3　探测射线的方法.ppt

1、=新课标物理选修3-5=,第十九章：,原子核,zxxk,19.3 探测射线的方法,1/10光速,99光速,光速,弱,较强,很强,很强,较弱,很弱,三种射线：,氦原子核,高速电子流,空气中只能前进几厘米、一张纸,几毫米厚铝板,几厘米厚铅板、几十厘米厚的混凝土,质量、电量较大,高能量电磁波 或光子流 （中性）,虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：,探测射线的方法,1、使气体或液体电离,2、使照相底片感光,3、使荧光物质产生荧光,一、威尔逊云室,探测射线的方法一威尔逊云室,威尔逊云室利用了射线的电离本领。,构造：一个圆筒状容器，低部可以上下移动，上盖是透明的

2、，内有干净空气,实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和状态。,威尔逊一生的贡献很多，但是最主要的是发明了雾室。为人非常和蔼可亲，平易近人，从不以学者权威自居。喜欢接近青年，尤其是那些事业心不强的学生。和他们聊天，参加他们的活动，利用一切可以利用的机会来启发他们思考，鼓励他们上进。所以在他那漫长的教书生涯里，一直得到学生们的衷心爱戴。,威尔逊,探测射线的方法一威尔逊云室,工作原理：,射线使气体分子电离，过饱和蒸汽以离子为中心凝结成雾滴，显示运动轨迹。,探测射线的方法一威尔逊云室,三种射线径迹的特点：,射线径迹特点：直而粗。 原因：粒子质量大，不易改变方向 电离本领大，沿途产生的离子多,射线径

3、迹特点：比较细，而且常常弯曲 原因：粒子质量小，跟气体 碰撞易 改变方向。 电离本领小，沿途产生的离子少,粒子的电离本领很小，一般看不到它的径迹,射线,射线,探测射线的方法一威尔逊云室,观察威耳逊云室的结构，研究射线在云室中的径迹：,射线径迹,射线径迹,径迹的长短和粗细可以知道粒子的性质； 粒子轨迹的弯曲方向可以知道粒子带电的正负（加磁场）,威尔逊云室射线径迹,1972年，我国云南宇宙射线实验站，就是利用建在3200米高山上的大型磁云室装置，发现了一个质量是十倍质子质量的重粒子。,二、气泡室,-高能物理实验的最风行的探 测设备,气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作液体,探测射线的方法二气泡

4、室,气泡室（Bubble Chamber）是1952年美国物理学家唐纳德格拉泽（Donald A. Glaser）发明，用以探测高能带电粒子径迹的一种有效的仪器。 它曾在50年代以后一度成了高能物理实验的最风行的探测设备，为高能物理学创造了许多重大发现的机会、曾给高能物理实验带来许多重大的发现，如新粒子、共振态、弱中性流等等。 1959年，唐纳德格拉泽前往美国著名高等学府加州大学伯克利分校担任物理学教授，1960年因发明气泡室获得诺贝尔物理学奖，之后与伯克利同事路易斯阿尔瓦雷茨（Luis W. Alvarez）一起升级了气泡室（使用了液氢），而后者也于1968年获得诺贝尔物理学奖。,带电粒子的

5、径迹呈曲线是由于在磁场中受到了洛伦兹力,气泡室利用了射线的电离本领。, 粒子通过液体时在它周围就有气泡形成，可分析粒子的动量、能量和带电情况。,探测射线的方法二气泡室,高能带电粒子在磁场中受力 运动轨迹的底片,可分析粒子的动量、能量、带电情况等,液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀，由于在一定的时间间隔内（例如50ms）处于过热状态，液体不会马上沸腾，这时如果有高速带电粒子通过液体，在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子，因而形成离子对，这些离子在复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡，经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径留下痕迹。如果这时对其

6、进行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的底片。,照相结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状态，准备作下一次探测。,探测射线的方法二气泡室,气泡室中带电粒子的径迹,气泡室的优点： 它的空间和时间分辨率高； 工作循环周期短，本底干净、径迹清晰，可反复操作。 不足之处： 扫描收集和测量分析数据较慢，扫描测量照片太费时间 体积有限，而且甚为昂贵,探测射线的方法二气泡室,三、盖革 米勒计数器,三、盖革-米勒计数器,一种能自动把放射微粒计数出来的仪器，利用了射线的电离本领,只能用来计数不能 区分射线种类,1、构造,2、常见类型,三、

7、盖革-米勒计数器,管外面是一根玻璃管，里面是一个接在电源负极的导电圆筒，筒的中间有一条接正极的金属丝。管中装有低压的惰性气体（如氩、氖等，压强约为10kPa20kPa）和少量的酒精蒸气或溴蒸气。在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压（约1000V），这个电压稍低于管内气体的电离电压。,德国物理学家盖革在1928年与弥勒合作研制出的计数器用来检测放射性是非常方便的，盖革管的结构如图所示：,窗口,阴极,阳极,接放大器,粒子,三、盖革-米勒计数器,工作原理具体分析：,射线粒子进入管中，使管中气体电离， 产生的电子在电场中加速，撞击气体分子，又使气体分子电离 这样，一个粒子进入管中，可以产生大量电子，在电

8、路中产生一次脉冲放电，利用电子仪器将放电次数记录下来。,三、盖革-米勒计数器,优点：G-M计数器非常灵敏，用它检测射线 十分方便。 不足：不同射线在计数器中产生的现象相同， 因此只能用来计数，不能区分射线种类； 如果同时有大量粒子，或两个粒子向来的 时间间隔小于200s，计数器也不能区分。,三、盖革-米勒计数器优缺点,盖革（Geiger,Hans Wilhelm）德国物理学家。在卢瑟福门下当一名得力的助手，从事粒子散射的研究。发明的探测高能亚原子粒子的仪器联系在一起，现在简直是尽人皆知。这就是所谓的“盖革计数器”。,盖革,最早发明的盖革米勒计数器的构造,改进后的盖革米勒计数器,一、威尔逊云室,

9、三、盖革米勒计数器,二、气泡室,利用过饱和蒸气能以离子为核心凝结成雾滴显示气体离子的存在,知道粒子的性质、粒子所带电荷正负,利用过热液体在粒子周围形成气泡显示气体离子的存在,根据径迹分析粒子的动量、能量、及带电情况,利用在电场中被加速的离子可以在电路中引起脉冲放电显示气体离子的存在,只能用来计数，不能区分射线种类,探测射线的方法,1、答：用云室可以清楚的看出粒子和粒子的径迹， 粒子质量比较大，在气体中进行时不易改变方向，它的电离本领大，在每厘米的路程中能使气体分子产生10000对离子，所以它的径迹直而粗。粒子质量很小，跟气体分子的电子碰撞时容易改变方向，而且，电离本领小，在每厘米的路程中只能产生几百对离子，所以他说的径迹比较细而且有时发生弯曲。粒子的电离本领更小，在云室中一般不直接留下径迹。,2、答:云室利用过饱和蒸汽能以离子为核心