Пузырьковая камера

Жидкость, очищенная от микропузырьков воздуха (центров парообразования), может длительное время существовать при температуре, превышающей температуру кипения. Такая жидкость называется перегретой. Перегретая жидкость находится в неустойчивом состоянии, и процесс закипания в ней может развиваться взрывообразно, если в жидкость попадают частицы, которые могут служить центрами парообразования. Например, если через перегретую жидкость пролетает заряженная частица, то образующиеся вдоль траектории ионы становятся центрами парообразования. На основе этого эффекта, открытого Д. Глезером, в 1953 году была создана пузырьковая камера – прибор для регистрации элементарных частиц. Траектория (трек) заряженной частицы, пролетающей через камеру с перегретой жидкостью, видна на фотографии как линия, вдоль которой образуются пузырьки.

Состояние перегретой жидкости в камере достигается за счёт быстрого понижения давления до значения, при котором температура жидкости оказывается выше температуры кипения (при этом же давлении). В этот момент частицы впускаются в камеру, камера освещается, и треки фотографируются. После фотографирования давление в камере поднимается, пузырьки исчезают, и камера снова готова к действию. Весь цикл работы составляет менее 1 секунды.

Длина трека частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы и плотности среды, в которой проходит движение. Длина трека увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды. При одинаковой начальной кинетической энергии тяжёлые частицы обладают меньшими скоростями, чем лёгкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с атомами среды более эффективно и быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии, то есть длина их трека будет меньше.

При помещении камеры в магнитное поле на заряженную частицу будет действовать сила Лоренца, и трек частицы будет искривляться. Радиус кривизны трека зависит от импульса и заряда частицы.

При помещении пузырьковой камеры в магнитное поле изменяется

  

 1) кинетическая энергия частицы  

 2) длина трека частицы  

 3) траектория движения частицы  

 4) заряд частицы

Конец формы

 

Начало формы

Перегретая жидкость – это жидкость, которая

  

 1)имеет температуру выше 100 °С при повышенном атмосферном давлении  

 2) имеет температуру выше температуры кипения при данном давлении  

 3) содержит микропузырьки пара и воздуха  

 4) содержит заряженные частицы

Конец формы

 

Начало формы

Протон и альфа-частица, имеющие одинаковую начальную энергию, влетели в пузырьковую камеру. При этом

  

 1) треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковую начальную энергию  

 2) треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как обе частицы имеют положительный заряд  

 3) длина пробега протона будет больше, так как начальная скорость движения протона больше  

 4) длина пробега протона будет меньше, так как начальная скорость движения протона меньше

Конец формы

Камера Вильсона

Закроем сосуд с некоторым количеством жидкости крышкой. Через некоторое время над жидкостью образуется насыщенный пар. Это состояние достигается, когда скорость процесса испарения жидкости сравнивается со скоростью конденсации пара (количество молекул, испаряющихся с поверхности жидкости, сравнивается с количеством молекул, возвращающихся в жидкость из пара за один и тот же промежуток времени). При охлаждении или медленном сжатии насыщенного пара происходит его конденсация. Роль центров конденсации могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Если убрать центры конденсации, то при медленном сжатии или охлаждении можно получить пересыщенный пар, давление которого превышает давление насыщенного пара при данной температуре.

На свойствах пересыщенного пара основано действие камеры Вильсона – прибора для регистрации заряженных частиц. Камера изобретена шотландским физиком Ч. Вильсоном между 1910 и 1912 г.

Камера Вильсона представляет собой ёмкость со стеклянной крышкой и поршнем в нижней части. Ёмкость заполнена насыщенными парами воды, спирта или эфира. Пары тщательно очищены от пыли, чтобы до пролёта частиц не было центров конденсации. Если поршень быстро опустить, то пары, совершая работу в отсутствие теплопередачи, охлаждаются и становятся пересыщенными. Заряженная частица, проходя сквозь камеру, оставляет на своём пути цепочку ионов. Ионы служат центрами конденсации, так что траектория (трек) частицы, влетевшей в камеру с пересыщенным паром, видна на фотографии как линия, вдоль которой конденсируются капельки жидкости.

Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы. Длина пробега увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы. Однако при одинаковой начальной энергии тяжёлые частицы обладают меньшими скоростями, чем лёгкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с молекулами среды более эффективно и будут иметь меньшую длину пробега.

Центрами конденсации в камере Вильсона служат преимущественно

  

 1) пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения  

 2) мельчайшие капельки воды  

 3) влетевшие в камеру заряженные частицы  

 4) ионы, образующиеся при движении заряженной частицы

Конец формы

 Начало формы

Ядра протия H11 и дейтерия H12, имеющие одинаковую начальную кинетическую энергию, влетают в камеру Вильсона. При этом

  

 1)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковую начальную энергию  

 2) треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковый заряд  

 3) длина пробега протия будет больше, так как его начальная скорость больше  

 4) длина пробега протия будет меньше, так как его начальная скорость меньше

Конец формы

 

Начало формы

Насыщенный пар в отсутствие центров конденсации может перейти в пересыщенное состояние

  

 1) только при медленном сжатии  

 2) только при быстром расширении  

 3) только при охлаждении  

 4) всеми перечисленными способами