Методы регистрации заряженных частиц

Методы регистрации заряженных частиц.

Строение атомного ядра. Массовое число, заряд. Дефект массы и энергия связи. Изотопы.

Существуют различные модели атома, которые используются в различных условиях. Рассмотрим протонно-нейтронную модель ядра атома.
Согласно этой модели:
- ядра всех химических элементов состоят из нуклонов: протонов и нейтронов
- заряд ядра обусловлен только протонами
- число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента
- число нейтронов равно разности между атомным числом и числом протонов (N=A-Z)
Условное обозначение ядра атома химического элемента: _z ^A X
X – символ химического элемента
А – массовое число, которое показывает - массу ядра в целых атомных единицах массы (а.е.м.),- число нуклонов в ядре
- (A = N + Z),
Z – зарядовое число, которое показывает- заряд ядра, число протонов, число электронов в атоме,- порядковый номер в таблице Менделеева

N – число нейтронов в ядре атома(N = A - Z)
Масса ядра всегда меньше суммы масс свободных протонов и нейтронов, его составляющих. Это объясняется тем, что протоны и нейтроны в ядре очень сильно притягиваются друг к другу. Чтобы разъединить их требуется затра-тить большую работу. Поэтому полная энергия покоя ядра не равна энергии покоя составляющих его частиц.
Разность между массой ядра и суммой масс протонов и нейтронов называется дефектом масс.

Дефект масс - недостаток массы ядра по сравнению с суммой масс свободных нуклонов

Расчетная формула для дефекта масс: Δm=(z *m_p +N_*m_n)- mя

где m_я - масса ядра; (z _*m_p +N_*m_n)- сумма масс свободных нуклонов, сливающихся в ядро
Z- число протонов; m_p -масса свободного протона; N - число нейтронов; m_n - масса свободного нейтрона

ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ -- минимальная энергия, необходимая для расщепления ядра на свободные нуклоны; или - энергия, выделяющаяся при слиянии свободных нуклонов в ядро.

Расчетная формула для энергии связи: E= mc² (с - скорость света в вакууме)

Счетчик Гейгера - служит для подсчета количества радиоактив-ных частиц (в основном электронов).
Это стеклянная трубка, заполненная газом (аргоном), с двумя электродами внутри (катод и анод).При пролете частицы воз-никает ударная ионизация газа и возникает импульс электри-ческого тока.

Достоинства:
- компактность
- эффективность
- быстродействие
- высокая точность (10ООО частиц/с).
Где используется:
- регистрация радиоактивных загрязнений на местности, в помещениях, одежды, продуктов и т.д.
- на объектах хранения радиоактивных материалов или с работающими ядерными реакторами
- при поиске залежей радиоактивной руды (U, Th)
Камера Вильсона - служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков).
Внутренний объем камеры заполнен парами спирта или воды в перенасыщенном состоянии:
при опускании поршня уменьшается давление внутри камеры и понижается температура, в результате адиабатного процесса образуется перенасыщенный пар.
По следу пролета частицы конденсируются капельки влаги и образуется трек – видимый след.
При помещении камеры в магнитное поле по треку можно определить энергию, скорость, массу и заряд частицы. По длине и толщине трека, по его искривлению в магнитном поле определяют характеристики пролетевшей радиоактивной частицы.
Например, альфа-частица дает сплошной толстый трек, протон - тонкий трек, электрон - пунктирный трек.
Пузырьковая камера - вариант камеры Вильсона
При резком понижении поршня жидкость, находящаяся под высоким давление, переходит в перегретое состояние. При быстром движении частицы по следу образуются пузырьки пара, т.е. жидкость закипает, виден трек.
Преимущества перед камерой Вильсона:
- большая плотность среды, следовательно короткие треки
- частицы застревают в камере и можно проводить дальнейшее наблюдение частиц
- большее быстродействие.
Метод толстослойных фотоэмульсий - служит для регистрации частиц, позволяет регистрировать редкие явления из-за большого время экспозиции.
Фотоэмульсия содержит большое количество микрокристаллов бромида серебра. Влетающие частицы ионизируют поверхность фотоэмульсий. Кристаллики AgВr распадаются под действием заряженных частиц и при проявлении выявляется след от пролета частицы - трек. По длине и толщине трека можно определить энергию и массу частиц.

Дата добавления: 2015-04-24