Номер 5, страница 261 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

5. В чём преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона? Чем отличаются эти приборы?

В чём преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона?

Пузырьковая камера обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с камерой Вильсона, что сделало ее основным инструментом в физике высоких энергий на несколько десятилетий. Основные преимущества заключаются в следующем:

• Более высокая плотность рабочего вещества. В пузырьковых камерах используется перегретая жидкость (например, жидкий водород, пропан, фреон), которая в сотни раз плотнее, чем перенасыщенный пар в камере Вильсона. Это приводит к тому, что частицы чаще взаимодействуют с ядрами вещества в камере. В результате, пузырьковая камера является одновременно и детектором, и мишенью, что повышает эффективность регистрации редких событий.

• Более высокая тормозная способность. Из-за высокой плотности среды заряженные частицы теряют больше энергии на единицу длины пути. Это позволяет регистрировать треки даже очень быстрых частиц, которые в камере Вильсона могли бы оставить слишком слабый след или вообще не быть замеченными. Треки в пузырьковой камере получаются более короткими, но и более чёткими и сплошными.

• Более короткое время восстановления. Пузырьковая камера может быть готова к регистрации следующего события значительно быстрее. Время, необходимое для сжатия жидкости и исчезновения пузырьков, составляет доли секунды, в то время как в камере Вильсона требуется больше времени для удаления ионов и восстановления перенасыщенного состояния пара.

Ответ: Главное преимущество пузырьковой камеры заключается в использовании жидкой рабочей среды, которая намного плотнее газа в камере Вильсона. Это обеспечивает более высокую вероятность взаимодействия частиц, позволяет получать более чёткие треки и сокращает время восстановления прибора, делая его более эффективным для исследований в области физики высоких энергий.

Чем отличаются эти приборы?

Несмотря на то, что оба прибора служат для визуализации треков заряженных частиц, они основаны на разных физических принципах и имеют конструктивные различия:

• Рабочее вещество и его состояние.

  Камера Вильсона: Использует перенасыщенный пар (например, смесь воздуха с парами воды или спирта). Рабочее состояние достигается резким адиабатическим расширением, что приводит к охлаждению и перенасыщению пара.

  Пузырьковая камера: Использует перегретую жидкость (жидкость, нагретую выше точки кипения при данном давлении). Рабочее состояние достигается резким понижением давления.

• Принцип образования трека.

  Камера Вильсона: Пролетающая частица ионизирует атомы пара. Ионы становятся центрами конденсации, на которых образуются мелкие капельки жидкости, формируя видимый след.

  Пузырьковая камера: Пролетающая частица ионизирует атомы жидкости. Вдоль траектории частицы выделяется энергия, которая вызывает локальное вскипание жидкости на ионах. Ионы становятся центрами парообразования, на которых образуются мелкие пузырьки пара.

• Условия работы.

  Камера Вильсона: Работает при температурах, близких к комнатной.

  Пузырьковая камера: Часто работает при криогенных (очень низких) температурах, если в качестве рабочего вещества используется, например, жидкий водород или гелий.

• Чувствительность и область применения.

  Камера Вильсона: Исторически первый трековый детектор, хорошо подходит для демонстрационных целей и изучения частиц с невысокой энергией. Менее эффективен для физики высоких энергий из-за низкой плотности среды.

  Пузырьковая камера: Более современный прибор, предназначенный для экспериментов на ускорителях высоких энергий. Высокая плотность среды позволяет не только регистрировать треки, но и изучать сложные взаимодействия частиц.

Ответ: Камера Вильсона и пузырьковая камера отличаются рабочим веществом (перенасыщенный пар против перегретой жидкости), принципом образования трека (конденсация капель на ионах против образования пузырьков пара на ионах), а также рабочими условиями и чувствительностью. Камера Вильсона использует конденсацию в газе, а пузырьковая камера — кипение в жидкости.