Номер 5, страница 289 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 59. Экспериментальные методы исследования частиц. Ответь на вопросы - номер 5, страница 289.

Условие.

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

Решение.

Решение 2.

В чём преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона?

Основное преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона заключается в значительно большей плотности её рабочего вещества. В камере Вильсона используется пересыщенный пар (например, смесь воздуха с парами спирта), который имеет низкую плотность. В пузырьковой камере, напротив, используется перегретая жидкость (например, жидкий водород или пропан), плотность которой может быть в тысячи раз выше. Эта ключевая особенность даёт следующие преимущества:

1. Повышенная тормозящая способность. Частицы высоких энергий интенсивнее взаимодействуют с плотной средой и быстрее теряют свою энергию. Благодаря этому их треки получаются короче и чаще всего полностью помещаются в рабочем объёме камеры, что позволяет более точно измерить их начальную энергию и другие характеристики.

2. Высокая вероятность взаимодействия. Из-за большой плотности вещества резко возрастает вероятность столкновения пролетающей частицы с ядрами атомов среды. Это позволяет эффективно регистрировать и изучать редкие ядерные реакции и распады, которые в разреженном газе камеры Вильсона произошли бы с гораздо меньшей вероятностью.

3. Меньшее время восстановления. Рабочий цикл пузырьковой камеры (сброс давления, регистрация, сжатие) короче, чем у камеры Вильсона. Это позволяет лучше синхронизировать её работу с современными ускорителями частиц и регистрировать большее количество событий за единицу времени.

Ответ: Главное преимущество пузырьковой камеры — это высокая плотность рабочего вещества, что обеспечивает лучшую регистрацию высокоэнергетических частиц, увеличивает вероятность их взаимодействия со средой и позволяет камере работать с большей частотой.

Чем отличаются эти приборы?

Пузырьковая камера и камера Вильсона — это трековые детекторы, но они основаны на принципиально разных, можно сказать, противоположных физических явлениях и имеют существенные конструктивные различия.

1. Рабочее вещество и его состояние. В камере Вильсона используется пересыщенный пар. Это метастабильное состояние достигается путём резкого адиабатического расширения газа, насыщенного парами жидкости (например, спирта). В пузырьковой камере используется перегретая жидкость. Это состояние достигается путём резкого понижения давления над жидкостью, нагретой почти до температуры кипения.

2. Процесс образования трека. В камере Вильсона ионы, которые заряженная частица оставляет на своём пути, служат центрами конденсации. На них образуются мельчайшие капельки жидкости, формируя видимый след из тумана. В пузырьковой камере ионы, оставленные частицей, становятся центрами кипения. Вдоль траектории частицы жидкость вскипает, образуя видимую цепочку пузырьков пара.

3. Плотность среды и условия работы. Рабочая среда в пузырьковой камере (жидкость) на несколько порядков плотнее, чем в камере Вильсона (газ). Кроме того, пузырьковые камеры часто работают при криогенных температурах и высоких давлениях, тогда как камеры Вильсона функционируют при условиях, близких к нормальным.

Ответ: Приборы отличаются рабочим веществом (перегретая жидкость против пересыщенного пара) и физическим процессом, делающим трек видимым (кипение в пузырьковой камере против конденсации в камере Вильсона).