для какой цели пузырьковую камеру помещают в магнитное поле
Для какой цели пузырьковую камеру помещают в магнитное поле
© Куцева Н. В. │ Сайт «Элементарные частицы» разработан в рамках ВКР магистра
по направлению подготовки 44.04.01 «Педагогическое образование» профиля «Физическое образование».
ВГПУ – 2018 г.
В камере Вильсона нельзя было наблюдать ядерные реакции с участием релятивистских тяжёлых частиц (например, протонов), так как они практически не тормозятся в газах. Для решения данной проблемы 1952 году американским учёным Д. А. Глейзером было предложено использовать перегретую жидкость. А камера, которую он придумал, получила название пузырьковая.
Для того, чтобы определить тип частицы, её энергию и импульс, пузырьковую камеру так же как и камеру Вильсона помещают во внешнее магнитное поле.
Старая пузырьковая камера Лаборатории им. Э. Ферми
Схема пузырьковой камеры:
Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона обусловлено большей плотностью рабочего вещества. В ней застревают частицы даже больших энергий, поэтому пробеги частиц в основном короткие. Это позволяет наблюдать серию последовательных превращений частицы и вызываемые ею реакции. Главное её преимущество состоит в том, что она позволяет получить точные измерения импульсов быстрых ионизирующих частиц.
Из недостатков одним из самых значимых является её слабая управляемость, которая нужна для отбора нужных актов распада частиц либо их взаимодействия. Устройство невозможно моментально запустить по сигналам внешних детекторов из-за инерционности рабочей жидкости и других физических параметров. Поэтому пузырьковые камеры, будучи синхронизованы с работой ускорителя, регистрируют все события, инициируемые в камере пучком частиц. И, к сожалению, з начительная часть этих событий не представляет интереса. Обработка снимков проходит в два этапа: сначала отбираются снимки с интересующими событиями, а затем проводятся измерения координат точек на следах отобранных событий с помощью микроскопов, полуавтоматических или автоматических измерительных устройств. По специальным программам на компьютерах вычисляются геометрические характеристики треков: углы вылета частиц, длины пробегов, импульсы, ошибки этих величин и т. д.
Фотографии треков заряженных частиц в пузырьковой камере
Для просмотра фотографий кликните по их миниатюрным изображениям
За свое изобретение в 1960 году Д. А. Глейзер получил Нобелевскую премию по физике.
Для какой цели пузырьковую камеру помещают в магнитное поле
Пузырьковая камера – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара вдоль траектории её движения. Изобретена А. Глэзером в 1952 г. (Нобелевская премия 1960 г.).
Принцип действия пузырьковой камеры напоминает принцип действия камеры Вильсона. В последней используется свойство перенасыщенного пара конденсироваться в мельчайшие капельки вдоль траектории заряженных частиц. В пузырьковой камере используется свойство чистой перегретой жидкости вскипать (образовывать пузырьки пара) вдоль пути пролёта заряженной частицы. Перегретая жидкость – это жидкость, нагретая до температуры большей температуры кипения для данных условий. Вскипание такой жидкости происходит при появлении центров парообразования, например, ионов. Таким образом, если в камере Вильсона заряженная частица инициирует на своём пути превращение пара в жидкость, то в пузырьковой камере, наоборот, заряженная частица вызывает превращение жидкости в пар.
 а. |  б. |  в. |
Перегретое состояние достигается быстрым (5-20 мс) уменьшением внешнего давления. На несколько миллисекунд камера становится чувствительной и способна зарегистрировать заряженную частицу. После фотографирования треков давление поднимается до прежней величины, пузырьки “схлопываются” и камера вновь готова к работе. Цикл работы большой пузырьковой камеры 
1 с (т. е. значительно меньше, чем у камеры Вильсона), что позволяет использовать её в экспериментах на импульсных ускорителях. Небольшие пузырьковые камеры могут работать в значительно более быстром режиме – 10-100 расширений в секунду. Моменты возникновения фазы чувствительности пузырьковой камеры синхронизуют с моментами попадания в камеру частиц от ускорителя.
Важным преимуществом пузырьковой камеры по сравнению с камерой Вильсона и диффузионной камерой является то, что в качестве рабочей среды в ней используется жидкость (жидкие водород, гелий, неон, ксенон, фреон, пропан и их смеси). Эти жидкости, являясь одновременно мишенью и детектирующей средой, обладают на 2-3 порядка большей плотностью, чем газы, что многократно увеличивает вероятность появления в них событий, достойных изучения, и позволяют целиком “уместить” в своём объёме треки высокоэнергичных частиц.
Пузырьковые камеры могут достигать очень больших размеров (до 40 м 3 ). Их, как и камеры Вильсона, помещают в магнитное поле. Пространственное разрешение пузырьковых камер ≈ 0.1 мм.
Недостатком пузырьковой камеры является то, что её невозможно (в отличие от камеры Вильсона) быстро “включить” по сигналам внешних детекторов, осуществляющих предварительный отбор событий, так как жидкость слишком инерционна и не поддается очень быстрому (за время ≈ 1 мкс) расширению. Поэтому пузырьковые камеры, будучи синхронизованы с работой ускорителя, регистрируют все события, инициируемые в камере пучком частиц. Значительная часть этих событий не представляет интереса.
Пузырьковая камера
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Описание слайда:
Пузырьковая камера
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 30 города Белово»
Выполнили: Кузнецов Алексей,
Ученик 9 «Б» класса
Руководитель: Попова И.А.,
учитель физики
Белово 2010
Описание слайда:
Описание слайда:
Первая Пузырьковая камера(1954) представляла собой металлическую камеру со стеклянными окнами для освещения и фотографирования, заполненную жидким водородом.
В дальнейшем Пузырьковые камеры создавались и совершенствовались во всех лабораториях мира
Описание слайда:
1 м3. (За изобретение П. к. Глейзеру в 1960 присуждена Нобелевская премия.)
Описание слайда:
Описание слайда:
Описание слайда:
Измерения импульсов и определение знака заряда быстрых частиц осуществляются по кривизне траектории в пространстве магнитного поле Н. Радиус кривизны R определяется соотношением.
Особенности криогенных и тяжеложидкостных пузырьковых камер проявляются в их конструкциях и системах освещения. В криогенных, расширение П. к. осуществляется поршнем, который находится в контакте с рабочей жидкостью.
Описание слайда:
Вывод: П. к. используются преимущественно в экспериментах на выведенных пучках заряженных и нейтральных частиц, получаемых на ускорителях. В исследованиях космические излучения не применяются из-за отсутствия «памяти» [невозможность запуска рабочего цикла от проходящей частицы (см. Координатные детекторы)]. Нейтральные частицы регистрируются либо по продуктам взаимодействия с веществом в камере, либо по распадам на заряженные частицы. Исследования, выполненные с помощью П. к., дали существ, вклад в изучение сильных и слабых взаимодействий. Были открыты антисигма-минус-гиперон (1960, Дубна), омега-минус-гиперон (1964, США), нейтральные токи (1973, ЦЕРН) и др. Обнаружены и изучены многочисленные частицы – резонансы и т. д.
Описание слайда:
Литература
А.В. Перышкин, Е.М. Гутник «Физика. 9 класс», «Дрофа», 2009 г.
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Курс профессиональной переподготовки
Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе
Курс повышения квалификации
Охрана труда
Курс профессиональной переподготовки
Охрана труда
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Похожие материалы
Оптическое искусство (оп-арт) как синтез науки и искусства
Свойства дефектов и их ансамблей в конденсированных средах
Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания
Сложение сил, действующих вдоль одной прямой. Равнодействующая
Проблемное обучение в преподавании физики
Альберт Эйнштейн
Альберт Абрахам Майкельсон
Тепловые двигатели
Не нашли то что искали?
Воспользуйтесь поиском по нашей базе из
5247152 материала.
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Минобразования Кузбасса рекомендовало техникумам и школам уйти на каникулы до 7 ноября
Время чтения: 1 минута
Школьников не планируют переводить на удаленку после каникул
Время чтения: 1 минута
Минпросвещения планирует прекратить прием в колледжи по 43 профессиям
Время чтения: 1 минута
В школе в Пермском крае произошла стрельба
Время чтения: 1 минута
Средняя зарплата учителей в Москве достигла 122 тыс. рублей
Время чтения: 1 минута
Около половины детей болеют коронавирусом в бессимптомной форме
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Пузырьковая камера
Камера Вильсона.
Принцип работы камеры Вильсона основан на конденсации пересыщенного пара и образовании видимых капель жидкости на ионах вдоль следа пролетевшей через камеру заряженной частицы. Для создания пересыщенного пара происходит быстрое адиабатическое расширение газа с помощью механического поршня. После фотографирования трека, газ в камере снова сжимается, капельки на ионах испаряются. Электрическое поле в камере служит для “очистки” камеры от ионов образовавшихся при предыдущей ионизации газа
Принцип действия основан на вскипании перегретой жидкости вдоль трека заряженной частицы. Пузырьковая камера представляет собой сосуд, заполненный прозрачной перегретой жидкостью. При быстром понижении давления, вдоль трека ионизирующей частицы образуется цепочка пузырьков пара, которые освещаются внешним источником и фотографируются. После фотографирования следа давление в камере повышается, пузырьки газа схлопываются и камера снова готова к работе. В качестве рабочей жидкости в камере используется жидкий водород одновременно служащий водородной мишенью для исследования взаимодействия частиц с протонами.
Камера Вильсона и пузырьковая камера имеют огромное преимущество, которое заключается в том, что можно непосредственно наблюдать все заряженные частицы, образующиеся в каждом акте реакции. Для того, чтобы определить тип частицы и ее импульс камеры Вильсона и пузырьковые камеры помещают в магнитное поле. Пузырьковая камера имеет большую плотность вещества детектора по сравнению с камерой Вильсона и поэтому пробеги заряженных частиц полностью заключены в объёме детектора. Расшифровка фотографий с пузырьковых камер представляет отдельную трудоемкую проблему.
1 микрона. Ядерные эмульсии широко используются для регистрации космических частиц на шарах-зондах и космических аппаратах.
8. Искровая камера. Искровая камера состоит нескольких плоских искровых промежутков, объединённых в одном объёме. После прохождения заряженной частицы через искровую камеру на её электроды подаётся короткий высоковольтный импульс напряжения. В результате вдоль трека образуется видимый искровой канал. Искровая камера, помещённая в магнитное поле, позволяет не только детектировать направление движения частицы, но и по искривлению траектории определять тип частицы и её импульс. Размеры электродов искровых камер могут доходить до нескольких метров.
9. Стриммерная камера. Это аналог искровой камеры, с большим межэлектродным расстоянием
0.5 м. Длительность высоковольтного разряда подаваемого на искровые промежутки составляет
10. Пропорциональная камера. Пропорциональная камера обычно имеет плоскую или цилиндрическую форму и в каком-то смысле является аналогом многоэлектродного пропорционального счетчика. Высоковольтные проволочные электроды отстоят друг от друга на расстоянии нескольких мм. Заряженные частицы, проходя через систему электродов, создают на проволочках импульс тока длительностью
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Пузырько́вая ка́мера — это устройство или прибор для регистрации следов (или треков) быстрых заряженных ионизирующих частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы.
История
Пузырьковая камера была изобретена Дональдом Глазером (США) в 1952 году. За своё изобретение Глазер получил Нобелевскую премию по физике в 1960 году. Луис Альварес усовершенствовал пузырьковую камеру Глазера, использовав в качестве перегретой жидкости водород. Кроме того, для анализа сотен тысяч фотографий, получаемых при исследованиях с помощью пузырьковой камеры, Альварес впервые применил компьютерную программу, позволявшую анализировать данные с очень большой скоростью.
Пузырьковая камера позволила зафиксировать поведение многих ионизирующих частиц, не поддававшихся ранее наблюдению, и получить о них в тысячи раз большую информацию. До этого около 40 лет использовалась камера Вильсона, где треки проявляются благодаря конденсации капель жидкости в переохлаждённом паре.
Принцип работы
Камера заполнена жидкостью, которая находится в состоянии, близком к вскипанию. При резком уменьшении давления жидкость становится перегретой. Если в данном состоянии в камеру попадёт ионизирующая частица, то её траектория будет отмечена цепочкой пузырьков пара и может быть сфотографирована. [1]
Рабочая жидкость
В качестве рабочей жидкости наиболее часто применяют жидкие водород и дейтерий (криогенные пузырьковые камеры), а также пропан, различные фреоны, ксенон, смесь ксенона с пропаном (тяжеложидкостные пузырьковые камеры).
Создание перегретой жидкости
Перегрев жидкости достигается за счёт быстрого понижения давления до значения, при котором температура кипения жидкости оказывается ниже её текущей температуры.
Понижение давления осуществляется за время
5 — 15 мс перемещением поршня (в жидководородных камерах) либо сбросом внешнего давления из объёма, ограниченного гибкой мембраной (в тяжеложидкостных камерах).
Процесс измерения
Частицы впускаются в камеру в момент её максимальной чувствительности. Спустя некоторое время, необходимое для достижения пузырьками достаточно больших размеров, камера освещается и следы фотографируются (стереофотосъёмка с помощью 2—4 объективов). После фотографирования давление поднимается до прежней величины, пузырьки исчезают, и камера снова оказывается готовой к действию. Весь цикл работы составляет величину менее 1 с, время чувствительности
Пузырьковые камеры (кроме ксеноновых) размещаются в сильных магнитных полях. Это позволяет определить импульсы заряженных частиц по измерению радиусов кривизны их траекторий.
Применение
Пузырьковые камеры, как правило, используются для регистрации актов взаимодействия частиц высокой энергии с ядрами рабочей жидкости или актов распада частиц. В первом случае рабочая жидкость исполняет роли и регистрирующей среды.
Характеристики, достоинства и недостатки
Основное преимущество пузырьковой камеры — изотропная пространственная чувствительность к регистрации частиц и высокая точность измерения их импульсов.
Недостаток пузырьковой камеры — слабая управляемость, необходимая для отбора нужных актов взаимодействия частиц или их распада, и меньшая длина пробега частиц по сравнению с камерой Вильсона.