原子核物理实验方法5.pptVIP

原子核物理实验方法 2010.10.27 第六章 其他探测器 径迹探测器 切伦科夫探测器 多丝正比室 热释光探测器 径迹探测器 核乳胶 固体径迹室 气泡室 脉冲径迹室 电子学计数器 通过记录粒子产生的电信号，如计数、幅度、时间、空间位置、脉冲形状等。必须与电子学线路和仪器配套使用的探测器。 气体探测器：电离室、正比计数器、G-M计数器 半导体探测器：金硅面垒、Si(Li)、Ge(Li)、高纯锗等 闪烁探测器：NaI(Tl)、CsI(Tl)、ZnS(Ag)、BGO、PWO、塑料闪烁体、液体闪烁体 切伦科夫探测器：阈式C计数器、微分式C计数器、RICH等 气体丝室： 多丝正比室、漂移室等 径迹探测器 直接记录粒子走过的径迹来探测粒子或对径迹拍照，再对照片进行分析处理的探测器。 核乳胶、固体径迹室、云室、气泡室、火花室、流光室等。 ?－、?±、 ?0、 ?＋、K0、反P、 ?0、 ?±、 ? 0、 ?－、反?0 、反?±等粒子的发现，有11次是利用核乳胶，8次利用了云室，5次利用了气泡室，而只有2次是利用电子学计数器。 核乳胶 工作原理和构造 核乳胶的特性 核乳胶的处理 核乳胶中径迹的测量 核乳胶的构造 核乳胶类似于普通的照相底片乳胶。 核乳胶由银盐颗粒和胶质组成。 常用银盐：溴化银AgBr（大部分）和碘化银AgI（少量） 胶质：骨胶和明胶 核乳胶的工作原理 （1）核乳胶记录带电粒子的首要条件：形成“潜影”。 核乳胶的工作原理 （2）电离测量的依据 形成潜影的几率与入射粒子的电离本领有关，电离本领大，形成潜影多，银颗粒密度大。在电荷一定时，颗粒密度与粒子速度有关。测量径迹的颗粒密度可知粒子速度。 （3）测量径迹的射程和多次散射 射程： 多次散射角： 核乳胶的特性 乳胶中的AgBr浓度C：3.0-3.2克/立方厘米 AgBr晶粒平均直径d：0.1-0.4微米 AgBr晶粒对带电粒子的灵敏度P： 定义为带电粒子通过一个晶粒时，在该晶粒中产生潜影的几率。 一根粒子径迹上平均晶粒密度： 记录电离本领小的粒子选用晶粒较大的乳胶 记录电离本领大的粒子选用晶粒较小的乳胶 核乳胶的特性 核乳胶的优点 （1）为固体介质，阻止本领大，可以用来有效地记录高能粒子。 （2）连续灵敏，适宜于宇宙线的研究，并可以较长时间连续照射而不会改变其灵敏度。照射时间的长短，取决于潜影衰退的快慢。 （3）组成径迹的银颗粒极为微小，故空间分辨本领非常高。 （4）设备简单，价格便宜，重量轻，尺寸小，对高空宇宙线的研究特别有价值。 核乳胶的缺点 （1）在显影、定影及干燥过程中，乳胶有胀缩现象，造成径迹畸变，使测量射程和多次散射的精度受到一定影响。 （2）乳胶成分复杂，分析高能核作用比较困难。 （3）在强磁感应强度下（2T），径迹不能弯曲到可以测量的程度，因此，不能从曲率来求得动量和粒子所带电荷的正负。 （4）潜影形成后有衰退现象，因此，照射后不能搁置很久，需要很快显影。 核乳胶的处理 与普通乳胶相似，需要经过显影、制止、定影、水洗、浸泡甘油、凉干、清洁等过程，只是显影液、定影液的化学配方及所用时间长短有所不同。 核乳胶中径迹的测量 工具：双目显微镜，M=100-2000倍。 1.由射程确定粒子能量 2.对其他粒子 剩余射程：从径迹某一点开始测量到它停下来的距离。 径迹长度测量方法 在显微镜下，只能测量径迹在物镜主焦面上的投影l和垂直分量h。h为什么会变短呢？因为核乳胶中AgBr含量很大，显影定影处理时，大量被溶解掉了。 测量处理前后的乳胶厚度，就可得到收缩因子： 从电离鉴别粒子 电离损耗决定于粒子的速度、质量和电荷，所以通过测量径迹上的电离就可以鉴别粒子。 实验上最常用的方法：测银颗粒密度，即单位长度径迹上银颗粒数目。 粒子速度快，电离小，颗粒密度稀； 粒子速度慢，电离大，颗粒三三两两挤成小团，形成“块”； 粒子速度更低，低能多电荷粒子，径迹基本上是一条黑粗线，无法测量。 从电离鉴别粒子 用待测粒子X的径迹与已知粒子A的径迹相比较，寻找在同一乳胶片中径迹颗粒密度相同的地方： 如果两种粒子的电荷相同，则有： 在颗粒密度相同的地方，即速度相同处，测量剩余射程，得到射程比，再得到质量比，继而得到未知粒子质量Mx。 从多次散射鉴别粒子 带电粒子通过核乳胶时，由于原子核的库仑作用会发生多次散射，造成粒子运动方向显著的改变。 多次散射角的水平投影的绝对值平均为： 如果已知入射粒子种类，即已知电荷数z，已知核乳胶厚度t，就可以确定入射粒子能量。 如果已知入射粒子能量和乳胶厚度，就可以确定带电粒子的电荷数。 从?电子密度确定入射粒子电荷 在核乳胶的主径迹上的许多小分岔，这就