Mlžnákomora. PavelMotal,SOŠaSOUKuřim Martin Veselý, FJFI ČVUT Praha

Podobné dokumenty
Wilsonova mlžná komora byl první přístroj, který dovoloval pozorovat okem dráhy elektricky

Referát z atomové a jaderné fyziky. Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace)

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

Referát z Fyziky. Detektory ionizujícího záření. Vypracoval: Valenčík Dušan. MVT-bak.

Plazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu

Příklady Kosmické záření

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

1 Měření na Wilsonově expanzní komoře

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru

Vnitřní energie. Teplo. Tepelná výměna.

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

TEPELNÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru

Senzory ionizujícího záření

Složení hvězdy. Hvězda - gravitačně vázaný objekt, složený z vysokoteplotního plazmatu; hmotnost 0,08 M ʘ cca 150 M ʘ, ale R136a1 (LMC) má 265 M ʘ

Měření absorbce záření gama

Rozměr a složení atomových jader

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení

Opakování

Mezony π, mezony K, mezony η, η, bosony 1

Radioterapie. X31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Test z radiační ochrany

III. Stacionární elektrické pole, vedení el. proudu v látkách

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

FYZIKA na LF MU cvičná. 1. Který z následujících souborů jednotek neobsahuje jen základní nebo odvozené jednotky soustavy SI?

Identifikace typu záření

Úloha č.: I Název: Studium relativistických jaderných interakcí. Identifikace částic a určování typu interakce na snímcích z bublinové komory.

Molekulová fyzika a termika:

Test vlastnosti látek a periodická tabulka

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Nesamostatný výboj TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Vnitřní energie, práce a teplo

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Měření kosmického záření

Přijímací zkoušky FYZIKA

Struktura atomu. Beránek Pavel, 1KŠPA

Atom jeho složení a struktura Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Vlastnosti látek a těles. Zápisy do sešitu

Radioaktivita,radioaktivní rozpad

Historie detekčních technik

5 Měření absorpce ionizujícího záření v závislosti na tlaku vzduchu

Jana Nováková Proč jet do CERNu? MFF UK

RADIOAKTIVITA A VLIV IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů



Experiment ATLAS. Shluky protiběžných částic se srážejí každých 25 ns. tj. s frekvencí. Počet kanálů detektoru je 150 mil.

Fyzika je přírodní věda, která zkoumá a popisuje zákonitosti přírodních jevů.

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

- zabývá se pozorováním a zkoumáním vnitřní stavby neboli struktury (slohu) kovů a slitin

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

Kosmické záření a jeho detekce stanicí CZELTA

KINETICKÁ TEORIE STAVBY LÁTEK

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic

Vnitřní energie, práce, teplo.

kde E 0 amplituda vlny t čas x souřadnice ve směru šíření vlny c rychlost šíření vlny ν - frekvence vlnění.

DUM č. 15 v sadě. 12. Fy-3 Průvodce učitele fyziky pro 4. ročník

Využití plazmových metod ve strojírenství. Metody depozice povlaků a tenkých vrstev

Nauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky

Radiologická klinika FN Brno Lékařská fakulta MU Brno 2010/2011

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky:

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

Interakce záření s hmotou

Koronové a jiskrové detektory

FYZIKA 6. ročník 1_Látka a těleso _Vlastnosti látek _Vzájemné působení těles _Gravitační síla... 4 Gravitační pole...

měření teploty Molekulová fyzika a termika Teplotní délková roztažnost V praxi úlohy

FYZIKA 2016 F.. Strana 1 (celkem 6)

Pozitron teoretická předpověď

8.STAVBA ATOMU ELEKTRONOVÝ OBAL

IAM SMART F7.notebook. March 01, : : : :23 FYZIKÁLNÍ VELIČINY A JEJICH JEDNOTKY. tuna metr

VY_32_INOVACE_274. Základní škola Luhačovice, příspěvková organizace Ing. Dagmar Zapletalová. Člověk a příroda Fyzika Opakování učiva fyziky

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Anomální doutnavý výboj

Otázka : před vstupem do reakce se to udělá jak, aby se atom s desítkami elektronů v obalu jich zbavil, tedy abychom my mu elektrony vzali.?

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Název materiálu: Vedení elektrického proudu v kapalinách

LOGO. Struktura a vlastnosti plynů Ideální plyn

Životní prostředí pro přírodní vědy RNDr. Pavel PEŠAT, PhD.

Ionizační manometry. Při ionizaci plynu o koncentraci n nejsou ionizovány všechny molekuly, ale jenom část z nich n i = γn ; γ < 1.

13. Spektroskopie základní pojmy

1. Látkové soustavy, složení soustav

Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673, Slaný

Principy chemických snímačů

Plazma v technologiích

FYZIKA 2015 Strana 1 (celkem 6)

Názvosloví Kvalita Výroba Kondenzace Teplosměnná plocha

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

JADERNÁ FYZIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Plazma. magnetosféra komety. zbytky po výbuchu supernovy. formování hvězdy. slunce

Ch - Elektronegativita, chemická vazba

postaven náš svět CERN

Vznik vesmíru (SINGULARITA) CZ.1.07/1.1.00/ Zpracovala: RNDr. Libuše Bartková

Transkript:

Mlžnákomora PavelMotal,SOŠaSOUKuřim Martin Veselý, FJFI ČVUT Praha Historie vývoje mlžné komory Jelikož není možné částice hmoty pozorovat pouhým okem, bylo vyvinutozařízení,ježzviditelňujedráhytěchtočásticvytvářenímmlžné stopy v parami přesyceném vzduchu. Toto zařízení se nazývá mlžná komora.tabylavynalezenavroce1911c.t.r.wilsonem. Původní konstrukce využívala pro vytvoření nasycených par expanzi a následné ochlazenívzduchu(tzv.expanzníkomora).dnespoužívanákomoraje založenanadifúziparzteplejšídochladnějšíoblasti(tzv.difúzníkomora) a byla vynalezena v roce 1936 Langsdorfem a dále zdokonalena v 50. letech 20. století. Právě difúzní mlžná komora se používá dodnes, avšak její význam pro detekci částic je takřka nulový. Používá se spíše prodemonstracirůznýchprocesůpřivýkladučásticovéfyziky. Princip funkce mlžné komory Kondenzace par na iontech a ionizace prostředí Je známo, že se snižující se teplotou vzduchu klesá objem par, které může obsahovat. Pokud dojde při ochlazovaní vzduchu, jenž obsahuje stále stejné množství par, k dosažení tzv. teploty rosného bodu, vznikajítzv.nasycenépáry.přidalšímochlazovánívzduchuzačínajípřebytečné páry kondenzovat, avšak podmínkou kondenzace je přítomnost tzv.kondenzačníchjader.pokudsekondenzačníjádravevzduchunevyskytují, páry kondenzují až při vlhkosti vzduchu silně přesahující 100%, tudíž vznikají tzv. přesycené páry. Kondenzačními jádry mohou být prachové částice, krystaly solí, pylové částice, ale též ionty(objeveno právě C.R.T.Wilsonemvroce1897).Právěiontyjsoupodstatnéprofunkci mlžné komory. Pokud skrze přesycené páry v mlžné komoře prolétá částice, dojde k ionizaci prostředí a kondenzaci par na těchto iontech, čímž sezviditelnístopačástice.vpřípadě,žemáčásticeelektrickýnáboj, 12 Rozhledy matematicko-fyzikální

dochází k ionizaci přímo působením elektrických sil na elektrony v molekulách prostředí(hovoříme pak o tzv. přímo ionizujícím záření). Pokud částiceprocházejícímlžnoukomorounemáelektrickýnáboj,lzeobvykle pozorovattzv.sekundárníjevyvyvolanéprůchodemtétočástice.jejich výsledkemjevznikdalšíchčástic,přičemžtynabitélzebezproblémů vmlžnékomořepozorovat. Princip expanzní mlžné komory Hlavní částí této komory je pohyblivý píst(obr. 1). Prostor nad pístem obsahuje směs čistého vzduchu(tj. bez kondenzačních jader) a par(např. vodních). Po spojení prostoru pod pístem se zásobníkem vakua prostřednictvím dvoucestného ventilu dojde k posunu pístu směrem dolů, čímž se prudce zvětší prostor nad pístem. Toto způsobí adiabatickou expanzi vzduchu. To znamená, že rozpínající se plyn koná práci, čímž ztrácí energii, a tudíž klesá jeho teplota. Toto ochlazení způsobí vznik přesycených vodních par. Po průchodu částice těmito parami dojde k procesu, jenž byl popsán výše, a zviditelní se tak stopa částice. Expanzní komora Sklo Pohyblivýpíst Nárazník Zásobník vakua Kčerpadlu nebo katmosféře Dvoucestnýventil Obr.1 Princip difúzní mlžné komory Nyní se podívejme na dokonalejší typ mlžné komory (obr. 2). Ve žlábku, který je ohříván odporovým topením, se nachází organická sloučeninazvanáizopropylalkohol(ch 3 -CHOH-CH 3 ).Poohřátízačnedocházet k jeho odpařování. Jelikož je spodní část mlžné komory chlazena nateplotu 30 C(toholzedosáhnoutpomocíchladničkynebosuchého ledu CO 2 ),vznikávkomořeteplotnígradient(rozdíldvouteplotpři- Ročník83(2008), číslo3 13

padající na jednotkovou výšku). Jelikož se každá částice snaží mít co nejmenší energii, je důsledkem vzniku teplotního spádu difúze par z teplejší do chladnější oblasti. S klesající teplotou postupně roste nasycení vzduchu parami izopropylalkoholu, až dojde k jeho přesycení ve spodní části komory. Právě zde lze pozorovat mlžné stopy zanechané částicemi. Pozorování drah částic je usnadněno černou kovovou deskou a intenzivním osvětlením komory. 1 4kV(topeníalapačiontů) skleněné kryty topení žlábek závěr kapalina páry sytépáry topení odtok alkoholu přítok alkoholu chlazení černá kovová deska Obr.2 Průhledné části mlžné komory jsou též vyhřívány prostřednictvím topných vodičů, aby na nich nekondenzovaly alkoholové páry, a nebylo tak znemožněno pozorování drah částic. Částice,kterémůžemepozorovat Alfa záření Alfazářeníjetvořenojádryhelia 4 2He.Zářeníalfajevelmimálopronikavéazastavíjejipapír.Jelikožmátotojádronáboj2eavysokou hmotnost,vytváříširokékrátkéstopy(obr.3). Obr.3 14 Rozhledy matematicko-fyzikální

Beta záření FYZIKA Jenutnésiuvědomit,žeexistujídvadruhytohotozáření,ato: 1. β (betamínus) totozářeníjetvořenotokemelektronů,které vznikajípřirozpaduneutronůvjádřeatomuradioaktivníhoprvku,jež lzepopsatjako n p+e + ν e ;produktembetamínusrozpaduje proton,elektronaelektronovéantineutrino. 2. β + (betaplus) tentodruhzářeníjetokpozitronů(antičástice kelektronu)vznikajícíchpřirozpaduexcitovanéhoprotonuvjádře(tzn. o vyšší energii, než je jeho energie klidová); proton musí být excitovaný, aby nebyl porušen zákon zachování energie; rozpad lze popsat jako n p+e + + ν e ;produktemtohotorozpadujeneutron,pozitrona elektronovéneutrino. e Obr.4 Naobr.4jedráhanízkoenergetickéhoelektronu.Kvůlisvénízkéhmotnosti a nízké energii se snadno odráží od okolních částic, čímž vzniká zakřivená dráha. Protony Protonyjsoukladněnabitéčástice,kterésenacházejívatomovémjádře. Zanechávají po sobě široké stopy, jež jsou podobné těm, které zanechávají alfa částice, avšak stopy protonů jsou delší kvůli nižší hmotnosti anábojioprotialfačásticím(obr.5). Obr.5 Ročník83(2008), číslo3 15

Miony Jsoutotěžkézáporněnabitéelementárníčásticesdobouživotaasi 2 µs.potétodoběserozpadajípodleschématu µ e + ν e + ν µ. Rozpad je možné pozorovat v mlžné komoře(obr. 6), avšak neutrino aantineutrino(ν e elektronové,ν µ mionové)viditelnánejsou,jelikož nezpůsobují ionizaci prostředí. To je způsobeno tím, že nemají elektrický nábojamajívelmimalouklidovouhmotnost(m νe 10 8 GeV/c 2, m νµ 0,0002GeV/c 2 ). ν e ν µ e µ Obr.6 Gama záření Gama záření je elektromagnetické vlnění(dále EMV) o frekvenci vyšší než10 18 Hz.EMVjerovněžmožnépopsatjakočástici γ(foton)oenergii E= hf,kdehjeplanckovakonstanta(h=6,62 10 34 Js)afjefrekvence.Fotonječásticebeznáboje,protoneníschopenvytvořitvmlžné komoře stopu, avšak lze jej identifikovat podle sekundárních jevů, které způsobuje.mohousevyskytnouttřisekundárníjevy,přičemžpravděpodobnostvýskytujevuzávisínaenergiifotonu(resp.frekvenciemv).při nízkýchenergiíchdocházíkfotoefektu,cožjeemiseelektronuzatomového obalu. Stopa emitovaného elektronu je již viditelná. Na obr. 7 jsou viditelnéstopytaktoemitovanýchelektronů. Obr.7 16 Rozhledy matematicko-fyzikální

Při vyšších energiích dochází k tzv. Comptonovu rozptylu(jevu). Při nárazu fotonu do jiné částice x dojde k interakci, projevující se změnou směrupohybuoboučástic(obr.8).změnasměrupohybučástice xjejiž pozorovatelná. Při Comptonově jevu též dochází k předání části energie fotonuodraženéčástici(nastávátzv.nepružnásrážka),tudížvzroste jejíkinetickáenergieasnížíseenergiefotonu(atímifrekvenceemv ekvivalentní fotonu). x x γ Obr.8 Pokud energie fotonu přesáhne 1,022 MeV, může dojít ke kreaci páru elektron pozitron.stopyoboučásticjeopětmožnépozorovat.prorozlišení elektronu a pozitronu je nutné do mlžné komory umístit zdroj magnetického(případně elektrického) pole, neboť obě částice se od sebe liší pouzeznaménkemnáboje.kreaceelektron-pozitronovéhopárujevidět naobr.9. e e + γ Obr.9 Přivelmivysokýchenergiích(vícenež2,5MeV)gamazářenímůže takénastattzv.fotojaderná reakce.pokudjádrozachytífoton,může dojítkemisičástic,kterétvoříjádro,atobuďveformějednotlivých částic(tedyprotonůaneutronů)čijejichkombinací(např.alfačástice, deuterony,tritony,...), případně k rozštěpení jádra. Pokud je emitovaná částiceelektrickynabitá,lzejivmlžnékomořesnadnodetekovat. Ročník83(2008), číslo3 17