3　探測射線的方法.ppt

1、=新課標物理選修3-5=,第十九章：,原子核,zxxk,19.3 探測射線的方法,1/10光速,99光速,光速,弱,較強,很強,很強,較弱,很弱,三種射線：,氦原子核,高速電子流,空氣中只能前進幾厘米、一張紙,幾毫米厚鋁板,幾厘米厚鉛板、幾十厘米厚的混凝土,質量、電量較大,高能量電磁波 或光子流 （中性）,雖然放射線看不見，但是我們可以根據(jù)一些現(xiàn)象來探知放射線的存在，這些現(xiàn)象主要是：,探測射線的方法,1、使氣體或液體電離,2、使照相底片感光,3、使熒光物質產生熒光,一、威爾遜云室,探測射線的方法一威爾遜云室,威爾遜云室利用了射線的電離本領。,構造：一個圓筒狀容器，低部可以上下移動，上蓋是透明的

2、，內有干凈空氣,實驗時，加入少量酒精，使酒精蒸汽達到過飽和狀態(tài)。,威爾遜一生的貢獻很多，但是最主要的是發(fā)明了霧室。為人非常和藹可親，平易近人，從不以學者權威自居。喜歡接近青年，尤其是那些事業(yè)心不強的學生。和他們聊天，參加他們的活動，利用一切可以利用的機會來啟發(fā)他們思考，鼓勵他們上進。所以在他那漫長的教書生涯里，一直得到學生們的衷心愛戴。,威爾遜,探測射線的方法一威爾遜云室,工作原理：,射線使氣體分子電離，過飽和蒸汽以離子為中心凝結成霧滴，顯示運動軌跡。,探測射線的方法一威爾遜云室,三種射線徑跡的特點：,射線徑跡特點：直而粗。 原因：粒子質量大，不易改變方向 電離本領大，沿途產生的離子多,射線徑

3、跡特點：比較細，而且常常彎曲 原因：粒子質量小，跟氣體 碰撞易 改變方向。 電離本領小，沿途產生的離子少,粒子的電離本領很小，一般看不到它的徑跡,射線,射線,探測射線的方法一威爾遜云室,觀察威耳遜云室的結構，研究射線在云室中的徑跡：,射線徑跡,射線徑跡,徑跡的長短和粗細可以知道粒子的性質； 粒子軌跡的彎曲方向可以知道粒子帶電的正負（加磁場）,威爾遜云室射線徑跡,1972年，我國云南宇宙射線實驗站，就是利用建在3200米高山上的大型磁云室裝置，發(fā)現(xiàn)了一個質量是十倍質子質量的重粒子。,二、氣泡室,-高能物理實驗的最風行的探 測設備,氣泡室是由一密閉容器組成，容器中盛有工作液體,探測射線的方法二氣泡

4、室,氣泡室（Bubble Chamber）是1952年美國物理學家唐納德格拉澤（Donald A. Glaser）發(fā)明，用以探測高能帶電粒子徑跡的一種有效的儀器。 它曾在50年代以后一度成了高能物理實驗的最風行的探測設備，為高能物理學創(chuàng)造了許多重大發(fā)現(xiàn)的機會、曾給高能物理實驗帶來許多重大的發(fā)現(xiàn)，如新粒子、共振態(tài)、弱中性流等等。 1959年，唐納德格拉澤前往美國著名高等學府加州大學伯克利分校擔任物理學教授，1960年因發(fā)明氣泡室獲得諾貝爾物理學獎，之后與伯克利同事路易斯阿爾瓦雷茨（Luis W. Alvarez）一起升級了氣泡室（使用了液氫），而后者也于1968年獲得諾貝爾物理學獎。,帶電粒子的

5、徑跡呈曲線是由于在磁場中受到了洛倫茲力,氣泡室利用了射線的電離本領。, 粒子通過液體時在它周圍就有氣泡形成，可分析粒子的動量、能量和帶電情況。,探測射線的方法二氣泡室,高能帶電粒子在磁場中受力 運動軌跡的底片,可分析粒子的動量、能量、帶電情況等,液體在特定的溫度和壓力下進行絕熱膨脹，由于在一定的時間間隔內（例如50ms）處于過熱狀態(tài)，液體不會馬上沸騰，這時如果有高速帶電粒子通過液體，在帶電粒子所經軌跡上不斷與液體原子發(fā)生碰撞而產生低能電子，因而形成離子對，這些離子在復合時會引起局部發(fā)熱，從而以這些離子為核心形成胚胎氣泡，經過很短的時間后，胚胎氣泡逐漸長大，就沿粒子所經路徑留下痕跡。如果這時對其

6、進行拍照，就可以把一連串的氣泡拍攝下來，從而得到記錄有高能帶電粒子軌跡的底片。,照相結束后，在液體沸騰之前，立即壓縮工作液體，氣泡隨之消失，整個系統(tǒng)就很快回到初始狀態(tài)，準備作下一次探測。,探測射線的方法二氣泡室,氣泡室中帶電粒子的徑跡,氣泡室的優(yōu)點： 它的空間和時間分辨率高； 工作循環(huán)周期短，本底干凈、徑跡清晰，可反復操作。 不足之處： 掃描收集和測量分析數(shù)據(jù)較慢，掃描測量照片太費時間 體積有限，而且甚為昂貴,探測射線的方法二氣泡室,三、蓋革 米勒計數(shù)器,三、蓋革-米勒計數(shù)器,一種能自動把放射微粒計數(shù)出來的儀器，利用了射線的電離本領,只能用來計數(shù)不能 區(qū)分射線種類,1、構造,2、常見類型,三、

7、蓋革-米勒計數(shù)器,管外面是一根玻璃管，里面是一個接在電源負極的導電圓筒，筒的中間有一條接正極的金屬絲。管中裝有低壓的惰性氣體（如氬、氖等，壓強約為10kPa20kPa）和少量的酒精蒸氣或溴蒸氣。在金屬絲和圓筒兩極間加上一定的電壓（約1000V），這個電壓稍低于管內氣體的電離電壓。,德國物理學家蓋革在1928年與彌勒合作研制出的計數(shù)器用來檢測放射性是非常方便的，蓋革管的結構如圖所示：,窗口,陰極,陽極,接放大器,粒子,三、蓋革-米勒計數(shù)器,工作原理具體分析：,射線粒子進入管中，使管中氣體電離， 產生的電子在電場中加速，撞擊氣體分子，又使氣體分子電離 這樣，一個粒子進入管中，可以產生大量電子，在電

8、路中產生一次脈沖放電，利用電子儀器將放電次數(shù)記錄下來。,三、蓋革-米勒計數(shù)器,優(yōu)點：G-M計數(shù)器非常靈敏，用它檢測射線 十分方便。 不足：不同射線在計數(shù)器中產生的現(xiàn)象相同， 因此只能用來計數(shù)，不能區(qū)分射線種類； 如果同時有大量粒子，或兩個粒子向來的 時間間隔小于200s，計數(shù)器也不能區(qū)分。,三、蓋革-米勒計數(shù)器優(yōu)缺點,蓋革（Geiger,Hans Wilhelm）德國物理學家。在盧瑟福門下當一名得力的助手，從事粒子散射的研究。發(fā)明的探測高能亞原子粒子的儀器聯(lián)系在一起，現(xiàn)在簡直是盡人皆知。這就是所謂的“蓋革計數(shù)器”。,蓋革,最早發(fā)明的蓋革米勒計數(shù)器的構造,改進后的蓋革米勒計數(shù)器,一、威爾遜云室,

9、三、蓋革米勒計數(shù)器,二、氣泡室,利用過飽和蒸氣能以離子為核心凝結成霧滴顯示氣體離子的存在,知道粒子的性質、粒子所帶電荷正負,利用過熱液體在粒子周圍形成氣泡顯示氣體離子的存在,根據(jù)徑跡分析粒子的動量、能量、及帶電情況,利用在電場中被加速的離子可以在電路中引起脈沖放電顯示氣體離子的存在,只能用來計數(shù)，不能區(qū)分射線種類,探測射線的方法,1、答：用云室可以清楚的看出粒子和粒子的徑跡， 粒子質量比較大，在氣體中進行時不易改變方向，它的電離本領大，在每厘米的路程中能使氣體分子產生10000對離子，所以它的徑跡直而粗。粒子質量很小，跟氣體分子的電子碰撞時容易改變方向，而且，電離本領小，在每厘米的路程中只能產生幾百對離子，所以他說的徑跡比較細而且有時發(fā)生彎曲。粒子的電離本領更小，在云室中一般不直接留下徑跡。,2、答:云室利用過飽和蒸汽能以離子為核心