Квантовая хромодинамика

Математика
Типовой расчет по математике
Функции нескольких переменных
Примеры вычисления интегралов
Кратные интегралы
Криволинейные и поверхностные интегралы
Физика лабораторные работы
Строение атомов
Явление электромагнитной индукции
Законы сохранения в механике
Понятие о внутреннем трении
Интерференция света
Оптическая пирометрия
Изучение цепи переменного тока
Ядерные реакторы
Ядерная физика
Электротехника
Лекции, лабораторные и примеры расчета из курсовой
Трехфазные трансформаторы
Постоянный ток
Сила и плотность тока
Электрическая емкость. Конденсаторы
Закон Ома для замкнутой цепи
Закон Ома для однородного участка цепи
Сопромат
Контрольная работа по сопромату
Методика решения задач
Дополнительные задачи на сдвиг
Сложное сопротивление
Действие динамических нагрузок
Начертательная геометрия
Начертательная геометрия
Построить три проекции призмы
Машиностроительное черчение
Метрические задачи
Обозначения шероховатости поверхности
Основы теории теней
Введение в черчение
Информатика
Архитектура персонального компьютера
Программное обеспечение персонального компьютера
Операционная система Windows
Типы локальных сетей
Система управления базами данных MS Access
Операционная система Linux
Техническое обслуживание компьютера
Инструменты для разборки и чистки
Переформатирование жесткого диска
Системы резервирования данных
Гарантийные обязательства и сервисное обслуживание
Программы для восстановления данных
Ланшафт, архитектура
Ландшафтная архитектура
История и стили в архитектуре
Орнаментальное искусство
Орнаменты древнего мира
Древнегреческое орнаментальное искусство
Орнаменты Классицизма, Ампира, Модерна
Художественные стили
Авангардизм
Модернизм
Романский стиль
Ампир
Рококо
Буддизм
Модерн
Готическое искусство
Арт-дизайн
Зарождение арт-дизайна в проектировании мебели
Общие черты и этапы развития культуры ХХ века
Изобразительное искусство и архитектура
Важнейшее искусство XX века – кино
Русская усадьба
Максим Горький в семейной родословной
Кандинский
МОНДРИАН, ПИТ
АБСТРАКЦИОНИЗМ
Суть дизайнерской деятельности
Создание дизайн-концепции
Приемы озеленения территорий
Зонирование сада
Камень для ландшафтного дизайна

Детальное исследование явления фрагментации релятивистских ядер-снарядов имеет важные преимущества по сравнению с классическими экспериментами по расщеплению ядер–мишеней. В частности, уверенная идентификация продуктов фрагментации делает возможным изучение ядерной структуры в условиях очень малых передач энергии–импульса. Знание характеристик фрагментации релятивистских ядер необходимо также для решения ряда задач ядерной астрофизики и физики космических лучей.

При исследовании взаимодействий при высоких энергиях значительную роль играет обладающий уникальными возможностями метод ядерных фотоэмульсий. Благодаря наилучшему пространственному разрешению (0.5 мкм), в ядерной эмульсии в зависимости от первичного импульса может быть получено угловое разрешение для следов релятивистских фрагментов до 10-5 рад. Это обеспечивает полную наблюдаемость всех возможных распадов релятивистских ядер на заряженные фрагменты. Кроме того, эмульсионная методика позволяет измерять импульсы и идентифицировать частицы. Поэтому, благодаря высокому разрешению эмульсий и возможности наблюдения реакций в 4 p - геометрии, именно этот метод представляется эффективным способом для изучения процессов релятивистской фрагментации.

1. Ядерная фотоэмульсия

1.1. Общая характеристика ядерной фотоэмульсии

Ядерные эмульсии представляют собой высококонцентрированные и высокодисперсные эмульсии из бромистого серебра. Концентрация AgBr, который находится в форме микрокристаллов почти сферической формы, в большинстве изготовляемых в настоящее время эмульсий составляет около 83% по весу. В качестве среды, в которой распределены микрокристаллы AgBr, наиболее широко используется желатин с пластификатором. Средние размеры микрокристаллов бромистого серебра для большинства ядерных эмульсий находятся в пределах 0,12-0,3мкм, эмульсии НИКФИ, Ильфорд, Кодак, Агфа, Истмен и др.

 Удельная плотность всех эмульсий с нормальным составом находится в пределах 3,8 – 4,0 г/см3.

 Ядерные эмульсии изготавливаются либо на стеклянной подложке с толщиной эмульсионного слоя от 50 до 400 мкм, либо без подложки с толщиной слоя 400-600 мкм. Последние предназначены главным образом для собирания эмульсионных камер.

Анализ элементарного состава ядерных эмульсий показывает, что в эмульсии главным образом содержится две далеко отстоящих по атомному весу группы атомов: H, C, N, O и Ag, Br при весьма незначительном количестве атомов S, J, Au.

Основными компонентами ядерной эмульсии являются:

 а) галоидное серебро – главным образом бромистое, обладающее плотностью 6,47 г/см3;

б) желатин и пластификатор (например, глицерин);

в) вода.

 Галоидное серебро находится в эмульсии в виде микрокристаллов (или «зерен») кубической или почти сферической формы в зависимости от метода приготовления.

 Желатин и пластификатор содержат следующие элементы: углерод, азот, кислород, водород и серу. Желатин представляет собой сложное вещество, вследствие чего неизбежно существует незначительная разница в химическом составе желатина, поставляемой различными изготовителями.

Глицерин вводится в эмульсию в качестве пластифицирующего вещества. Он уменьшает хрупкость эмульсии и способствует появлению пластических деформаций при возникновении напряжений в слое. Последнее имеет особенно большое значение в тех случаях, когда пластинки должны экспонироваться в вакууме, поскольку в подобных условиях эмульсия без пластификатора часто отрывается от стекла. Сцепление между эмульсией и стеклом настолько велико, что последнее часто разрушается под действием натяжений, появляющихся при высыхании эмульсии, причем из пластинок вырываются чешуйки стекла, прочно прилипшие к эмульсии.

 По своим фотографическим, лучше сказать, ядерносенситометрическим, характеристикам все ядерные эмульсии разделяются на три основные типа.

Эмульсии низкой чувствительности, предназначенные для регистрации сильноионизирующих частиц с потерями энергии ≥50кэВ на 1мкм пробега (осколков деления, многозарядных ионов, медленных α-частиц).

Эмульсии средней чувствительности, способные регистрировать следы частиц с ионизацией ≥ 2кэВ на 1мкм пробега (протоны с энергией 50-100МэВ).

Эмульсии высокой чувствительности, регистрирующие следы частиц с минимальной ионизацией (0,55кэВ на 1мкм).

 Эмульсии, применяемые в настоящее время для регистрации следов заряженных частиц, отличаются от обычных фотоэмульсий двумя особенностями:

а) отношение количества галоидного серебра к желатине в ядерной эмульсии приблизительно в восемь раз больше, чем в обычной;

б) толщина слоя ядерной эмульсии превышает, как правило, в 10-100 раз толщину обыкновенной эмульсии. Кроме того, в современных условиях ядерные эмульсии часто применяются в виде отдельных слоев, лишенных стеклянной подложки.

 Одной из основных используемых ядерных фотоэмульсий является эмульсия типа БР-2, обеспечивающая чувствительность вплоть до релятивистских однозарядных частиц и дающих минимум ионизационных потерь. Основные характеристики этой эмульсии приведены в табл. 1.1

Таблица 1.1 – Химический состав эмульсии (литературные данные по составу ядерной фотоэмульсии БР-2; отн. влажность 58% )

Элемент

Z

 атомов/

Серебро/ Ag

47

1,02

Бром/ Br

35

1,01

Йод/ I

53

0,006

Углерод/ C

6

1,39

Водород/ H

1

3,19

Кислород/ O

8

0,94

Сера/ S

16

0,014

Азот/ N

14

0,32

 

 Кроме основного вида эмульсии типа БР-2 в последние годы также широко использовались ее модификации с уменьшенным размером зерна (мелкозернистые) и уменьшенной концентрацией ядер AgBr (разбавленные). Добавление к эмульсии определенных веществ делает ее избирательно чувствительной к некоторым ядерным реакциям. (Например, добавление 10B делает эмульсию чрезвычайно чувствительным детектором нейтронов). Выбор типа эмульсии зависит от ее предполагаемого применения. Чувствительность эмульсии должна быть достаточно велика, чтобы обеспечить плотность зерен, необходимую для регистрации следа частицы. При излишней чувствительности плотность зерен может оказаться настолько большой, что отдельные зерна станут неразличимыми и их нельзя будет сосчитать.

Фотоэмульсионная методика позволяет зарегистрировать все заряженные частицы в расщеплении, а также определить область, ответственную за их образование. Метод ядерных эмульсий является вполне адекватным для изучения глобальных характеристик явления фрагментации ядра-снаряда благодаря весьма высокой пространственной разрешающей способности, наблюдаемости акта соударения в 4π-геометрии эксперимента, сравнительной легкости измерения зарядов фрагментов и возможности регистрации весьма малых возбуждений ядра-мишени, что важно для изучения корреляции между продуктами фрагментации снаряда и мишени. Эти достоинства фотометода тем ощутимей, чем выше первичная энергия столкновения. По своему атомному составу: водород H (~4% взаимодействий), группа легких ядер CNO (~26% взаимодействий), группа тяжелых ядер AgBr (~70% взаимодействий) фотоэмульсии позволяют получить характеристики ядер, далеко отстоящих по атомному весу.

Методика ядерных эмульсий всегда обеспечивала обзорные наблюдения по физике микромира благодаря высокой достоверности наблюдаемых событий, прекрасному пространственному разрешению и максимально полной наблюдаемости следов заряженных частиц. В ряде важных случаев она позволяет измерять импульсы, идентифицировать частицы. Поэтому именно она представляется эффективным способом для изучения процессов релятивистской фрагментации благодаря высокому разрешению эмульсий и возможности наблюдения реакций в полной геометрии. Особое преимущество имеет наблюдение в эмульсиях ядер с дефицитом нейтронов, благодаря более полной наблюдаемости продуктов реакции.

 Расцвет использования эмульсий пришелся на пятидесятые годы, когда были получены пионерские результаты по физике элементарных частиц. Прежде всего была решена проблема получения толстых слоев эмульсии (600 мкм), позволивших получать объемные образы событий. А высокая однородность облучаемого материала открыла возможности спектрометрии и идентификации частиц.

 Положительной чертой исследования процесса фрагментации ядер с помощью эмульсии является то, что следы частиц в желатине остаются навсегда и исследователь может изучать их снова и снова, чего не невозможно сделать машинным методом.

Также не последней по значимости положительной чертой эмульсии является ее дешевизна. Для изучения физики высоких энергий эмульсия имеет огромное преимущество в экономическом плане по сравнению с другими методами.

1.2. Проявка

Наиболее существенной чертой фотографического процесса с применением галоидосеребряных эмульсий является то, что при обработке подобных эмульсий специальным восстанавливающим раствором (“проявителем”) те зерна, на которых имелись подходящие “центры проявления”, превращаются в частицы металлического серебра. Физико-химические процессы, связанные с таким превращением, оказываются весьма сложными и являются предметом многочисленных исследований. По-видимому, существует значительное число конкурирующих механизмов, каждый из которых может быть существенно модифицирован путем незначительного изменения состава проявляющих растворов. Серебро может отлагаться на границе раздела между кристаллом бромида и “областью чувствительности” или на границе между этой областью и раствором. В последнем случае серебро выделяется за счет ионов Ag+ , находящихся в растворе, причем подобный процесс подвержен сильному влиянию растворителей бромистого серебра, какими являются, например, галоидные соединения щелочных металлов, тиосульфат натрия и т.п.

Структура и форма зерен выделяющегося серебра также сильно зависят от конкретных условий проявления. Эти зерна могут состоять из скоплений мельчайших микрокристаллов или из таких же кристаллов, но связанных между собой в тонкие плоские нити. Однако на существующей стадии развития фотометода подобные детали - хотя они и представляют значительный интерес - не имеют какого-либо практического значения при регистрации следов, поскольку размеры серебряных зерен оказываются порядка длины волны видимого света, вследствие чего характер их строения незначительно влияет на наблюдаемое в микроскоп изображение.

Следует заметить, что галоидные соли серебра играют исключительно важную роль в фотографии именно вследствие их способности подвергаться проявлению, поскольку никакое другое соединение не обладает такими свойствами в сравнимой степени. Многие вещества могут подвергаться изменениям под действием света или иной радиации, причем возникшие изменения могут оказаться относительно устойчивыми, однако ни одно из этих веществ не обладает чувствительностью, приближающейся к чувствительности бромистого серебра, и лишь немногие из них обладают способностью к проявлению.

После проявления галоидосеребряная эмульсия помещается во вторую, так называемую “фиксирующую” ванну, в которой происходит растворение неизменных зерен галоида, после чего в желатине остаются лишь черные частицы металлического серебра. Совокупность весьма большого числа подобных частиц и образует видимое черное изображение, т.е. обычный фотографический негатив. В заключение пластинка промывается и высушивается. 

1.3. Метод ядерных фотоэмульсий

 Использование ядерных фотографических эмульсий при изучении взаимодействия частиц большой энергии с ядрами сыграло значительную роль в развитии существующих представлений о механизме этих взаимодействий.

Возможность визуального наблюдения единичных актов ядерного взаимодействия в виде так называемых «звезд» в ядерной эмульсии позволяет получить большое число непосредственных данных о характеристиках ядерных реакций: о числе и природе образующихся при расщеплении ядра заряженных частиц, об их угловом и энергетическом распределениях, о передаваемых ядру при столкновении энергии и импульса и т.д.

Суть метода ядерных фотографических эмульсий заключается в следующем. Заряженная частица, проходя через фотоэмульсию, активирует на своем пути кристаллы галоидного серебра и делает их способными к проявлению. После специальной обработки эмульсионных слоев в них появляются следы частиц в виде цепочки проявленных зерен, хорошо видных под микроскопом. Значительную роль в развитии этой методики сыграли такие физики, как Л.В. Мысовский, А.П. Жданов, С. Пауэл, Д. Паркинс, П. Фаулер.

Средняя плотность эмульсии составляет порядка 3,5 – 4г/см3, при остаточной влажности порядка 2,5%. Ядерные фотографические эмульсии используются для регистрации и анализа следов заряженных частиц практически любой энергии. По измерениям характеристик этих следов можно идентифицировать частицу и определить ее кинематические характеристики.

Время чувствительности ядерных эмульсий практически определяется временем их экспозиции, которое может быть порядка нескольких недель. В течение этого времени ядерная эмульсия регистрирует все заряженные частицы, проходящие через нее. Благодаря высокому пространственному разрешению фотометод с успехом применяется для определения углов разлета частиц и ядер, образующихся в результате ядерного взаимодействия. По точности измерения малых углов метод ядерных эмульсий не имеет себе равных. При проведении экспериментов на ускорителях фотометод не требует большой затраты времени работы ускорителя. Расходы на аппаратуру также относительно малы. Среди многочисленных достоинств метода, однако, имеется и ряд недостатков.

Сложность состава вещества фотоэмульсии не позволяет однозначно ответить на вопрос, с каким ядром произошло взаимодействие налетающей частицы. Его устраняют введением дополнительных элементов и введением критериев отбора обрабатываемых событий. Существенным недостатком является невысокая скорость обработки облачений. И как следствие необходимость длительного времени для набора статистики. Однако, как правило, это компенсируется получаемым результатом. Тем самым, позволяя проводить планирование электронных экспериментов.

Точное определение состава эмульсии существенно влияет на точность измерений, которая может быть достигнута при помощи фотометода и которая требуется при точном определении энергии однородной группы частиц по их средним пробегам. По этой причине было бы весьма желательно точно знать состав эмульсии в реальных условиях ее облучения.

 Одно из затруднений, встречающихся при определении химического состава эмульсий, состоит в том, что желатина может быстро обмениваться водой с находящейся с ней в контакте газообразной или жидкой средой. Так, например, если поместить на поверхность эмульсии каплю иммерсионного масла и оставить ее на несколько минут, а затем стереть то можно заметить набухание участка поверхности желатины, находившегося в контакте с маслом. Описанный эффект объясняется поглощением незначительного количества воды, содержащегося в масле; возникающая вследствие этого слабая деформация поверхности быстро исчезает, как только пластинка снова приходит в равновесие с окружающей ее атмосферой. 

 Подобным же образом эмульсия может поглощать воду из других веществ, как, например, из четыреххлористого углерода, в котором вода может содержаться в очень малом количестве. Все это затрудняет определение плотности при помощи обычного метода, основанного на взвешивании образца сначала в воздухе, а затем в жидкости с известной плотностью.

Высшая математика - лекции, курсовые, типовые задания, примеры решения задач