3　探測(cè)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(cè)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(jiàn)，但是我們可以根據(jù)一些現(xiàn)象來(lái)探知放射線的存在，這些現(xiàn)象主要是：,探測(cè)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(cè)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(guò)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(lái)啟發(fā)他們思考，鼓勵(lì)他們上進(jìn)。所以在他那漫長(zhǎng)的教書生涯里，一直得到學(xué)生們的衷心愛(ài)戴。,威爾遜,探測(cè)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(guò)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(chǎng)）,威爾遜云室射線徑跡,1972年，我國(guó)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(cè)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(cè)射線的方法二氣泡

4、室,氣泡室（Bubble Chamber）是1952年美國(guó)物理學(xué)家唐納德格拉澤（Donald A. Glaser）發(fā)明，用以探測(cè)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(cè)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(lái)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(guó)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(chǎng)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(guò)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(cè)射線的方法二氣泡室,高能帶電粒子在磁場(chǎng)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(guò)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(guò)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(duì)，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(guò)很短的時(shí)間后，胚胎氣泡逐漸長(zhǎng)大，就沿粒子所經(jīng)路徑留下痕跡。如果這時(shí)對(duì)其

6、進(jìn)行拍照，就可以把一連串的氣泡拍攝下來(lái)，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(cè)。,探測(cè)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(cè)量分析數(shù)據(jù)較慢，掃描測(cè)量照片太費(fèi)時(shí)間 體積有限，而且甚為昂貴,探測(cè)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(lái)的儀器，利用了射線的電離本領(lǐng),只能用來(lái)計(jì)數(shù)不能 區(qū)分射線種類,1、構(gòu)造,2、常見(jiàn)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(guó)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(lái)檢測(cè)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(yáng)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(chǎng)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(lái)。,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(cè)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(lái)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(lái)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(guó)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(cè)高能亞原子粒子的儀器聯(lián)系在一起，現(xiàn)在簡(jiǎn)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(guò)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(guò)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(chǎng)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(lái)計(jì)數(shù)，不能區(qū)分射線種類,探測(cè)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(duì)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(duì)離子，所以他說(shuō)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(guò)飽和蒸汽能以離子為核心