Експериментальні методи реєстрації елементарних частинок

Методи реєстрації елементарних частинок засновані на використанні систем в долгоживущем нестійкому стані, в яких під дією пролітаючою зарядженої частинки відбувається перехід у стійкий стан.

Лічильник Гейгера.

Лічильник Гейгера — детектор частинок, дія якого засновано на виникненні самостійного електричного розряду в газі при попаданні частки в його обсяг. Винайдений у 1908 р. X. Гейгером і Е. Резерфордом, пізніше був вдосконалений Гейгером і Мюллером.

Фізика атомного ядра Експериментальні методи реєстрації елементарних частинок

Лічильник Гейгера складається з металевого циліндра — катода — і тонкого дротика, натягнутого вздовж його осі — анода, укладених в герметичний об’єм, заповнений газом (зазвичай аргоном) під тиском близько 100-260 ГПа (100-260 мм рт. ст.). Між катодом і анодом прикладається напруга порядку 200-1000 Ст. Заряджена частинка, потрапивши в обсяг лічильника, утворює деяку кількість електронно-іонних пар, які рухаються до відповідних електродів і при великій напрузі на довжині вільного пробігу (на шляху до наступного зіткнення) набирають енергію, що перевершує енергію іонізації, і іонізують молекули газу. Утвориться лавина, струм в ланцюзі зростає. З навантажувального опору імпульс напруги подається на реєструючий пристрій. Різке збільшення падіння напруги на навантажувальному опорі призводить до різкого зменшення напруги між анодом і катодом, розряд припиняється, і трубка готова до реєстрації наступній частинки.

Лічильником Гейгера реєструють в основному електрони і γ-кванти (останні, щоправда, з допомогою додаткового матеріалу, що наноситься на стінки посудини, з яких γ-кванти вибивають електрони).

Камера Вільсона.

Камера Вільсона — трековий (від англ. track — слід, траєкторія) детектор частинок. Створена Ч. Вільсоном у 1912 р. З допомогою камери Вільсона був зроблений ряд відкриттів ядерної фізики та фізики елементарних частинок, таких, як відкриття широких атмосферних злив (в області космічних променів) у 1929 р., позитрона в 1932 р., виявлення слідів мюонів, відкриття дивних частинок. Надалі камера Вільсона була практично витіснена бульбашкової камерою як більш швидкодіючою. Камера Вільсона являє собою посудину, заповнений парами води або спирту, близькими до насичення (див. рис.). Дія заснована на конденсації перенасиченого пари (води або спирту) на іонах, утворених яка пролетіла частинкою. Перенасичений пар створиться різким опусканням поршня (див. рис.) (пар у камері при цьому адіабатично розширюється, внаслідок чого температура різко падає).

Фізика атомного ядра Експериментальні методи реєстрації елементарних частинок

Крапельки рідини, що осіли на іонах, роблять видимим слід яка пролетіла частинки — трек, що дає можливість його сфотографувати. По довжині треку можна визначити енергію частинки, а за кількістю крапельок на одиницю довжини треку — оцінити її швидкість. Приміщення камери в магнітне поле дозволяє визначити по кривизні треку відношення заряду частинки до її маси (вперше запропоновано радянськими фізиками П. Л. Капіцею і Д. В. Скобельцыным).

Бульбашкова камера.

Бульбашкова камера — прилад для реєстрації слідів (треків) заряджених частинок, дія якого заснована на вскипании перегрітої рідини вздовж траєкторії частинки.

Перша бульбашкова камера (1954 р.) являла собою металеву камеру зі скляними вікнами для освітлення і фотографування, заповнену рідким воднем. Надалі вона створювалася й удосконалювалася у всіх лабораторіях світу, оснащених прискорювачами заряджених частинок. Від колби об’ємом 3 см3 розмір бульбашкової камери досяг декількох кубічних метрів. Більшість бульбашкових камер мають об’єм 1 м3. За винахід бульбашкової камери Глейзеру в 1960 р. була присуджена Нобелівська премія.

Тривалість робочого циклу бульбашкової камери становить 0,1 с. її Перевага перед камерою Вільсона — в більшої щільності робочого речовини, що дозволяє реєструвати частки більших енергій.

Посилання на основну публікацію