргоном), насыщенным парами воды или спирта. Прн резком, т. е. адиабатическом, расширении газа пар становится пересышенным и на траекториях частиц, пролетевших через камеру, образуются треки из тумана. Образовавшиеся треки для воспроизводства их про.
странственного расположения фотографи- * Ч. Вильсон (!869 — !959) — английский физик. руются стереоскопически, т, е. под разными утлами. По характеру н геометрии треков можно суди4ь о типе прошедших через камеру частиц (например, 44-частица оставляет сплошной жирный след, 8-частица — тонкий), об энергии частиц (по величине пробега), о плотности ионизации (по количеству капель на единицу длины трека), о количестве участвующих а реакции частиц. Советский ученый Д. В. Скобельцын (1892 †19) значительно расширил возможности камеры Вильсона, поместив ее в сильное магнитное поле (1927), По искривлению траектории заряженных частиц в магнитном поле, т.
е. по кривизне трека, можно судить о знаке зарида, а если известен тип частицы (ее заряд и масса), то по радиусу ьрнвизны трека можно определить энергию и массу частицы даже в том случае, если весь трек а камере не умещается (для реакций при высоких энергиях вплоть до сотен мегаэлектрон-вольт). Недостаток камеры Вильсона — ее малое рабочее время, составляющее примерно ! ~~~ от времени, затрачиваемого для подготовки камеры к последующему расширению (выравниаание температуры и давления, рассасыаание остатков треков, насыщение паров), а также трудоемкость обработки результатов. 7. Диффузионная камера (1936) — это разновидность камеры Вильсона.
В ней рабочим веществом также является пересыщенный пар, но состояние пересыщения создается диффузией паров спирта от нагретой (до 10'С) крышки ко дну, охлаждаемому (до — 60 'С) твердой углекислотой. Вблизи дна возникает слой пересы- щенного пара толщиной примерно 5 ем, в котором проходящие заряженные частицы создают треки. В отличие от вильсоновской диффузионная камера работает непрерывно. Кроме того, из-за отсутствия поршня в ней могут создаваться давлении до 4 МПа, что значительно увеличивает ее эффективный объем.
8. Пузырьковая камера (1952; американский физик Д. Глезер (р. 1926)). В пузырьковой камере рабочим веществом является перегретая (находящаяся под давлением) прозрачная жидкость (жидкие Ч«ж,по ф«~и««: ~ «ч ««««р« ~ ..«««:«р««, « .«„ водород, пропан, ксенон). Запускается камера, так же как и камера Вильсона, резким сбросом давления, переводящим жидкость в неустойчивое перегретое состояние. Пролетающая в зто время через камеру заряженная частица вызывает резкое вскипание жидкости, и траектория частицы оказывается обозначенной цепочкой пузырьков пара — образуется трек, который, как и в камере Вильсона, фотографируется. Пузырьковая камера работает циклами.
Размеры пузырьковых камер примерно такие же, как камеры Вильсона (от десятков сантиметров до 2 м), но их эффективный объем на 2 — 3 порядка больше, так как жидкости гораздо плотнее газов. Это позволяет использовать пузырьковые камеры для исследования длинных цепей рождений и распадов частиц высоких энергий. 9. Ядерные фотоамульсни (1927; советский физик Л. В,Мысовский (!888— !939)) — это простейший грековый детектор заряженных частиц.
Прохождение заряженной частицы в эмульсии вызывает ионизацню, приводящую к образованию центров скрытого иэображения. После проявления следы заряженных частиц обнаруживаются в виде цепочки зерен металлкческого серебра. Так как эмульсия — среда более плотная, чем газ или жидкость, используемые в вильсоновской н пузырьковой камерах, то при прочих равных условиях длина трека в эмульсии более короткая. Так, трек длиной 0,05 гм в эмульсии эквивалентен треку в ! м в камере Вильсона. Поэтому фотоэмульсин применяются для изучения реакций, вызываемых частицами в ускорителях снерхвысоких энергий и в космических лучах. В практике исследований высокоэнергетических частиц используются также так называемые стопы — большое число маркированных фотоэмульсионных пластинок, помещаемых на пути частиц и после проявления промеряемых под микроскопом.
В настоящее время методы наблюдения и регистрации заряженных частиц и излучений настолько разнообразны, что их детальное описание просто невозможно. Большое значение начинают играть сравнительно новые (1957) приборы— искровые камеры, использующие преимущества счет«иков (быстрота регистрации) и грековых детекторов (полнота информации о треках).
Говоря образно, искровая камера — это набор большого числа очень мелких счетчиков. Поэтому она близка к счетчикам, так как информация в ней выдается немедленно, без последующей обработки, и в то же время обладает свойствами трекового детектора, так как по действию многих счетчиков можно установить треки частиц. Ь' 262. Ядерные реакции и их основные типы Ядерные реакции — это превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами (в том числе и с у-квантами) или друг с другом. Наиболее распространенным видом ядерной реакции является реакция, записываемая символически следующим образом: Х+а У+Ь, или Х(а,Ь) У, где Х и У вЂ” исходное и конечное ядра, а и Ь вЂ” бомбарднрующая н испускаемая (или испускаемые) в ядерной реакции частицы.
В ядерной физике эффективность взаимодействия характеризуют эффективным сечением и. С каждым видом взаимодействия частицы с ядром связывают евое эффективное сечение: эффективное сечение рассеяния определяет процессы рассеяния, эффективное сечение поглощения— процессы поглощения. Эффективное сечение ядерной реакции дМ и= ПЬ( Дх * где Л' — число частиц, падающих за единицу времени на единицу площади поперечного сечения вещества, имеющего в единице объема и ядер, дй! — число этих частиц, вступающих в ядерную реакцию в слое толщиной бх. Эффективное сечение а имеет размерность площади и характеризует вероятность того, что при падении пучка частиц на вещество произойдет реакция.
Единица эффективного сечения ядер- 1 л; н л 32 Э и« нпг фи гпс гпгнниь нлрз (1 барн= Первая стадия — это захват ядром Х частицы а, приблизившейся к нему на расстояние действия ядерных сил (примерно 2 10 '" м), и образование проме. жуточного ядра С, называемого составным (илн компаунд-ядром). Энергия влетевшей в ядро частицы быстро распределяетсн между нуклонамн составного ядра, в результате чего оно оказывается в воз.
бужденном состоянии. Прн столкновении нуклонов составного ядра один нэ нуклонов (илн нх комбинация, например деит. рон — ядро тяжелого изотопа водорода— дейтерня, содержащее один протон и один нейтрон) нлн а-частица может получйть энергию, достаточную для вылета из ядра. В результате возможна вторая ста.
дня ядерной реакции — распад составного ядра нв ядро У и частицу Ь. В ядерной физике вводится характерное ядерное нремя — время, необходимое для пролета частицей расстояния порядка величины, равной диаметру ядра (дж !О '» м). Так, для частицы с энергией 1 МэВ (что соответствует ее скорости ь— 10' и/с) характерное ядерное время т=!0 '" и/10' м/с=10 "с. С другой стороны, доказано, что время жизни со- ных процессов — барн 1Π— эв и») В любой ядерной реакции выполняются законен сохранения электрических зирядол и массовых чисел; сумма зарядов (массовых чисел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов (массовых чисел) конечных продуктов (ядер и частиц) ревкцни.
Выполняются также законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. В отличие от радиоактивного распада, который протекает всегда с выделением энергии, ядерные реакции могут быть как зкзотермнческнмн (с выделением энергии), так н эндотермнческнмн (с поглощением энергии).
Важную роль в объяснении механизма многих ядерных реакций сыграло предположение Н. Бора (!936) о том, что ядерные реакции протекают в две стадии по следующей схеме: Х+а С вЂ” » У+Ь. (262.1) ставного ядра равно 10 ~ь — !О '~с, т. е. составляет (!Оь — !Оы )т. Это же означает, что за время жизни составного ядра может произойти очень много столкновений нуклонов между собой, т. е. перераспределение энергии между нуклонамн действительно возможно. Следовательно, составное ядро живет настолько долго, что полностью «забывает», каким образом оно образовалось.
Поэтому характер распада составного ядра (непускание нм частицы Ь) — вторая стадия ядерной реакции — не зависит от способа образования составного ядра — первой стадии, Если нспушенная частица тождественна с захваченной (Ь =а), то схема (262.1) описывает рассеннне частицы: упругое— прн Е»=Ем неупругое — прн Е»Ф Е . Если же нспущенная частица не тождественна с захваченной (Ь чьа), то имеем дело с ядерной реакцией в прямом смысле слова.
Неко~орые реакции ~тротекают без образованна составного ядра, онн называются прямымн ядериымн взаимодействиями (например, реакции, вызываемые быстрыми нуклонами и дейтронами). Ядерные реакции классифицируются по следующим признакам: 1) па роду участвующих в яих частиц — реакции под действием нейтронов; реакции под действием заряженных частиц (напрнмер, протонов, дейтронов, а.частиц); реакции под действием у-квантов; 2) яо энергии вызывающих их частиц — реакции прн малых энергиях (порядка электрон-вольт)„ происходящие в основном с участием нейтронов; реакции при средних энергиях (до нескольких мегазлектрон-полы), происходящие с участием у-квантов и заряженных частиц (протоны, а-чвстнцы)! реакции при высоких энергинх (сотнн и тысячи мегаэлектрон-вольт), приводящие к рождению отсутствующих в свободном состояния элементарных частиц и имеющие большое значение для их нзучения; 3) по роду учиствующих в них ядер— реакции на легких ядрах (А(50); реакции на средних ядрах (50(А~100); реакции на тяжелых ядрах (А)100); 42ь 7 3 ~ечеттты физики апшо оо акра и элечеотарто, чот ты.
т(4)+2Не -' 4Р— ~ аО+(р. 4) па характеру происходящих ядерных превращений — реакции с непусканием нейтронов; реакции с испусканием заряженных частиц; реакции захвата (в случае этих реакций составное ядро не испускает ннкакнх частиц, а переходит в основное состоянне, излучая олин нлн несколько у-квантов). Первая в истории ядерная реакция осуществлена Э. Резерфордом (1919) прн бомбардировке ядра азота а-частицами, испускаемыми радиоактивным источником: й 263. Позитрон. (14-Распад. Электронный захват П.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
