Презентація до уроку "Методи реєстрації йонізуючого випромінювання" (11 клас)

1. Методи спостереження та реєстрації йонізуючого випромінювання: метод сцинтиляцій (спінтарископ Крукса); камера Вільсона; бульбашкова камера; метод товстошарових фотоемульсій; лічильник Черенкова; йонізаційна камера; газорозрядний лічильник (лічильник Гейгера - Мюллера). 2. Захист від йонізуючого випромінювання. План

Що таке період піврозпаду?2. Як період піврозпаду пов'язаний зі сталою радіоактивного розпаду?3. Що таке активність радіонуклідного зразка?4. У яких одиницях вимірюють активність?5. За допомогою якої формули можна обчислити активність радіонуклідного зразка?Актуалізація опорнихзнань

Метод сцинтиляцій.1. Методи спостереження та реєстрації йонізуючого випромінювання: При попаданні швидких α- та β- частинок радіоактивного випромінювання на деякі люмінофори, наприклад, екран, покритий сірчаним цинком, частинки під час ударів спричиняють такі інтенсивні збудження і випромінювання люмінофора, що в темряві їх можна бачити неозброєним оком у вигляді окремих спалахів — сцинтиляцій. Кожний спалах відповідає удару однієї частинки по екрану.

Спінтарископ Крукса. Вільям Крукс – англійський хімік та фізик, член (з 1863 р.) і Президент (в 1913 - 1915 р.) Лондонського Королівського товариства.

Спінтарископ Крукса. Спінтарископ 1903 року. Спінтарископ 1990 рокуhttps://www.youtube.com/watch?v=ZHOwmo. Ojns. Q&list=PLWHVAKc. Bp. V0nxat. CQy. Ock. D69 Rgzzi21 Vw&index=6

Спінтарископ Крукса (будова)

Спінтарископ Крукса(сцинтиляції на екрані)

Спінтарископ Крукса(сцинтиляції на екрані при повороті голки)

Спінтарископи-іграшки. Спінтарископ - іграшка (США, 50 - і р.)Набір "Аtomic Energy Lab" з спінтарископом(США, 60 - і р.)Набір "Gilbert U-238 Atomic Energy Lab" з спінтарископом(США, 1951 - 1953 р.)

1. Методи спостереження та реєстрації йонізуючого випромінювання: Камера Вільсона — прилад, за допомогою якого можна спостерігати і фотографувати треки елементарних частинок. На своєму шляху заряджена частинка йонізує середовище і залишає після себе слід (трек) у вигляді пар позитивних і негативних йонів. В середовищі пересиченої пари йони стають центрами конденсації пари і на них утворюються краплини рідини, які залишають видимий трек частинки. При підсвічуванні його можна спостерігати візуально та фотографувати.

Камера Вільсона. Чарльз Томсон Різ Вільсон — шотландський фізик, лауреат Нобелівської премії з фізики 1927 р. за метод візуального виявлення траєкторій електрично заряджених частинок за допомогою конденсації пари.

Камера Вільсона. Камера Вільсона (1911р.)https://www.youtube.com/watch?v=4 EECO8 Ob4h. M&list=PLWHVAKc. Bp. V0nxat. CQy. Ock. D69 Rgzzi21 Vw&index=7

Принципові схеми найпростіших камер Вільсоназ рухомимпоршнемз рухомоюдіафрагмоюз рухомимдном

Принципові схеми найпростіших камер Вільсоназ рухомоюдіафрагмою

Принципові схеми найпростіших камер Вільсоназ рухомимпоршнем

Принципові схеми найпростіших камер Вільсоназ рухомимдном

Принцип роботи. Найпростіші камери Вільсона працюють на принципі адіабатичного розширення й охолодження суміші повітря з насиченою парою води, спирту або ефіру. Газ у камері розширюється завдяки руху поршня, гумової діафрагми або рухомого дна. При цьому насичена пара перетворюється в пересичену і конденсується на йонах. Спостерігають треки частинок через скляну кришку камери. Щоб видалити йони з робочого об'єму, між корпусом камери і її кришкою, покритою знизу струмопровідною речовиною, прикладають електричну напругу 150 - 200 В.

Товщина треків частинок у камері Вільсона. Чіткість треків у камері Вільсона залежить від іонізуючої здатності частинок, зокрема сліди β- частинок порівняно тонкі, сліди протонів р товстіші, а α- частинок товсті.

Камера Вільсона. Дмитро Володимирович Скобельцин — радянськийфізик - експериментатор, спеціаліст у галузі космічних випромінювань та фізики високих енергій. Випробував камеру Вільсона в сильному магнітному полі.

Камера Вільсона. Карл Дейвід Андерсон – американськийфізик-експериментатор. За відкриття позитрона здобув Нобелівську премію з фізики (1936р.). Розробив до камери автоматичний пристрій для її запуску і фотографування в той момент, коли частинка потрапляє в камеру.

Камера Вільсона в однорідному магнітному поліВ магнітному полі завдяки малій масі сліди β- частинок більш викривлені, ніж сліди α- частинок; вони відхиляються в протилежні боки, бо заряди їх різного знака. Довжина сліду частинок того самого типу може бути мірою їхньої енергії.αβ

Камера Вільсона в однорідному магнітному поліУ магнітному полі на рухому заряджену частинку діє сила Лоренца; якщо частинка рухається в напрямі, перпендикулярному до магнітного поля, то сила Лоренца відіграє роль доцентрової сили:q. Bυ = mυ2/R (*)За фотознімками для даних частинок при різних значеннях індукції поля В і відомим радіусом кривизни траєкторії можна скласти три рівняння (*) і визначити характеристики частинок.

Шкільна камера Вільсонаhttps://www.youtube.com/watch?v=F7 J6s5ju. KUs&list=PLWHVAKc. Bp. V0nxat. CQy. Ock. D69 Rgzzi21 Vw&index=8

Шкільна камера Вільсона (спостереження треків)

1. Методи спостереження та реєстрації йонізуючого випромінювання: Бульбашкова камера. Усуває недоліки камери Вільсона, а саме - малу густину і малу гальмуючу здатність її середовища, через що швидка частинка пролітає камеру, не викликаючи в ній помітних змін.

Бульбашкова камера. Дональд Артур Глазер — американський фізик і нейробіолог, лауреат Нобелівської премії з фізики 1960 року «за винахід бульбашкової камери».

Бульбашкова камера. Стара бульбашкова камера лабораторії ім. Енріко Фермі

Принцип роботи. Бульбашкова камера є прозорою циліндричною посудиною, наповненою ефіром, фреоном або пропаном при температурі кипіння. Підвищений тиск у камері до 3 · 105 - 22 · 105 Па (залежно від рідини) затримує кипіння. Заряджена частинка, пролітаючи через камеру, залишає йонний слід. Після раптового зниження тиску до нормального рідина в камері починає кипіти і на іонах як центрах кипіння утворюються пухирці пари. Саме вони дають слід частинки, який при підсвічуванні можна спостерігати візуально та фотографувати .

Перші треки зафіксовані у бульбашковій камері

Бульбашкова камера. Луїс Уолтер Альварес - американський фізик та винахідник, дослідник ядерної фізики та космічного випромінювання. Лауреат Нобелівської премії з фізики в 1968 році. Вдосконалив камеру, використавши у якості перегрітої рідини водень.

Схема водневої бульбашкової камери. Н2 - рідкий водень; П - поршень за допомогою якого відбувається розширення; Л - імпульсне джерело світла;І - скляні ілюмінатори; К - конденсатор; О1, О2 - фотооб'єктиви; Ф1, Ф2 - фотоплівки.

1. Методи спостереження та реєстрації йонізуючого випромінювання: Метод товстошарових фотоемульсій. Особливого поширення він набув з 1945 p., коли було розроблено технологію виготовлення пластинок зі спеціальними емульсіями. Ці пластинки відрізняються від звичайних фотопластинок значно більшою товщиною емульсії (від 0,6 до 1,2 мм проти 0,1 мм у звичайних), більшим вмістом бромистого срібла (до 85—87 % за масою). Вони більш дрібнозернисті (розміри зерен бромистого срібла ~ 0,1мкм проти 0,5 - 5 мкм у звичайних), а також більш однорідні.

Метод товстошарових фотоемульсій. Лев Володимирович Мисовський – радянський фізик, доктор фізико-математичних наук. Розробив метод товстошарових фотоемульсій.

Метод товстошарових фотоемульсій. Олександр Павлович Жданов – радянський фізик,розробник методу товстошарових фотоемульсій, один із учасників створення радянської атомної бомби.

Принцип роботи. Товстошарові пластинки реєструють заряджені частинки, які проходять крізь шар емульсії. Під дією зарядженої частинки на шляху її руху в емульсії відбувається порівняно легке вивільнення електронів з іонів брому. Ці електрони, приєднуючись до йонів срібла, перетворюють останні в нейтральні атоми срібла. Після проявлення і закріплення приховане зображення у вигляді скупчення атомів срібла стає видимим. На світлому фоні пластинки з'являється чорний слід – трек. За допомогою цього метода відкрили π- і µ- мезони, зафіксували «вибухове» розщеплення ядра атома срібла, спричинене космічною частинкою великої енергії.

Вибух ядра атома срібла

1. Методи спостереження та реєстрації йонізуючого випромінювання: Лічильник Черенкова. Його дія ґрунтується на фіксуванні свічення, яке випромінює заряджена частинка (електрон, позитрон, протон тощо) в будь - якому прозорому середовищі тоді, коли швидкість частинки більша від фазової швидкості світла в даному середовищі.

Лічильник Черенкова. Павло Олексійович Черенков — фізик, лауреат Нобелівської премії з фізики (спільно з Ігорем Таммом і Іллею Франком) (1958).

Схема лічильника Черенкова1 - плексигласовий блок; 2 - оптична збиральна система; 3 - фотопомножувач

Принцип роботи. Лічильник реагує лише на частинку, що переміщується вздовж його осі зліва направо. Від неї світло випромінюється під кутом Θ до швидкості, зазнає на стінках блока повного внутрішнього відбивання і лінзою спрямовується на катод фотопомножувача. За імпульсом струму від фотопомножувача реєструються заряджені частинки, але такі, що мають велику швидкість (енергію) і спричиняють світіння Черенкова (електрони з енергією понад 0,18 Ме. В, протони – понад 320 Ме. В).

1. Методи спостереження та реєстрації йонізуючого випромінювання: Йонізаційна камера. Йонізаційна камера являє собою тонкостінний замкнутий об'єм, наповнений газом. В цьому об'ємі розміщено два електроди, на які подають напругу 100 – 1000 В. Бувають двох типів: неперервної дії (інтегруючі, або струмові) та імпульсні.

Принципова схема йонізаційної камери1 - траекторія зарядженої частинки;2 - йони створювані частинкою;3 - збираючі електроди;4 - гальванометр.

Принцип роботи. Заряджена частинка, потрапляючи до камери, йонізує газ що міститься у ній. Утворені частинкою позитивні та негативні йони, рухаючись до електродів створюють електричний струм, завдяки якому і відбувається реєстрація. Напруга у камері підбирається таким чином, щоб усі утворені йони досягали електродів, не встигнувши рекомбінувати, але при цьому не розганялися б так швидко, щоб спричинити вторинну іонізацію. Тому у камері вимірюється повна іонізація, спричинена частинкою, тобто повна енергія частинки, якщо її пробіг цілком умістився у камері.

1. Методи спостереження та реєстрації йонізуючого випромінювання: Газорозрядний лічильник. Газорозрядні лічильники схожі на йонізаційні камери тим, що в усіх цих детекторах робочою речовиною є газ, до якого прикладена електрична напруга, а реєструється імпульс напруги, що виникає у результаті розряду в газі при проходженні частинки. Головна відмінність газорозрядних лічильників від йонізаційних камер полягає у тому, що у перших суттєву роль відіграє вторинна іонізація, обумовлена взаємодією первинних йонів з атомами та молекулами газу, а також зі стінками лічильника.

1. Методи спостереження та реєстрації йонізуючого випромінювання: Газорозрядні лічильники поділяються на пропорційні та лічильники Гейгера - Мюллера. У пропорційних лічильниках газовий розряд несамостійний, тобто такий, що згасає при припиненні зовнішньої іонізації. В лічильнику Гейгера - Мюллера, розряд самостійний, який виникнувши буде тривати і без зовнішньої йонізації, якщо не прийняти відповідних заходів для його гасіння.https://www.youtube.com/watch?v=Eh47_v. TI63 A

Лічильник Гейгера - Мюллера. Ханс Вільгельм Гейгер — німецький фізик, перший створив детектор альфа-частинок та іншого йонізуючого випромінювання.

Лічильник Гейгера - Мюллера. Вальтер Мюллер – німецький фізик, працював під керівництвом Гейгера.

Лічильник Гейгера – Мюллера (1932 р.)

Лічильники Гейгера – Мюллера (циліндричні)

Лічильники Гейгера – Мюллера (торцеві)

Принцип роботи. Перегляд відеофільму “Лічильник Гейгера - Мюллера”

Схема для демонстрації лічильника Гейгера - Мюллера

2. Захист від йонізуючого випромінювання. У більшості людей слово «радіація» асоціюється з небезпекою. І це, безумовно, правильно. Радіоактивне випромінювання може призвести до згубних наслідків. Утім учені з'ясували, що життя на Землі виникло й розвивається в умовах постійної дії радіації. Як це може бути? Виявилося, що незалежно від того, в якому куточку Землі живе людина, вона постійно зазнає впливу радіації, тому що в будь-якій місцевості завжди є певний радіаційний фон.

Радіаційний фон. Радіаційний фон — це йонізуюче випромінювання земного та космічного походження.

Радіаційний фон. Радіаційний фон Землі складається з кількох компонентів. Це космічне випромінювання;випромінювання природних радіонуклідів, які містяться в земній корі, повітрі та інших об'єктах зовнішнього середовища;випромінювання штучних радіоактивних ізотопів. Унаслідок діяльності людини відбулося техногенне підвищення природного радіаційного фону.

Відносна шкідливість випромінювання для людини від різних джерел радіаціїДжерела радіаціїВідносна шкідливість випромінювання для людини. Космічне випромінювання35 Зовнішнє природне опромінення35 Внутрішнє природне опромінення135 Будівельні матеріали140 Медичні дослідження140 Телевізори та монітори0,1 Ядерні випробування2,5 Атомна енергетика0,2

Проникна здатність радіоактивного випромінюванняα - альфа - частинкиβ - бета - частинкиγ - гама - випромінюванняn - нейтрони

Проникна здатність радіоактивного випромінюванняα - альфа - частинкиβ - бета - частинкиγ - гама - випромінюванняn - нейтрони

Проникна здатність радіоактивного випромінюванняα - альфа - частинкиβ - бета - частинкиγ - гама - випромінюванняn - нейтрони

Проникна здатність радіоактивного випромінюванняα - альфа - частинкиβ - бета - частинкиγ - гама - випромінюванняn - нейтрони

Які прилади для вимірювання та реєстрації радіаційного випромінювання ви знаєте?Який принцип покладено в основу роботи лічильників Гейгера - Мюллера?Що таке радіаційний фон? Із яких компонентів він складається?Який техногенний фактор найбільше впливає на підвищення радіаційного фону?Як захиститися від радіоактивного випромінювання?Повторення матеріалу

Які прилади для вимірювання та реєстрації радіаційного випромінювання ви знаєте?Який принцип покладено в основу роботи лічильників Гейгера - Мюллера?Що таке радіаційний фон? Із яких компонентів він складається?Який техногенний фактор найбільше впливає на підвищення радіаційного фону?Як захиститися від радіоактивного випромінювання?Повторення матеріалу

§58 (Фізика. 11 клас. Академічний рівень. Профільний рівень: Підручник для загальноосвіт. навч. закл. / В. Г. Бар'яхтар, Ф. Я. Божинова, М. М. Кірюхін, О. О. Кірюхіна. – Х.: Видавництво «Ранок», 2011.– 320с.: іл.). Дати відповіді на запитання після параграфу. Розв'язати задачі №№ 22.29; 22.30 (Фізика. 11 клас. Академічний рівень. Профільний рівень: Збірник задач / Ф. Я. Божинова, О. О. Карпухіна, Т. А. Сарій. – Х.: Видавництво «Ранок», 2012.– 224с. Повторити §38, 39 (Фізика:підруч. для 9 класу загальноосвіт. навч. закл./В. Д. Сиротюк. –К.: Зодіак - ЕКО, 2009.–208с.: іл.)Переглянути фільми «Експериментальні методи реєстрації заряджених частинок», «Лічильник Гейгера - Мюллера». Домашнє завдання