3. Методы регистрации ядерных излучений.

Для изучения ядерных явлений были разработаны методы реги­страции элементарных частиц и излучений. Наиболее распростра­ненными являются методы, основанные на ионизующем и фотохи­мическом действии частиц.

Сцинтилляционный счетчик

В 1903 г. У. Крупе заметил, что α-частицы, испускаемые радио­активным аппаратом, попадая на покрытый сернистым цинком эк­ран, вызывают свечение. Устройство было использовано Э. Резер­фордом. Сцинтилляции теперь наблюдают и считают не визуально, а с помощью специальных устройств – сцинтилляционных счетчиков.

Газоразрядный счетчик Гейгера

Счетчик Гейгера — один из важнейших приборов для автоматического подсче­та частиц. Счетчик (рис. 13.1) состоит из стеклянной трубки, по­крытой изнутри металлическим слоем (катод), и тонкой металлической нити, идущей вдоль оси трубки (анод). Трубка заполняется газом, обычно аргоном. Действие счет­чика основано на ударной ионизации.

Принцип действия:

1. Заряженная частица (электрон, а-частица и т. д.), пролетая в газе, отрывает от атомов электроны и создает положительные ионы и свобод­ные электроны. Электрическое поле между анодом и като­дом (к ним подводится высокое напряжение) ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация.

2. В озникает лавина ионов, и ток через счетчик резко возрастает. При этом на нагрузочном резисторе R об­разуется импульс напряжения, который подается в регист­рирующее устройство.

3. Для того чтобы счетчик мог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд необходимо по­гасить. Это происходит авто­матически. Так как в момент появления импульса тока па­дение напряжения на нагру­зочном резисторе R велико, то напряжение между анодом и катодом резко уменьшается — настолько, что разряд прекра­щается.

Счетчик Гейгера применя­ется в основном для регистра­ции электронов и

у -квантов (фотонов большой энергии).

Камера Вильсона.

Счетчики позволяют лишь регистри­ровать факт прохождения через них частицы и фиксировать некоторые ее характеристики.

В камере же Вильсона, создан­ной в 1912 г., быстрая заряженная частица оставляет след, который можно наблюдать непосредственно или сфотогра­фировать.

Принцип действия камеры Вильсона основан на кон­денсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капелек воды. Эти ионы создает вдоль своей траектории движущаяся заряженная частица.

Устройство:

Камера Вильсона представляет собой герметически за­крытый сосуд, заполненный парами воды или спирта, близ­кими к насыщению (рис. 13.2).

При резком опускании поршня, вызванном уменьшением давления под ним, пар в камере адиабатно (теплоизолированная система) расширяется. Вследствие этого происхо­дит охлаждение, и пар становится перенасыщенным.

Это — неустойчивое состояние пара: он легко конденсируется, если в сосуде появляются центры конденсации.

Ц ентрами конденсации становятся ионы, которые образует в рабочем пространстве камеры пролетевшая частица.

Если частица проникает в камеру сразу после расширения пара, то на ее пути появляются капельки воды.

Эти капельки образуют видимый след пролетевшей частицы — трек (рис. 13.3).

За­тем камера возвращается в исходное состояние, и ионы уда­ляются электрическим полем. В зависимости от размеров камеры время восстановления рабочего режима варьирует­ся от нескольких секунд до десят­ков минут.

Информация, которую дают тре­ки в камере Вильсона, значительно богаче той, которую могут дать счетчики. По длине трека можно определить энергию частицы, а по числу капелек на единицу длины трека — ее скорость. Чем длиннее трек частицы, тем больше ее энер­гия. А чем больше капелек воды об­разуется на единицу длины трека, тем меньше ее скорость. Частицы с большим зарядом оставляют трек большей толщины.

Советские физики П. JI. Капица и Д. В. Скобельцын предложили помещать камеру Вильсона в однородное магнитное поле. Магнитное поле действует на дви­жущуюся заряженную частицу с определенной силой (си­лой Лоренца). Эта сила искривляет траекторию частицы, не изменяя модуля ее скорости. Трек имеет тем большую кривизну, чем больше заряд частицы и чем меньше ее мас­са. По кривизне трека можно определить отношение заря­да частицы к ее массе. Если известна одна из этих вели­чин, то можно вычислить другую. Например, по заряду частицы и кривизне ее трека можно найти массу частицы.