19.3探测射线的方法(课件)-【点石成金系列】2021-2022学年高中物理课件（人教版选修3-5）

19.3 探测射线的方法 通过前面的学习知道，在天然放射现象中原子核由于发生α衰变和β衰变，会自发地放出α射线、 β射线和γ射线，这些射线虽然我们看不见，但却是客观存在的，那么我 们如何探测这些射线呢？ 新课引入 利用射线的这些效应，可以制成多种探测器。 一、射线中的粒子与其它物质作用会产生的现象 虽然射线中的粒子肉眼看不见，但与其它物质作用会产生的现象，我们可以根据这些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是： 1、粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生云雾，过热液体会产生气泡。比如：威尔逊云室，气泡室，盖革-米勒计数器。 2、使照相底片感光 3、使荧光物质产生荧光 使气体或液体电离 使照相底片感光 使荧光物质产生荧光 一个圆筒状容器，低部可以上下移动，上盖是透明的，内有干净空气。 构造： 二、探测射线的方法1——威尔逊云室 ·威尔逊云室利用了射线的电离本领。 当液体在有限的密闭空间中蒸发时，液体分子通过液面进入上面空间，成为蒸汽分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容器壁以及液面发生碰撞，在和液面碰撞时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返回液体中成为液体分子。开始蒸发时，进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目，随着蒸发的继续进行，空间蒸汽分子的密度不断增大，因而返回液体中的分子数目也增多。 当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸汽分子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽 。 在一定温度下，超过该温度饱和汽所应有的密度而仍不液化的蒸气。 饱和蒸汽： 过饱和汽 ： 实验原理： 这种云室是英国物理学家威耳逊（1869～1959）在1912年发明的，故叫做威耳逊云室。 实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和状态。向下拉动活塞，使气体膨胀，温度降低，酒精蒸汽达到过饱和状态。这时如果有射线粒子在云室气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸汽就会以这些粒子为核心凝结成雾滴，于是显示出射线的径迹。 威尔逊 现象及原因： 射线在云室中的径迹特点：直而粗。 原因：①粒子质量大，不易改变方向。 ②电离本领大，沿途产生的离子多。 射线在云室中的径迹特点：比较细，而且常常弯曲。 原因：①粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向。 ②电离本领小，沿途产生的离子少。 γ射线一般看不到轨迹，电离本领非常小。 云室中看到的只是成串的小液滴，它描述的是射线粒子运动的轨迹，而不是射线本身（射线肉眼看不见） 射线 射线 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） 三、探测射线的方法2——气泡室 ·气泡室利用了射线的电离本领。 气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢。控制气泡室内液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点。当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点就变低，在一定的时间间隔内液体处于过热状态，但不会马上沸腾，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（即使液体原子电离），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照片。 气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作液体。 射线使液体分子电离，过热液体以离子为核心形成胚胎气泡，显示运动轨迹。 工作原理： 带电粒子的径迹呈曲线是由于在磁场中受到了洛伦兹力。 1、实验方法：当气泡室内压强突然降低时，液体沸点变低，液体过热；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。 高能带电粒子在磁场中受力运动轨迹的底片 2、气泡室的优点： ①它的空间和时间分辨率高； ②工作循环周期短，本底干净、径迹清晰，可反复操作。 3、不足之处： ①扫描收集和测量分析数据较慢，扫描﹑测量照片太费时间； ②体积有限，而且甚为昂贵 。 四、探测射线的方法3——盖革-米勒计数器 德国物理学家盖革在1928年与米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： ·盖革-米勒计数器利用了射线的电离本领。 盖革 用途： 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。 窗口 阴极 阳极 接放大器 粒子 外