Основы метрологии квантовых процессов
История открытия радиоактивных элементов – Ra и Po, изучение некоторых свойств радиоактивного излучения и разработка основы методов радиационных измерений. Основная константа квантовой теории – постоянной Планка. Планетарное строение атомного ядра.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.06.2015 |
| Размер файла | 20,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Основы метрологии квантовых процессов
Этапы создания метрологии квантовых процессов.
Открытие 2 радиоактивных элементов - Ra и Po, изучение некоторых свойств радиоактивного излучения и разработка основы методов радиационных измерения.
Начало 20 века: открытие основной константы квантовой теории - постоянной Планка - коэффициента, связывающего величину энергии электромагнитного излучения с его частотой.
Планетарное строение атомного ядра - фундаментальное открытие Э. Резерфорда.
1913 г. - постулаты Н. Бора.
опыта Дж. Франка и Г. Герца: подтверждение дискретности внутренней энергии атома.
1925 г. Дж. Уленбек и С. Гаудсмит выдвинули гипотезу о том, что электрон обладает собственным моментом импульса.
1943 г. Дж. Чедвик открыл нейтрон.
1931-1932 г. существование позитрона
1938г. О. Клейном была высказана теория о существовании частиц, осуществляющих слабое взаимодействие при атомных реакциях.
Экспериментальное обнаружение - К.Руббиа 1984 г.
Измерение квантовых объектов, их специфика.
• исчезающе малые размеры квантовых частиц;
• исчезающе малое время их существования;
• экстремально большая плотность ядерного вещества и напряженность электромагнитных полей;
• наличие частиц со свойствами, не имеющих аналогов в «классической» физике;
• скорость движения измеряемых объектов сопоставима со скоростью света;
• функция состояния и эволюции квантовых объектов не имеют прямой физ. Интерпретации
• вероятностный характер параметров квантовых объектов;
• высокий уровень математический уровень математической и физической формализации КМ;
• наличие взаимодействий, не реализуемых в макромире;
• корпускулярно - волновой дуализм;
• влияние физического вакуума;
В основе квантового измерения лежит аппарат математических преобразований волновой функции, на основе которых предлагаются несколько вариантов процедур определения значения параметров изучаемого объекта.
Эти процедуры называют измерением. Но под, измерением, как правило, понимают некоторый эксперимент с использованием технических средств. В КМ возможность экспериментального определения даже не предусмотрена. Почти все они чисто расчетные. Лишь в отдельных случаях их можно отнести к категории мысленного эксперимента.
Модели описания сущности процесса измерения квантовых процессов:
• процесс нахождения собственных функций оператора измеряемой физ. величины;
• процесс спектрального разложения волновой функции соответствующей физ. величины;
• последовательность двух процессов- анализирующего и детектирующего;
• процесс декогеренции;
• квазистационарный процесс;
Теория квантовых измерений должна основываться на анализе реальных процессов происходящих в квантовом мире, с учетом основных положений квантовой физики.
Схема академика В.А. Фока:
1) Подготовка объекта к измерению
2) Фиксация поведения объекта в процессе измерения и теоретический анализ процесса
3) Измерение
Первый этап:
• объект должен быть представлен в таком образе, в котором он может быть воспринят измерительным прибором, который в свою очередь является макроскопическим объектом, ибо СИ другого масштаба не существует;
• объект должен быть введен в активную зону измерительного прибора.
Второй этап заключается в том, что процесс измерения и его результаты непрерывно или эпизодически контролируют, сверяя с данными ранее выполненных измерений или предсказаний.
Третий этап- само измерение.
Для его выполнения в настоящее время имеется большое число средств измерений - от простых до тысячетонных установок высшей степени сложности.
При квантовых измерениях измеряется не сам объект, а его макроотображение.
Например, если требуется определить длину траектории элементарной частицы, то измеряется не сама траектория, а длина его трека в пузырьковой камере. Самого физического объекта как траектория в КМ не существует, существует отображение движения частицы как объект в макромире, т.е. трек.
Постулат Паули гласит, что в квантовой физике имеется 2 вида измерений:
первого рода - измеренная величина имеет значение такое, как и до измерения.
второго рода - измерения изменяют состояние системы, при этом результат повторного измерения не совпадает с результатом первого измерения.
Оценка адекватности получаемого при измерении образа и самого объекта требует введения некоторых соотношений, позволяющих объективно выполнять соответствующие определения.
Полученный результат направляется в вычислительно анализирующую часть СИ, которая выдает черновик результата измерения.
Все измерения можно разбить на 5 видов:
• кардинальные(результат измерения - число)
• пропорциональные, определяющие отношение двух величин;
• интервальные (плавающее начало отсчета)
• Порядковые (понятия «больше», «меньше», «равно»);
• Номинальные (результат измерения символ, название, число и т.д.)
Средства измерения квантовых процессов.
Камера Вильсона.
Камера Вильсона - трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка мелких капелек жидкости вдоль траектории ее движения.
Изобретена Ч. Вильсоном в 1912 г. (Нобелевская премия 1927 г.).
В камере Вильсона треки заряженных частиц становятся видимыми благодаря конденсации перенасыщенного пара на ионах газа, образованных заряженной частицей. На ионах образуются капли жидкости, которые вырастают до размеров достаточных для наблюдения (10-3-10-4 см) и фотографирования при хорошем освещении. Пространственное разрешение камеры Вильсона обычно ? 0.3 мм. Рабочей средой чаще всего является смесь паров воды и спирта под давлением 0.1-2 атмосферы (водяной пар конденсируется главным образом на отрицательных ионах, пары спирта - на положительных). Перенасыщение достигается быстрым уменьшением давления за счёт расширения рабочего объёма. Время чувствительности камеры, в течение которого перенасыщение остаётся достаточным для конденсации на ионах, а сам объём приемлемо прозрачным (не перегруженным капельками, в том числе и фоновыми), меняется от сотых долей секунды до нескольких секунд. После этого необходимо очистить рабочий объём камеры и восстановить её чувствительность. Таким образом, камера Вильсона работает в циклическом режиме. Полное время цикла обычно > 1 мин.
Пузырьковая камера.
Пузырьковая камера - трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара вдоль траектории её движения. Изобретена А. Глэзером в 1952 г. (Нобелевская премия 1960 г.).
Принцип действия пузырьковой камеры напоминает принцип действия камеры Вильсона. В последней используется свойство перенасыщенного пара конденсироваться в мельчайшие капельки вдоль траектории заряженных частиц. В пузырьковой камере используется свойство чистой перегретой жидкости вскипать (образовывать пузырьки пара) вдоль пути пролёта заряженной частицы. Перегретая жидкость - это жидкость, нагретая до температуры большей температуры кипения для данных условий. Вскипание такой жидкости происходит при появлении центров парообразования, например, ионов. Таким образом, если в камере Вильсона заряженная частица инициирует на своём пути превращение пара в жидкость, то в пузырьковой камере, наоборот, заряженная частица вызывает превращение жидкости в пар.
Искровая камера
Искровая камера - трековый детектор заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка искровых электрических разрядов вдоль траектории её движения.
Искровая камера обычно представляет собой систему параллельных металлических электродов, пространство между которыми заполнено инертным газом. Расстояние между пластинами от 1-2 см до 10 см. Широко используются проволочные искровые камеры, электроды которых состоят из множества параллельных проволочек. Внешние управляющие счётчики фиксируют факт попадания заряженной частицы в искровую камеру и инициируют подачу на её электроды короткого (10 - 100 нс) высоковольтного импульса чередующейся полярности так, что между двумя соседними электродами появляется разность потенциалов 10 кВ. В местах прохождения заряженной частицы между пластинами за счёт ионизации ею атомов среды возникают свободные носители зарядов (электроны, ионы), что вызывает искровой пробой (разряд). Разрядные искры строго локализованы. Они возникают там, где появляются свободные заряды, и поэтому воспроизводят траекторию движения частицы через камеру. Отдельные искровые разряды, направлены вдоль электрического поля (перпендикулярно электродам). Совокупность этих последовательных разрядов формирует трек частицы. Этот трек может быть зафиксирован либо оптическими методами (например, сфотографирован), либо электронными. Пространственное разрешение обычной искровой камеры0.3 мм. Частота срабатывания 10 - 100 Гц. Искровые камеры могут иметь размеры порядка нескольких метров.
Ионизационная камера
Ионизационная камера - простейший газонаполненный детектор. Она представляет собой систему из двух или трёх электродов в объеме, заполненном газом (He+Ar, Ar+C2H2, Ne). Ионизационная камера может быть выполнена в виде плоского или цилиндрического конденсатора. Величина прикладываемого напряжения (обычно сотни вольт) подбирается так, чтобы образованные в камере при пролёте заряженной частицы свободные заряды максимально быстро, не успев рекомбинировать, достигали электродов.
Ионизационные камеры бывают интегрирующие и импульсные. В интегрирующих камерах при больших потоках частиц импульсы сливаются и регистрируется ток пропорциональный среднему энерговыделению
В импульсных камерах регистрируются отдельные импульсы от каждой ионизирующей частицы. Импульсные камеры обычно трехэлектродные. Рабочим объемом служит пространство между катодом и сеткой. Образовавшиеся в результате ионизации электроны под действием поля Eкс двигаются по направлению к сетке, проходят ее под действием поля Eса > Eкс и собираются на аноде. Более подвижные электроны собираются за время 10-6 с. Положительные ионы, время сбора которых на три порядка больше за это время остаются практически на месте. Сетка экранирует анод от индукционного воздействия положительных ионов.
Временнoе разрешение ионизационной камеры определяется временем сбора зарядов. Таким образом, при регистрации импульса тока от электронов временнoе разрешение ионизационной камеры будет достигать 10-6 с.
Если частица полностью останавливается в объёме камеры, то по величине собранного заряда (количеству электронов, пришедших на анод) легко определить энергию частицы. Эта энергия равна произведению числа электронов n на среднюю энергию , необходимую на образование частицей одной пары электрон-ион (для газа 30-40 эВ).
Cчётчик Гейгера-Мюллера
Cчётчик Гейгера (или счётчик Гейгера-Мюллера) - газонаполненный счётчик заряженных элементарных частиц, электрический сигнал с которого усилен за счёт вторичной ионизации газового объёма счётчика и не зависит от энергии, оставленной частицей в этом объёме. Изобретён в 1908 г. Х. Гейгером и Э. Резерфордом, позднее усовершенствован Гейгером и В. Мюллером.
Конструктивно счётчик Гейгера устроен также как пропорциональный счётчик, т.е. представляет собой цилиндрический конденсатор, заполненный инертным газом. К внутреннему электроду (тонкой металлической нити) приложен положительный потенциал, к внешнему - отрицательный. Функционально счётчик Гейгера также в основном повторяет пропорциональный счётчик, но отличается от последнего тем, что за счёт более высокой разности потенциалов на электродах работает в таком режиме, когда достаточно появления в объёме детектора одного электрона, чтобы развился мощный лавинообразный процесс, обусловленный вторичной ионизацией (газовое усиление), который способен ионизовать всю область вблизи нити-анода. При этом импульс тока достигает предельного значения (насыщается) и не зависит от первичной ионизации. По существу, при попадании в счетчик Гейгера частицы в нём вспыхивает (зажигается) самостоятельный газовый разряд. При этом коэффициент газового усиления может достигать 1010, а величина импульса десятков вольт.
Этот счётчик обладает практически стопроцентной вероятностью регистрации заряженной частицы, так как для возникновения разряда достаточно одной электрон-ионной пары. Однако длительность сигнала со счётчика Гейгера сравнительно велика (? 10-4 с). Именно такое время требуется, чтобы медленные положительные ионы, заполнившие пространство вблизи нити-анода после пролёта частицы и прохождения электронной лавины, ушли к катоду и восстановилась чувствительность детектора.
радиоактивный излучение атомный
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Сведения о радиоактивных излучениях. Взаимодействие альфа-, бета- и гамма-частиц с веществом. Строение атомного ядра. Понятие радиоактивного распада. Особенности взаимодействия нейтронов с веществом. Коэффициент качества для различных видов излучений.
реферат [377,6 K], добавлен 30.01.2010- История возникновения и формирования квантовой механики и квантово-механической теории твердого тела
Экспериментальные основы и роль М. Планка в возникновении квантовой теории твердого тела. Основные закономерности фотоэффекта. Теория волновой механики, вклад в развитие квантово-механической теории и квантовой статистики А. Гейзенберга, Э. Шредингера.
доклад [473,4 K], добавлен 24.09.2019 Краткая характеристика нуклонов. Масса и энергия связи ядра. Формы радиоактивного распада. Ядерные силы и модели атомного ядра. Основные формулы теории атомного ядра. Цепные реакции деления. Термоядерные и ядерные реакции. Химические свойства изобаров.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 21.03.2014Изложение физических основ классической механики, элементы теории относительности. Основы молекулярной физики и термодинамики. Электростатика и электромагнетизм, теория колебаний и волн, основы квантовой физики, физики атомного ядра, элементарных частиц.
учебное пособие [7,9 M], добавлен 03.04.2010История открытий в области строения атомного ядра. Модели атома до Бора. Открытие атомного ядра. Атом Бора. Расщепление ядра. Протонно-нейтронная модель ядра. Искусственная радиоактивность. Строение и важнейшие свойства атомных ядер.
реферат [24,6 K], добавлен 08.05.2003Исследование концепции динамической структуры атома в пространстве. Изучение структуры атома и атомного ядра. Описания динамики движения тел в реальном пространстве потенциальных сфер. Анализ спирального движения квантовых частиц в свободном пространстве.
реферат [2,4 M], добавлен 29.05.2013История становления метрологии России. Роль Менделеева в данном процессе. Структура российской системы измерений. Их виды и методы. Понятие физической величины. Основные единицы СИ. Требования к качеству измерений. Наиболее распространенные погрешности.
презентация [145,4 K], добавлен 21.10.2015Понятие и классификация радиоактивных элементов. Основные сведения об атоме. Характеристики видов радиоактивного излучения, его проникающая способность. Периоды полураспада некоторых радионуклидов. Схема процесса индуцированного нейтронами деления ядер.
презентация [5,0 M], добавлен 10.02.2014Начало развития квантовой механики. Формирование квантовых представлений. Проблемы интерпретации квантовой теории. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена и его интерпретации. Неравенство Белла и открытие А.Аспекта. Физический вакуум и его свойства.
реферат [34,8 K], добавлен 06.01.2009Физика атомного ядра. Структура атомных ядер. Ядерные силы. Энергия связи ядер. Дефект массы. Ядерные силы. Ядерные реакции. Закон радиоактивного распада. Измерение радиоактивности и радиационная защита.
реферат [306,3 K], добавлен 08.05.2003Планетарная модель атома Резерфорда. Состав и характеристика атомного ядра. Масса и энергия связи ядра. Энергия связи нуклонов в ядре. Взаимодействие между заряженными частицами. Большой адронный коллайдер. Положения теории физики элементарных частиц.
курсовая работа [140,4 K], добавлен 25.04.2015Заряд, масса, размер и состав атомного ядра. Энергия связи ядер, дефект массы. Ядерные силы и радиоактивность. Плотность ядерного вещества. Понятие ядерных реакций и их основные типы. Деление и синтез ядер. Квадрупольный электрический момент ядра.
презентация [16,0 M], добавлен 14.03.2016Особенности методов исследования технологических процессов: теоретические, экспериментальные, подобие. Общая характеристика теории подобия, его виды, расчет их некоторых параметров. Основные положения теории подобия. Специфика критериев подобия.
реферат [2,8 M], добавлен 06.06.2011Вивчення фізичної сутності поняття атомного ядра. Енергія зв’язку і маса ядра. Електричні і магнітні моменти ядер. Квантові характеристики ядер. Оболонкова та ротаційні моделі ядер. Надтекучість ядерної речовини. Опис явищ, що протікають в атомних ядрах.
курсовая работа [50,2 K], добавлен 07.12.2014Процессы взаимодействия излучения. Схема реализации зондового устройства. Метод просвечивания узким пучком y-излучения. Анализ ядерно-геофизических методов разведки, использование в них излучений естественных и искусственных радиоактивных элементов.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 24.12.2014Понятие фотоэффекта, его сущность и особенности, история открытия и изучения, современные знания. Законы Столетова, их значение в раскрытии свойств данного явления. Объяснение законов фотоэффекта с помощью квантовой теории света, уравнения Эйнштейна.
реферат [227,6 K], добавлен 01.05.2009Основные термины, используемые при рентгенологическом исследовании. Устройство рентгеновской трубки. Свойства рентгеновского излучения. Характеристика структуры атома и ядра вещества. Виды радиоактивного распада: альфа-распад. Система обозначений ядер.
реферат [667,7 K], добавлен 16.01.2013Фундаментальные понятия квантовой механики: гипотеза де Бройля, принцип неопределённостей Гейзенберга. Квантовое состояние, сцепленность, волновая функция. Эксперимент над квантовомеханической системой: движение микрочастиц, принципы проведения измерений.
реферат [99,1 K], добавлен 26.09.2011Типы радиоактивного распада и радиоактивного излучения. Закон радиоактивного распада. Анализы, основанные на измерении радиоактивности. Использование естественной радиоактивности в анализе. Метод изотропного разбавления, радиометрическое титрование.
реферат [23,4 K], добавлен 11.03.2012Понятие и сущность ядерных реакций. История выявления и виды радиоактивных превращений. Принципы и особенности деления тяжелых ядер. Общая характеристика некоторых радионуклидов и продуктов деления урана-235. Строение и свойства многоэлектpонных атомов.
контрольная работа [112,9 K], добавлен 28.09.2010
