Лабораторная работа
Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям
Цель работы: познакомиться с методом вычисления отношения заряда к массе частицы по фотографиям ее трека.
Оборудование: фотография треков заряженных частиц в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле, линейка измерительная, транспортир, лист кальки размером 60 х 90 мм.

Ход работы:

1. Определите направление силовых линий магнитного поля.

2. Укажите причины, по которым толщина и кривизна трека протона увеличиваются к концу его пробега.

3. Измерьте радиус кривизны трека протона к концу его движения и вычислите его энергию в этом месте, а также величину изменения энергии по сравнению начальной.

4. Определите, ядро какого элемента распалось в точке а, если известно, что здесь произошла реакция с захватом одного нейтрона (т. е. нейтрон проник в ядро), а при распаде, кроме двух протонов и двух a-частиц, образовались еще нейтроны.

5. Какие частицы составляют «звезду» распада в точке б? в точке с?

На фотографии (рис.1) запечатлены треки частиц, полученных при распаде атомных ядер (так называемые “звёзды” распада), в камере Вильсона. Распады ядер вызваны действием нейтронов с энергией 90 МэВ, двигавшихся в направлении, указанном стрелкой. На снимке видны три “звезды” распада и полный пробег одного протона с начальной кинетической энергией 1,8 МэВ. Камера помещена в однородное магнитное поле с индукцией 1,3 Тл, направленное перпендикулярно фотографии.

Рис.1

На фотографии треков заряженных частиц, двигавшихся в магнитном поле, находят два наиболее искривленных трека. Модули начальных скоростей частиц одинаковы. Левый трек принадлежат ядру атома водорода, правый – неизвестной частице. Отношение заряда атома водорода к его массе равно 9,6 х 107 Кл/кг. необходимо найти отношение заряда к массе неизвестной частицы.

Перед началом работы оба трека осторожно переносят на кальку и измеряют радиусы их кривизны. В средних участках треков проводят по две хорды и в середине к ним восставляют перпендикуляры. Точки пересечения перпендикуляров будут центрами кривизны треков. Затем измеряют радиусы кривизны с измерительной линейки, учитывая масштаб снимка.

Далее выводят расчетную формулу.

На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца, вектор которой перпендикулярен вектору скорости частицы. Эта сила сообщает частице центростремительное ускорение. Согласно второму закону Ньютона, сила Лоренца равна:

qn B=mn2/R.

Отсюда модуль скорости неизвестной частицы n1 будет равен:

n1=q1R1B/ m1,

где q1 – заряд частицы, m1 – масса частицы, R1 – радиус кривизны трека, B – модуль магнитной индукции.

Модуль скорости ядра атома водорода n2 равен:

n2= q2R2B/ m2,

где q2 – заряд ядра атома водорода, m2 – масса ядра атома водорода, R2 – радиус кривизны трека.

Так как по условию

n1=n2, то q1R1B/m1= q2R2B/m2

Отсюда q1/m1= q2R2/m2R1.

Контрольные во Почему треки ядер атомов имеют разную толщину?

2. Чем отличаются треки частиц, полученные в фотоэмульсии, от треков частиц в камере Вильсона и пузырьковой камере?

3. Перечислите известные вам три косвенных метода исследования ядра.

4. Какие параметры частиц определяют по длине и толщине треков в камере Вильсона?

5. Какие параметры частиц определяют по искривленным трекам в камере Вильсона, помещенной в магнитном поле?

Вывод.