3　探測射線的方法.ppt

1、=新課標(biāo)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(qiáng),很強(qiáng),很強(qiáng),較弱,很弱,三種射線：,氦原子核,高速電子流,空氣中只能前進(jìn)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(zhì)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(zhì)產(chǎn)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(lǐng)。,構(gòu)造：一個(gè)圓筒狀容器，低部可以上下移動(dòng)，上蓋是透明的

2、，內(nèi)有干凈空氣,實(shí)驗(yàn)時(shí)，加入少量酒精，使酒精蒸汽達(dá)到過飽和狀態(tài)。,威爾遜一生的貢獻(xiàn)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(xué)者權(quán)威自居。喜歡接近青年，尤其是那些事業(yè)心不強(qiáng)的學(xué)生。和他們聊天，參加他們的活動(dòng)，利用一切可以利用的機(jī)會(huì)來啟發(fā)他們思考，鼓勵(lì)他們上進(jìn)。所以在他那漫長的教書生涯里，一直得到學(xué)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(jié)成霧滴，顯示運(yùn)動(dòng)軌跡。,探測射線的方法一威爾遜云室,三種射線徑跡的特點(diǎn)：,射線徑跡特點(diǎn)：直而粗。 原因：粒子質(zhì)量大，不易改變方向 電離本領(lǐng)大，沿途產(chǎn)生的離子多,射線徑

3、跡特點(diǎn)：比較細(xì)，而且常常彎曲 原因：粒子質(zhì)量小，跟氣體 碰撞易 改變方向。 電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少,粒子的電離本領(lǐng)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(jié)構(gòu)，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(xì)可以知道粒子的性質(zhì)； 粒子軌跡的彎曲方向可以知道粒子帶電的正負(fù)（加磁場）,威爾遜云室射線徑跡,1972年，我國云南宇宙射線實(shí)驗(yàn)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(gè)質(zhì)量是十倍質(zhì)子質(zhì)量的重粒子。,二、氣泡室,-高能物理實(shí)驗(yàn)的最風(fēng)行的探 測設(shè)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(xué)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(shí)驗(yàn)的最風(fēng)行的探測設(shè)備，為高能物理學(xué)創(chuàng)造了許多重大發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)、曾給高能物理實(shí)驗(yàn)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(xué)府加州大學(xué)伯克利分校擔(dān)任物理學(xué)教授，1960年因發(fā)明氣泡室獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，之后與伯克利同事路易斯阿爾瓦雷茨（Luis W. Alvarez）一起升級(jí)了氣泡室（使用了液氫），而后者也于1968年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,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(lǐng)。, 粒子通過液體時(shí)在它周圍就有氣泡形成，可分析粒子的動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡的底片,可分析粒子的動(dòng)量、能量、帶電情況等,液體在特定的溫度和壓力下進(jìn)行絕熱膨脹，由于在一定的時(shí)間間隔內(nèi)（例如50ms）處于過熱狀態(tài)，液體不會(huì)馬上沸騰，這時(shí)如果有高速帶電粒子通過液體，在帶電粒子所經(jīng)軌跡上不斷與液體原子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生低能電子，因而形成離子對，這些離子在復(fù)合時(shí)會(huì)引起局部發(fā)熱，從而以這些離子為核心形成胚胎氣泡，經(jīng)過很短的時(shí)間后，胚胎氣泡逐漸長大，就沿粒子所經(jīng)路徑留下痕跡。如果這時(shí)對其

6、進(jìn)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(jié)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(gè)系統(tǒng)就很快回到初始狀態(tài)，準(zhǔn)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(diǎn)： 它的空間和時(shí)間分辨率高； 工作循環(huán)周期短，本底干凈、徑跡清晰，可反復(fù)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(fèi)時(shí)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(jì)數(shù)器,三、蓋革-米勒計(jì)數(shù)器,一種能自動(dòng)把放射微粒計(jì)數(shù)出來的儀器，利用了射線的電離本領(lǐng),只能用來計(jì)數(shù)不能 區(qū)分射線種類,1、構(gòu)造,2、常見類型,三、

7、蓋革-米勒計(jì)數(shù)器,管外面是一根玻璃管，里面是一個(gè)接在電源負(fù)極的導(dǎo)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(qiáng)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(gè)電壓稍低于管內(nèi)氣體的電離電壓。,德國物理學(xué)家蓋革在1928年與彌勒合作研制出的計(jì)數(shù)器用來檢測放射性是非常方便的，蓋革管的結(jié)構(gòu)如圖所示：,窗口,陰極,陽極,接放大器,粒子,三、蓋革-米勒計(jì)數(shù)器,工作原理具體分析：,射線粒子進(jìn)入管中，使管中氣體電離， 產(chǎn)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(gè)粒子進(jìn)入管中，可以產(chǎn)生大量電子，在電

8、路中產(chǎn)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(jì)數(shù)器,優(yōu)點(diǎn)：G-M計(jì)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(jì)數(shù)器中產(chǎn)生的現(xiàn)象相同， 因此只能用來計(jì)數(shù)，不能區(qū)分射線種類； 如果同時(shí)有大量粒子，或兩個(gè)粒子向來的 時(shí)間間隔小于200s，計(jì)數(shù)器也不能區(qū)分。,三、蓋革-米勒計(jì)數(shù)器優(yōu)缺點(diǎn),蓋革（Geiger,Hans Wilhelm）德國物理學(xué)家。在盧瑟福門下當(dāng)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(jì)數(shù)器”。,蓋革,最早發(fā)明的蓋革米勒計(jì)數(shù)器的構(gòu)造,改進(jìn)后的蓋革米勒計(jì)數(shù)器,一、威爾遜云室,

9、三、蓋革米勒計(jì)數(shù)器,二、氣泡室,利用過飽和蒸氣能以離子為核心凝結(jié)成霧滴顯示氣體離子的存在,知道粒子的性質(zhì)、粒子所帶電荷正負(fù),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(dòng)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(jì)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(zhì)量比較大，在氣體中進(jìn)行時(shí)不易改變方向，它的電離本領(lǐng)大，在每厘米的路程中能使氣體分子產(chǎn)生10000對離子，所以它的徑跡直而粗。粒子質(zhì)量很小，跟氣體分子的電子碰撞時(shí)容易改變方向，而且，電離本領(lǐng)小，在每厘米的路程中只能產(chǎn)生幾百對離子，所以他說的徑跡比較細(xì)而且有時(shí)發(fā)生彎曲。粒子的電離本領(lǐng)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