Решебник по физике 9 класс Перышкин §59

Экспериментальные методы. Исследование частиц

Стр. 261

Ответы на вопросы

1. Устройство и принцип действия счётчика Гейгера. Счётчик Гейгера состоит из металлического цилиндра, являющегося катодом, и натянутой вдоль его оси тонкой проволочки— анода. Катод и анод через резистор сопротивлением R присоединены к источнику высокого напряжения, благодаря чему в пространстве между электродами возникает сильное электрическое поле. Оба электрода помещают в герметичную стеклянную трубку, заполненную разреженным газом. 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 свободных зарядов— электронно-ионных пар. Электроны и ионы начинают двигаться к соответствующим электродам. В трубке образуется большое количество свободных электронов и ионов — электронно-ионная лавина. В результате этого происходит кратковременное и резкое возрастание силы тока в цепи и напряжения на резисторе R. Этот импульс напряжения, свидетельствующий о попадании в счётчик частицы, регистрируется специальным устройством. Поскольку сопротивление R очень велико, то в момент протекания тока напряжение на нём очень большое, в результате чего напряжение между катодом и анодом резко уменьшается и разряд автоматически прекращается. Прибор готов к регистрации следующей частицы.

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

3. Камера Вильсона (рис. 185) состоит из невысокого стеклянного цилиндра СС со стеклянной крышкой LL (на рисунке цилиндр показан в разрезе). Внутри цилиндра может двигаться поршень P. 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 пары жидкостей расширяются, их внутренняя энергия уменьшается, температура понижается. из неё предварительно удаляются так называемые центры конденсации. Поэтому в данном случае при понижении температуры в камере пары жидкостей становятся пересыщенными, т. е. переходят в крайне неустойчивое состояние, при котором они будут легко конденсироваться на любых образующихся в камере центрах конденсации, например, на ионах. Излучаемые частицы влетают в камеру через тонкое окошко. Пролетая с большой скоростью через газ, частицы создают на своём пути ионы. Эти ионы и становятся центрами конденсации, на которых пары жидкостей конденсируются в виде маленьких капелек. Вдоль всего пути частицы возникает тонкий след из капелек, благодаря чему её траектория движения становится видимой.

4. Характеристики частиц можно определить с помощью камеры Вильсона, помещённой в магнитное поле: 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.

5. Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона: вместо пересыщенного пара в ней используется перегретая выше точки кипения жидкость. Жидкость не кипит, поскольку из неё тщательно удалены посторонние тела. При движении в этой жидкости заряженной частицы вдоль её траектории образуется ряд пузырьков пара. Пузырьковая камера обладает большим быстродействием по сравнению с камерой Вильсона. Размеры пузырьковых камер могут во много раз превышать размеры камер Вильсона и, кроме того, жидкость плотнее пара — эти обстоятельства повышают вероятность обнаружения частиц.