Микростриповые детекторы
Для очень точного определения координат частиц используют полупроводниковые микростриповые детекторы. Они представляют собой пластины монокристалла кремния, на одну из поверхностей которых наносятся тонкие электроды (стрипы), отстоящие друг от друга на расстоянии 20 мкм, а другая покрывается металлическим слоем. На электроды подается напряжение несколько вольт. Электронно-дырочные пары, образованные пролетающей заряженной частицей в кристалле, двигаются к ближайшим электродам и регистрируются в виде импульсов тока. Пространственное разрешение микростриповых детекторов уступает только ядерным эмульсиям и достигает 10 мкм. Временное разрешение – 10-8 с.
|
Рис.
7.8. Устройство кремниевого микрострипового
детектора
Упругие столкновения частиц
Анализ треков частиц, полученных с помощью методик, описанных выше, позволяет отожествить частицу или понять характер ядерного взаимодействия. Анализ проводится с использованием законов сохранения, в частности, законов сохранения энергии и импульса.
Рассмотрим
нецентральное (косое) упругое столкновение
частицы массой М с неподвижной частицей
массой m
(рис. 7.9). Обозначим скорость налетающей
частицы до столкновения
и после столкновения
’.
Соответственно скорости второй частицы
до и после взаимодействия пусть будут
и
’.
На рис. 7.10 показана диаграмма столкновения. Угол называется углом рассеивания, угол - углом отдачи.
Закон сохранения импульса запишем в виде
.
(7.1)
Закон сохранения энергии (частица нерелятивистская):
.
(7.2)
Перепишем векторное уравнение (7.1) в проекциях на координатные оси (х - горизонтальная ось, у - вертикальная ось, на рис. 7.9 и 7.10 оси не показаны):
;
.
Отсюда находим
Подставим полученные выражения в (7.2). Получим
;
(7.3)
(
).
Из полученного соотношения следует, что измерив углы и , можно рассчитать отношение масс сталкивающихся частиц, а если одна из масс известна, то можно найти другую. Понятно, что соотношение (7.3) можно использовать только в том случае, когда сталкивающиеся частицы не вступают в ядерную реакцию.
Практическая часть
|
Рис. 7.12.
Рис. 7.13.
|
Рис. 7.11.
|
|
|
|
Рис. 7.14. |
Рис. 7.15. |
Указания по выполнению работы
На рис. 7.11 показана фотография «вилки»: -частица в камере Вильсона, двигаясь снизу вверх, столкнулась с ядром некоторого газа и отклонилась в направлении от вершины «вилки» налево вниз. Определите, пользуясь соотношением (7.3), в какой среде двигалась частица? Для определения углов и переведите «вилку» на кальку и продолжите следы частиц до и после столкновения.
На рис. 7.12 показана «вилка», полученная методом толстослойной фотоэмульсии. -частица двигалась сначала направо, затем столкнулась с некоторым ядром и отклонилась направо вверх от вершины «вилки». Что это за ядро?
На рис. 7.13. показано столкновения ядра трития с некоторым ядром. Ядро трития, двигаясь до столкновения слева направо, столкнулось с некоторым ядром и отклонилось направо вверх от вершины «вилки». Что это за ядро?
На рис. 7.14. показано столкновение в фотоэмульсии двух протонов. Первый протон движется снизу вверх. Докажите, что другая частица тоже является протоном.
На рис. 7.15. показаны треки частиц в камере Вильсона при обстреле -частицами ядер азота. Треки каких частиц представляют собой прямые линии? Какая ядерная реакция соответствует образованию «вилки» на конце трека -частицы )записать уравнение реакции)? Каким частицам соответствуют тонкая (длинная) и жирная (короткая) ветви «вилки» (отметить на кальке)?