Laboratoriya №3 mavzu: alfa zarrachalar izlarini vilson kamerasi yordamida namoyish etish

2-Rasm. Vilson kamerasi. a) sxamtik koʻrinishi; b) tashqi koʻrinishi.
Vilson kamerasining ishlash printsipi kamera ichiga uchib kirgan zaryadlangan zarrachaning izi boʻylab oʻta toʻyingan bugʻning kondensatsiyalanishida tomchilar hosil boʻlishiga asoslanadi. Kamera ichida oʻta toʻyingan bugʻni hosil qilish uchun mexanik piston(vakuumli nasos) yordamida gazning keskin adiyabatik kengayishi sodir boʻladi. Hosil boʻlgan izi (trayektoriya)ni suratga olingandan soʻng, kamera ichidagi gaz yana siqiladi va ionlardagi tomchilar bugʻlanadi. Kameraga berilgan elektr maydon kamerani avvalgi ionlash jarayonida hosil boʻlgan ionlardan "tozalash" uchun xizmat qiladi.
Zarrachalar izi boʻylab suyuqlik tomchilari hosil boʻladi(10^–3–10^–4 sm), ularni kamera ichini yoritish orqali kuzatish va suratga olish mumkin. Ishchi holatda koʻpincha 0,1 – 2 atm bosimi ostida suv va spirt bugʻlarining aralashmasidan foydalaniladi (suv bugʻlari asosan manfiy ionlar, spirt bugʻlari musbat ionlar). Oʻta toʻyingan bugʻ holatiga hajmning kengayishi tufayli bosimning keskin pasayishi bilan erishiladi.
Har safar vakuum nasosi(piston) dastagini pastga tomon tortganimizda, alfa zarrachalr izlari boʻylab oʻta toʻyingan bugʻlar birdaniga kondensatsiyalanadi va tomchilar hosil qiladi, ular esa vilson kamerasi qopqogʻining ustki tomonidagi shisha darcha orqali (illyuminatorda) bir yoki ikki sekund koʻrinib turadi. Bu tajribada Ra-226 preparatidan alfa zarrachalar manbai sifatida foydalanishingiz mumkin. Ra-226 preparati Vilson kamerasi ichiga doirasimon taglikning maxsus tutqichiga joylashtiriladi. Ra-226 preparat bir tomonida teshigi boʻlgan ichi boʻsh silindr ichiga joylashtirilgan va silindrning ikkinchi tomoni xuddi igna kabi boʻladi.


3-Rasm. Ra-226 radioaktiv elementning yemrilish sxemasi.


Ra-226 yarim yemirilish davri 1600 yil atrofida boʻlib, Rn−222 gacha energiyasi 4.78 MeV boʻlgan alfa zarrachalar chiqarib yemiriladi. 3-Rasmdan koʻrinib turubdiki Ra-226 yemrilish jarayonida asosan alfa zarrachlar nurlab Rn-222 radioaktiv elementiga aylanadi. Vilson kamerasining imkoniyatlarini magnit maydonga joylashtirilganda oshirish mumkin. Uning zaryadi ishorasi va impulsini magnit maydondagi egri chiziqli traektoriyasi bilan aniqlanadi.



2 - Rasm. Vilson kamerasida alfa zarrachalarning izlarini ko`rinishi. a) Ra-226 radioaktiv preparatidan; b) Th-210 radioaktiv preparatidan chiqayotgan alfa zarralar izi.
Bir jinsli magnit maydon kuch chiziqlariga nisbatan perpendikulyar yoʻnalishda kesib oʻtuvchi zaryadlangan zarrachaga Lorens kuchi ta’sir koʻrsatadi: F=qvB. Ya’ni, zaryadlangan zarrachaning harakatlanish tezligi va magnit maydon induksiyasi yoʻnalishi oʻrtasidagi burchak 90°ga teng deb hisoblanadi. Bunda Lorens kuchi zarracha harakatlanish tezligiga perpendikulyar yoʻnalgan boʻlib, shu sababli, zarrachaning kinetik energiyasiga ta’sir koʻrsatmaydi. Agar, aylana boʻylab traektoriyada zaryadlangan zarrachaning harakatlanish yoʻnalishi oʻzgarsa, bu holat Nyuton 2-qonuni boʻyicha quyidagi koʻrinishdagi formula amal qiladi:
Bu yerda: R— aylana radiusini ifodalaydi:
Zaryadlangan zarrachaning ushbu aylana bo‘уlab, bir marta aylanib chiqish vaqti, ya’ni aylanish davri:
ushbu ifodadan koʻrininb turibdiki aylanish davi qiymati zarrachaning tezligi qiymatiga bogʻliq emas.

Ma'lum bir zarracha uchun solishtirma zaryadini hisoblash formulasini quyidagicha bo‘ladi:

Alfa zarrachalarning izlarini Vilson kamerasidan foydalanib koʻrinadigan qilish mumkin. Alfa nurlanish beta va gamma nurlanishlar bilan taqqoslaganda juda kam ionlashtiruvchi hisoblanadi, shuning uchun bu tajribada foydalanilmaydi.


Rasm radiy-226 idishi bilan birgalikda, 1- idish qopqogʻi, 2- radiy - 226 preparatini ushlagich, 3- silindrga biriktirilgan igna, 4 – silindr, 5- silindr ichiga joylangan radiy-226 moddasi, 6- shisha idish




Rasm Laboratoriya umumiy koʻrinishi

Rasm. Vilson kamerasining tuzilishi.
1- Kamera qapqogʻi, (1a) - tok manbaining manfiy qutbiga ulash klemmasi, (1b)- alfa zarralar izlarini kuzatish uchun oynali darcha, (1c) – kamera ichini yoritish uchun oynali darcha, 2- (2c) orqa tomoniga junli mato yopishtirilgan doirasimon taglik, (2a) – Ra-226 joylangan silindr joylashadigan uyasi, (2b)- doirasimon taglik oyoqchalari, 3- rezina halqa, 4 - vakuum nasosi biriktirlgan kamera asosi, (4a) – vakuum nasosi porsheni, (4b) – kamera qopqogʻini kamera asosiga mahkamlovchi qisqich, (4c) – havo trubkasi, (4d) - tok manbaining musbat qutbiga ulash klemmasi, 5 – vakuum nasosi silindri, 6 – vakuum nasosi dastagi.
ISHNI BAJARISH TARTIBI:
1. Suv-spirt aralashmasini tayyorlash: Polietilen idishda suv(50%)+spirt(50%) aralashmasini tayyorlang. Izoh: Kengaytirish bilan hosil qilingan toʻyingan bugʻning kondensatsiyalanishi faqat alfa zarrachalar yordamida hosil qilingan ionlar tufayli boʻlishi mumkin va kamera ichiga qandaydir kirib qolgan boshqa zarralar tufayli kondensatsiyalanish hosil boʻlmasligi kerak, shuning uchun kameraning ichini changlardan toza tuting; agar lozim boʻlsa uni distillangan suv bilan yuving.
2. Qisqich yordamida laboratoriya stoliga Vilson kamerasini mahkamlang. Vilson kamerasi ostiga biriktirilgan vakuum nasosni dastagini tortish oson boʻlsin.
3. Vilson kamerasi qopqogʻini bir qoʻlingiz bilan mahkam ushlang va boshqasi bilan qisqichlarni oching va kamera ichidagi uch oyoqli doiraviy taglikning orqa tomonidagi junli qoplamasini suv+spirt aralashmasi bilan yaxshilab namlang, ammo aralashmani ichiga solmang.
4. Doiraviy taglikni rezina halqa bilan birga kamera asosi ustiga joylashtiring. Rezina halqa kamera asosiga bir tekis joylahganligiga ishonch hosil qiling.
5. Barcha xavfsizlik choralariga rioya qilgan holda Ra-226 preparatini uch oyoqli doiraviy taglikdagi maxsus tutgichi(Ra-226 joylangan silindr joylashadigan uyasi)ga joylashtiring.
6. Vilson kamerasi qopqogʻini rezina halqa ustiga bir tekis joylashganiga ishonch hosil qilib joylashtiring va uni kamera qisqichlari bilan mahkamlang.
7. Vilson kamerasini tok manbai (0 – 450 V) qutblariga ulang.
8. Lampani taglikka mahkamlang va uni Vilson kamerasidan taxminan 15 sm masofaga kameraning kuzatish oynasi sathida joylashadigan qilib oʻrnating va
lampani tok manbaiga (6 V/5A) ulang.
9. Bir boʻlak qogʻozga bajariyotgan talabalar ismlarini yozib vilson qamerasi qopqogʻi ustiga qoʻying (qogʻoz alfa zarrachalar izlarini koʻrishga halaqit qilmasin).
9. Vilson kamerasi asosiga biriktirilgan vakuum nasosi dastagini pastga torting va alfa zarrachalar izlarini kuzating hamda telefoningizga rasmga oling.