Metode snimanja elementarnih čestica. Metode detekcije nabijenih čestica Eksperimentalne metode detekcije nabijenih čestica ukratko

Natrag naprijed

Pažnja! Pregledi slajdova služe samo u informativne svrhe i možda neće predstavljati sve značajke prezentacije. Ako ste zainteresirani za ovaj rad, preuzmite punu verziju.

Vrsta lekcije: sat učenja novog gradiva.

Vrsta lekcije: kombinirani.

Tehnologija: problemsko-dijaloški.

Svrha lekcije: organizirati aktivnosti učenika za proučavanje i početno učvršćivanje znanja o metodama snimanja nabijenih čestica.

Oprema: računalo i multimedijski projektor, Prezentacija .

Metode detekcije nabijenih čestica

Danas se čini gotovo nevjerojatnim koliko je otkrića u fizici atomske jezgre napravljeno korištenjem prirodnih izvora radioaktivnog zračenja s energijama od samo nekoliko MeV i jednostavnim uređajima za detekciju. Otkrivena je atomska jezgra, dobivene su njezine dimenzije, prvi put je uočena nuklearna reakcija, otkriven je fenomen radioaktivnosti, otkriveni su neutron i proton, predviđeno je postojanje neutrina itd. Dugo je vremena glavni detektor čestica bila ploča na koju je nanesen sloj cinkovog sulfida. Čestice su registrirane okom bljeskovima svjetlosti koje su proizvele u cinkovom sulfidu.

S vremenom su eksperimentalne postavke postajale sve složenije. Razvijena je tehnologija akceleracije i detekcije čestica te nuklearna elektronika. Napredak nuklearne fizike i fizike čestica sve je više određen napretkom u tim područjima. Nobelove nagrade za fiziku često se dodjeljuju za rad u području fizikalnih eksperimentalnih tehnika.

Detektori služe kako za registraciju same činjenice prisutnosti čestice tako i za određivanje njene energije i momenta, putanje čestice i drugih karakteristika. Za registraciju čestica često se koriste detektori koji su maksimalno osjetljivi na detekciju pojedine čestice i ne osjećaju veliku pozadinu koju stvaraju druge čestice.

Obično je u eksperimentima nuklearne fizike i fizike čestica potrebno izolirati "potrebne" događaje iz ogromne pozadine "nepotrebnih" događaja, možda jedan u milijardu. Za to se koriste različite kombinacije brojača i metoda registracije.

Detekcija nabijenih čestica temelji se na fenomenu ionizacije ili ekscitacije atoma, koju oni uzrokuju u tvari detektora. To je osnova za rad takvih detektora kao što su oblačna komora, komora s mjehurićima, komora iskre, fotografske emulzije, plinski scintilacijski i poluvodički detektori.

1. Geigerov brojač

Geigerov brojač je, u pravilu, cilindrična katoda, duž čije je osi zategnuta žica - anoda. Sustav je ispunjen plinskom smjesom. Prolazeći kroz brojač, nabijena čestica ionizira plin. Nastali elektroni, krećući se prema pozitivnoj elektrodi - filamentu, ulazeći u područje jakog električnog polja, ubrzavaju se i zauzvrat ioniziraju molekule plina, što dovodi do koronskog pražnjenja. Amplituda signala doseže nekoliko volti i lako se bilježi. Geigerov brojač bilježi činjenicu da čestica prolazi kroz brojač, ali ne mjeri energiju čestice.

2. Oblačna komora

Oblačna komora je detektor tragova elementarnih nabijenih čestica, u kojem je trag (trag) čestice formiran lancem malih kapljica tekućine duž putanje njenog kretanja. Izumio ga je Charles Wilson 1912. (Nobelova nagrada 1927.).

Princip rada oblačne komore temelji se na kondenzaciji prezasićene pare i stvaranju vidljivih kapljica tekućine na ionima duž traga nabijene čestice koja leti kroz komoru. Da bi se stvorila prezasićena para, dolazi do brzog adijabatskog širenja plina pomoću mehaničkog klipa. Nakon fotografiranja staze, plin u komori se ponovno komprimira, a kapljice na ionima ispare. Električno polje u komori služi za “čišćenje” komore od iona nastalih tijekom prethodne ionizacije plina. U komori oblaka tragovi nabijenih čestica postaju vidljivi zbog kondenzacije prezasićene pare na ionima plina koje formira nabijena čestica. Na ionima se stvaraju kapljice tekućine koje rastu do veličine dovoljne za promatranje (10 –3 -10 –4 cm) i fotografiranje pri dobrom osvjetljenju. Radni medij je najčešće mješavina vode i alkoholne pare pod tlakom od 0,1-2 atmosfere (vodena para se kondenzira uglavnom na negativne ione, alkoholna para na pozitivne). Supersaturacija se postiže naglim smanjenjem tlaka zbog ekspanzije radnog volumena. Mogućnosti oblačne komore značajno se povećavaju kada se stave u magnetsko polje. Na temelju putanje nabijene čestice zakrivljene magnetskim poljem određuju se predznak njezina naboja i količina gibanja. Koristeći komoru s oblakom 1932. K. Anderson otkrio je pozitron u kozmičkim zrakama.

3. Komora s mjehurićima

Komora s mjehurićima– detektor tragova elementarnih nabijenih čestica, kod kojeg trag (trag) čestice tvori lanac mjehurića pare duž putanje njezina kretanja. Izumio A. Glaser 1952. (Nobelova nagrada 1960.).

Princip rada temelji se na vrenju pregrijane tekućine duž staze nabijene čestice. Komora s mjehurićima je posuda ispunjena prozirnom pregrijanom tekućinom. Naglim padom tlaka nastaje lanac mjehurića pare duž staze ionizirajuće čestice, koji se osvjetljavaju vanjskim izvorom i fotografiraju. Nakon snimanja traga, tlak u komori raste, mjehurići plina kolabiraju i aparat je ponovno spreman za korištenje. Kao radna tekućina u komori koristi se tekući vodik, koji ujedno služi i kao vodikova meta za proučavanje interakcije čestica s protonima.

Komora s oblakom i komora s mjehurićima imaju veliku prednost jer se sve nabijene čestice proizvedene u svakoj reakciji mogu izravno promatrati. Da bi se odredila vrsta čestice i njezina količina gibanja, oblačne komore i komore s mjehurićima stavljaju se u magnetsko polje. Komora s mjehurićima ima veću gustoću materijala detektora u usporedbi s komorom s oblakom i stoga su staze nabijenih čestica u potpunosti sadržane u volumenu detektora. Dešifriranje fotografija iz komora s mjehurićima predstavlja zaseban, naporan problem.

4. Nuklearne emulzije

Slično, kao što se događa u običnoj fotografiji, nabijena čestica na svom putu remeti strukturu kristalne rešetke zrnaca srebrnog halida, čineći ih sposobnima za razvoj. Nuklearna emulzija jedinstveno je sredstvo za snimanje rijetkih događaja. Hrpe nuklearnih emulzija omogućuju otkrivanje čestica vrlo visokih energija. Uz njihovu pomoć moguće je odrediti koordinate staze nabijene čestice s točnošću od ~1 mikrona. Nuklearne emulzije naširoko se koriste za otkrivanje kozmičkih čestica na sondirajućim balonima i svemirskim letjelicama.
Fotografske emulzije kao detektori čestica donekle su slične oblačnim komorama i komorama s mjehurićima. Prvi ih je upotrijebio engleski fizičar S. Powell za proučavanje kozmičkih zraka. Fotografska emulzija je sloj želatine u kojem su raspršena zrnca srebrnog bromida. Pod utjecajem svjetla u zrncima srebrnog bromida stvaraju se latentni centri slike koji pridonose redukciji srebrnog bromida u metalno srebro kada se razvijaju konvencionalnim fotografskim razvijačem. Fizikalni mehanizam nastanka ovih centara je stvaranje metalnih atoma srebra zbog fotoelektričnog efekta. Ionizacija koju proizvode nabijene čestice daje isti rezultat: pojavljuje se trag senzibiliziranih zrnaca, koji se nakon razvoja mogu vidjeti pod mikroskopom.

5. Scintilacijski detektor

Scintilacijski detektor koristi svojstvo određenih tvari da svijetle (scintiliraju) kada nabijena čestica prolazi kroz njih. Svjetlosni kvanti proizvedeni u scintilatoru zatim se snimaju pomoću fotomultiplikatorskih cijevi.

Suvremene mjerne instalacije u fizici visokih energija složeni su sustavi koji uključuju desetke tisuća brojača, složenu elektroniku i sposobne su istovremeno bilježiti desetke čestica nastalih u jednom sudaru.

Ciljevi lekcije

• Obrazovni: dati ideju o metodama snimanja nabijenih čestica, otkriti značajke svake metode, identificirati glavne obrasce, proučiti primjenu metoda.
• Razvojni: razvijati pamćenje, mišljenje, percepciju, pažnju, govor kroz individualnu pripremu za sat; razvijati vještine rada s dodatnom literaturom i internetskim resursima.
• Odgojni: razvijati obrazovnu motivaciju, njegovati domoljublje kroz proučavanje doprinosa domaćih znanstvenika svjetskoj znanosti.

Tijekom nastave

І . Upoznati se s teorijskim gradivom.

Teorijske informacije

Za proučavanje nuklearnih pojava razvijene su brojne metode za snimanje elementarnih čestica i zračenja. Pogledajmo neke od njih koji se najčešće koriste.

1) Geigerov brojač s izbojem u plinu

Geigerov brojač jedan je od najvažnijih uređaja za automatsko brojanje čestica. Brojač se sastoji od staklene cijevi obložene s unutarnje strane metalnim slojem (katoda) i tanke metalne niti koja prolazi uzduž osi cijevi (anoda).

Cijev je napunjena plinom, obično argonom. Brojač radi na temelju udarne ionizacije. Nabijena čestica (elektron, Υ-čestica itd.), leteći kroz plin, oduzima elektrone iz atoma i stvara pozitivne ione i slobodne elektrone. Električno polje između anode i katode (na njih se dovodi visoki napon) ubrzava elektrone do energije pri kojoj počinje udarna ionizacija. Dolazi do lavine iona, a struja kroz brojač naglo raste. U tom slučaju, naponski impuls se stvara preko otpornika opterećenja R, koji se dovodi u uređaj za snimanje. Kako bi brojač registrirao sljedeću česticu koja ga pogodi, lavinsko pražnjenje se mora ugasiti. To se događa automatski.

Geigerov brojač koristi se uglavnom za bilježenje elektrona i Y-kvanta (fotona visoke energije). Međutim, Y-kvanti se ne bilježe izravno zbog svoje niske ionizirajuće sposobnosti. Da bi ih se otkrilo, unutarnja stijenka cijevi presvučena je materijalom iz kojeg Y-kvanti izbacuju elektrone.

Brojač registrira gotovo sve elektrone koji ulaze u njega; Što se tiče Y-kvanta, on registrira otprilike samo jedan Y-kvant od stotinu. Registracija teških čestica (npr. J-čestica) je teška, jer je teško napraviti dovoljno tanak “prozor” u brojaču koji je proziran za te čestice.

2) Oblačna komora

Djelovanje oblačne komore temelji se na kondenzaciji prezasićene pare na ionima radi stvaranja kapljica vode. Ove ione stvara duž svoje putanje pokretna nabijena čestica.

Uređaj je cilindar s klipom 1 (slika 2), prekriven ravnim staklenim poklopcem 2. Radni volumen komore ispunjen je plinom, koji sadrži zasićenu paru. Kada se klip brzo pomiče prema dolje, plin u volumenu se adijabatski širi i hladi, pri čemu postaje prezasićen. Kada čestica leti kroz ovaj prostor, stvarajući ione duž svoje staze, tada se na tim ionima stvaraju kapljice kondenzirane pare. Trag putanje čestice (track) pojavljuje se u kameri u obliku trake magle (slika 3), koju je moguće promatrati i fotografirati. Staza postoji desetinke sekunde. Vraćanjem klipa u prvobitni položaj i uklanjanjem iona električnim poljem može se ponovno izvršiti adijabatsko širenje. Stoga se pokusi s kamerom mogu ponavljati.

Ako se kamera postavi između polova elektromagneta, tada se mogućnosti kamere za proučavanje svojstava čestica značajno proširuju. U ovom slučaju Lorentzova sila djeluje na pokretnu česticu, što omogućuje određivanje vrijednosti naboja čestice i njezine količine gibanja iz zakrivljenosti putanje. Slika 4 prikazuje moguću verziju dekodiranja fotografija staza elektrona i pozitrona. Vektor indukcije B magnetskog polja usmjeren je okomito na ravninu crteža iza crteža. Pozitron skreće ulijevo, a elektron udesno.

3 ) Komora s mjehurićima

Razlikuje se od oblačne komore po tome što se prezasićene pare u radnom volumenu komore zamjenjuju pregrijanom tekućinom, tj. tekućina koja je pod tlakom manjim od tlaka svoje zasićene pare.

Proletjevši kroz takvu tekućinu, čestica uzrokuje pojavu mjehurića pare, stvarajući pritom trag (slika 5).

U početnom stanju klip komprimira tekućinu. Uz nagli pad tlaka, vrelište tekućine niže je od temperature okoline.

Tekućina postaje nestabilno (pregrijano) stanje. To osigurava pojavu mjehurića duž putanje čestice. Kao radna smjesa koriste se vodik, ksenon, propan i neke druge tvari.

Prednost komore s mjehurićima u odnosu na Wilsonovu komoru je zbog veće gustoće radne tvari. Kao rezultat toga, putovi čestica su prilično kratki, a čestice čak i visokih energija zaglave u komori. To omogućuje promatranje niza uzastopnih transformacija čestice i reakcija koje ona uzrokuje.

4) Metoda emulzije debelog filma

Za detekciju čestica, uz oblačne komore i komore s mjehurićima, koriste se debeloslojne fotografske emulzije. Ionizirajuće djelovanje brzonabijenih čestica na emulziju fotografske ploče. Fotografska emulzija sadrži velik broj mikroskopskih kristala srebrnog bromida.

Brzo nabijena čestica, prodirući u kristal, uklanja elektrone iz pojedinačnih atoma broma. Lanac takvih kristala tvori latentnu sliku. Kada se metalno srebro pojavi u tim kristalima, lanac srebrnih zrnaca formira trag čestica.

Duljina i debljina traga mogu se koristiti za procjenu energije i mase čestice. Zbog velike gustoće fotografske emulzije tragovi su vrlo kratki, ali se prilikom fotografiranja mogu povećati. Prednost fotografske emulzije je što vrijeme ekspozicije može biti koliko god želite. To omogućuje snimanje rijetkih događaja. Također je važno da se zbog velike zaustavne moći fotoemulzije povećava broj promatranih zanimljivih reakcija između čestica i jezgri.

5) Metoda scintilacije

Scintilacijski brojač sastoji se od scintilatora, fotomultiplikatora i elektroničkih uređaja za pojačavanje i brojanje impulsa.Scintilator pretvara energiju ionizirajućeg zračenja u kvant vidljive svjetlosti čija veličina ovisi o vrsti čestica i materijalu scintilatora. Kvanti vidljive svjetlosti, udarajući u fotokatodu, izbacuju iz nje elektrone, čiji se broj višestruko povećava fotomultiplikatorom. Kao rezultat, na izlazu fotomultiplikatora formira se značajan puls, koji se zatim pojačava i broji pomoću jedinice za ponovni izračun. Dakle, zbog energije a-ili b-čestice, g-kvantne ili druge nuklearne čestice, u scintilatoru se pojavljuje svjetlosni bljesak-scintilacija, koji se zatim pomoću fotomultiplikatorske cijevi (PMT) pretvara u strujni impuls i snima.

II. Koristeći teorijski materijal i internetske resurse ispunite tablicu

Spintariskop

Geigerov brojač

Wilsonova komora

Komora s mjehurićima

2. Uređaj

3. Informacije o česticama

4. Vrsta čestice

5. Prednosti

6. Nedostaci

7. Fizikalni zakoni

8. Princip rada

9. Otkrića napravljena pomoću uređaja

III. Uradi laboratorij

Predmet: “Proučavanje tragova nabijenih čestica pomoću gotovih fotografija”

Cilj: identificirati nabijenu česticu uspoređujući njen trag s tragom protona u komori oblaka postavljenoj u magnetsko polje; procijeniti pogrešku pokusa, sistematizirati informacije dobivene analizom tragova na fotografijama, oblikovati zaključke i zaključke.

Oprema: gotova fotografija dvaju tragova nabijenih čestica. Staza I je proton, staza II je čestica koju treba identificirati.

Objašnjenja

Prilikom izvođenja ovog laboratorijskog rada imajte na umu sljedeće:

• što je dužina staze veća, to je veća energija čestice (i manja gustoća medija);
• što je veći naboj čestice i manja njezina brzina, veća je debljina staze;
• Kada se nabijena čestica giba u magnetskom polju, njezina staza ispada zakrivljena, a polumjer zakrivljenosti staze je veći, što je veća masa i brzina čestice, a manji je njezin naboj i modul indukcije magnetskog polja. .
• čestica se kretala od kraja staze s velikim radijusom zakrivljenosti do kraja s manjim radijusom zakrivljenosti (polumjer zakrivljenosti se smanjuje dok se giba, jer se brzina čestice smanjuje zbog otpora medija).

1. Pogledajte fotografiju tragova dviju nabijenih čestica. (Staza I pripada protonu, staza II čestici koju treba identificirati) (vidi sliku 1).
2. Izmjerite polumjere zakrivljenosti staza u njihovim početnim dijelovima (vidi sliku 2).

Ovdje će biti slika:

Stolna čestica

Relativna greška,

6. Dodatni zadatak.

a) U kojem su se smjeru kretale čestice?

b) Duljina tragova čestica je približno jednaka. Što to znači?

c) Kako se mijenjala debljina staze tijekom gibanja čestica? Što iz ovoga slijedi?

Ovdje će biti datoteka: /data/edu/files/y1445085758.doc (Larisa Belova: Metode snimanja nabijenih čestica)

Autor: Fomicheva S.E., učiteljica fizike u MBOU “Srednja škola br. 27” u gradu Kirovu Metode snimanja i promatranja elementarnih čestica Geigerov brojač Wilsonova komora Mjehurićna komora Metoda fotoemulzije Scintilacijska metoda Spark komora (1908.) Dizajniran za automatsko brojanje čestica. Omogućuje registraciju do 10 000 ili više čestica u sekundi. Registrira gotovo svaki elektron (100%) i 1 od 100 gama kvanta (1%) Registriranje teških čestica je teško Hans Wilhelm Geiger 1882-1945 Uređaj: 2. Katoda - tanki metalni sloj 3. Anoda - tanka metalna nit 1 Staklena cijev, ispunjena argonom 4. Uređaj za snimanje Da bi se detektirao γ-kvant, unutarnja stijenka cijevi obložena je materijalom iz kojeg γ-kvanti izbacuju elektrone. Princip rada: Djelovanje se temelji na udarnoj ionizaciji. Nabijena čestica koja leti kroz plin skida elektrone s atoma. Pojavljuje se lavina elektrona i iona. Struja kroz mjerač naglo raste. Impuls napona generira se preko otpornika R, koji se bilježi uređajem za brojanje. Napon između anode i katode naglo opada. Pražnjenje prestaje, brojač ponovno spreman za rad (1912.) Namijenjen za promatranje i dobivanje informacija o česticama. Dok čestica prolazi, ostavlja trag—tragu koja se može izravno promatrati ili fotografirati. Detektiraju se samo nabijene čestice; neutralne ne uzrokuju ionizaciju atoma; njihova se prisutnost procjenjuje po sekundarnim učincima. Charles Thomson Reese Wilson 1869-1959 Uređaj: 7. Komora ispunjena vodom i alkoholnom parom 1. Izvor čestica 2. Kvarcno staklo 3. Elektrode za stvaranje električnog polja 6. Tračnice 5. Klip 4. Ventilator Princip rada: Djelovanje se temelji o korištenju okruženja nestabilnog stanja. Para u komori je blizu zasićenja. Kada se klip spusti, dolazi do adijabatskog širenja i para postaje prezasićena. Kapljice vode stvaraju tragove. Leteća čestica ionizira atome na kojima se kondenzira para koja je u nestabilnom stanju. Klip se diže, kapljice isparavaju, električno polje uklanja ione i komora je spremna primiti sljedeću česticu Podaci o česticama: po duljini staze - o energiji čestice (što je više L, to je više W ); brojem kapi po jedinici duljine - o brzini (što je više N, to je više v); Po debljini staze - o veličini naboja (što je više d, to je više q) Po zakrivljenosti staze u magnetskom polju - o omjeru naboja čestice i njezine mase (što je više R, što je više m i v, to je više q); U smjeru savijanja oko predznaka naboja čestice. (1952) Dizajniran za promatranje i dobivanje informacija o česticama. Proučavaju se tragovi, ali za razliku od komore oblaka, ona omogućuje proučavanje čestica visoke energije. Ima kraći radni ciklus - oko 0,1 s. Omogućuje promatranje raspadanja čestica i reakcija koje ono uzrokuje. Donald Arthur Glaser 1926-2013 Uređaj: Sličan komori za oblake, ali se umjesto pare koristi tekući vodik ili propan. Tekućina je pod visokim tlakom na temperaturi iznad točke vrelišta. Klip se spušta, tlak pada i tekućina se nalazi u nestabilnom, pregrijanom stanju. Mjehurići pare stvaraju tragove. Leteća čestica ionizira atome koji postaju središta isparavanja. Klip se podiže, para se kondenzira, električno polje uklanja ione i komora je spremna prihvatiti sljedeću česticu (1895.) Ploča je obložena emulzijom koja sadrži veliki broj kristala bromida srebra. Dok čestica prolazi, ona uklanja elektrone iz atoma broma, a lanac takvih kristala tvori latentnu sliku. Kada se razvije, metalno srebro se obnavlja u ovim kristalima. Lanac srebrnih zrnaca oblikuje trag. Antoine Henri Becquerel Ova metoda omogućuje registraciju rijetkih pojava između čestica i jezgri. 1. Aluminijska folija 4. Dinoda 5. Anoda 3. Fotokatoda 2. Scintilator Metoda scintilacije uključuje brojanje sićušnih bljeskova svjetlosti kada alfa čestice udare u ekran obložen cinkovim sulfidom. Kombinacija je scintilatora i fotomultiplikatora. Registriraju se sve čestice i 100% gama kvanta. Omogućuje određivanje energije čestica. To je sustav paralelnih metalnih elektroda, među kojima je prostor ispunjen inertnim plinom. Razmak između ploča je od 1 do 10 cm Iskre pražnjenja su strogo lokalizirane. Nastaju tamo gdje se pojavljuju besplatni troškovi. Iskreće komore mogu biti veličine nekoliko metara. Dok čestica leti između ploča, izbija iskra stvarajući vatreni trag. Prednost je što je proces registracije upravljiv.

Instrumenti koji se koriste za detekciju nuklearnog zračenja nazivaju se detektori nuklearnog zračenja. Najviše se koriste detektori koji detektiraju nuklearno zračenje ionizacijom i ekscitacijom atoma tvari koje proizvode. Brojač s pražnjenjem u plinu izumio je njemački fizičar G. Geiger, a zatim ga je poboljšao zajedno s W. Mullerom. Stoga se brojači s izbojem u plinu često nazivaju Geiger-Mullerovi brojači. Kao tijelo mjerača služi cilindrična cijev, duž njene osi rastegnuta je tanka metalna nit. Navoj i tijelo cijevi odvojeni su izolatorom. Radni volumen mjerača ispunjen je mješavinom plinova, na primjer argonom pomiješanim s parama metilnog alkohola, pri tlaku od oko 0,1 atm.

Za registraciju ionizirajućih čestica primjenjuje se visok konstantni napon između protutijela i žarne niti; žarna nit je anoda. Brza nabijena čestica koja leti kroz radni volumen brojača

proizvodi ionizaciju atoma plina za punjenje na svom putu. Pod utjecajem električnog polja slobodni elektroni se kreću prema anodi, pozitivni ioni se kreću prema katodi. Jakost električnog polja u blizini NNH anode brojača je tolika da slobodni elektroni, kada joj se približavaju na putu između dva sudara s neutralnim atomima, dobivaju energiju dovoljnu za njihovu ionizaciju. U mjeraču dolazi do koronskog pražnjenja koje prestaje nakon kratkog vremena.

Naponski impuls šalje se s otpornika spojenog u seriju s brojačem na ulaz uređaja za snimanje. Shematski dijagram uključivanja brojača s izbojem u plinu za registraciju nuklearnog zračenja prikazan je na slici 314. Na temelju očitanja elektroničkog brojača određuje se broj brzih nabijenih čestica koje registrira brojač.

Scintilacijski brojači.

Dizajn najjednostavnijeg uređaja za snimanje alfa čestica, spintariskopa, prikazan je na slici 302. Glavni dijelovi spintariskopa su ekran 3, presvučen slojem cinkovog sulfida, i kratkofokusno povećalo 4. Alfa radioaktivni lijek postavljen je na kraj šipke 1 otprilike nasuprot sredini zaslona. Kada alfa čestica pogodi kristale cinkovog sulfida, dolazi do bljeska svjetlosti, koji se može detektirati promatranjem kroz povećalo.

Proces pretvaranja kinetičke energije brzo nabijene čestice u energiju svjetlosnog bljeska naziva se scintilacija. Scintilacija je vrsta fenomena luminiscencije. U modernim scintilacijskim brojačima svjetlosni bljeskovi se bilježe pomoću fotoćelija, koje pretvaraju energiju svjetlosnog bljeska u kristalu u energiju impulsa električne struje. Strujni impulsi na izlazu fotoćelije se pojačavaju i zatim snimaju.

Wilsonova komora.

Jedan od najznačajnijih instrumenata eksperimentalne nuklearne fizike je komora s oblakom. Izgled pokazne komore Wilsonove škole prikazan je na slici 315. U cilindričnom

Posuda s ravnim staklenim poklopcem sadrži zrak koji sadrži zasićene alkoholne pare. Radni volumen komore povezan je kroz cijev s gumenom kruškom. Unutar komore, radioaktivni lijek je postavljen na tanku šipku. Za aktiviranje kamere, žarulja se najprije lagano stisne, a zatim se oštro otpusti. S brzim adijabatskim širenjem, zrak i para u komori se hlade, a para ulazi u stanje prezasićenosti. Ako u tom trenutku alfa čestica napusti pripravak, na putu njezina kretanja u plinu nastaje stupac iona. Prezasićena para kondenzira se u kapljice tekućine, a stvaranje kapljica događa se prvenstveno na ionima, koji služe kao središta kondenzacije pare. Stupac kapljica kondenziranih na ionima duž putanje čestice naziva se staza čestice.

Za izvođenje točnih mjerenja fizičkih karakteristika detektiranih čestica, komora s oblakom se postavlja u konstantno magnetsko polje. Tragovi čestica koje se kreću u magnetskom polju ispadaju zakrivljeni. Polumjer zakrivljenosti staze ovisi o brzini čestice, njezinoj masi i naboju. Uz poznatu indukciju magnetskog polja, ove karakteristike čestica mogu se odrediti iz izmjerenih polumjera zakrivljenosti tragova čestica.

Prve fotografije tragova alfa čestica u magnetskom polju dobio je sovjetski fizičar P. L. Kapitsa 1923. godine.

Metodu korištenja oblačne komore u konstantnom magnetskom polju za proučavanje spektra beta i gama zračenja i proučavanje elementarnih čestica prvi je razvio sovjetski fizičar, akademik Dmitrij Vladimirovič Skobeljcin.

Komora s mjehurićima.

Princip rada komore s mjehurićima je sljedeći. Komora sadrži tekućinu na temperaturi blizu vrelišta. Brze nabijene čestice prodiru u njegov radni volumen kroz tanki prozor u stijenci komore i usput ioniziraju i pobuđuju atome tekućine. U trenutku kada čestice prodru u radni volumen komore, pritisak unutar nje se oštro smanjuje i tekućina prelazi u pregrijano stanje. Ioni koji se pojavljuju na putu čestice imaju višak kinetičke energije. Ta energija dovodi do povećanja temperature tekućine u mikroskopskom volumenu u blizini svakog iona, njegovog vrenja i stvaranja mjehurića pare. Lanac mjehurića pare koji nastaju na putu brze nabijene čestice kroz tekućinu oblikuje trag te čestice.

U komori s mjehurićima gustoća bilo koje tekućine znatno je veća od gustoće plina u komori s oblakom, pa je moguće učinkovitije proučavati interakcije brzo nabijenih čestica s atomskim jezgrama. Za punjenje komora s mjehurićima koriste se tekući vodik, propan, ksenon i neke druge tekućine.

Metoda fotoemulzije.

Fotografska metoda je povijesno prva eksperimentalna metoda za snimanje nuklearnog zračenja, budući da je ovom metodom Becquerel otkrio fenomen radioaktivnosti.

Sposobnost brzih nabijenih čestica da stvore latentnu sliku u fotografskoj emulziji danas se široko koristi u nuklearnoj fizici. Nuklearne fotoemulzije posebno se uspješno koriste u istraživanjima u području fizike čestica i kozmičkih zraka. Brza nabijena čestica, kada se kreće u sloju fotografske emulzije, stvara središta latentne slike duž putanje kretanja. Nakon razvijanja pojavljuje se slika tragova primarne čestice i svih nabijenih čestica koje nastaju u emulziji kao rezultat nuklearnih interakcija primarne čestice.