Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Многократное рассеяние частиц. При прохождении определенной толщины I эмульсии частица отклоняется от первоначального направления на угол а в результате многих отклонений на малые углы на различных атомах в слое эмульсии. Теория приводит к следующему приближенному выражению для среднеквадратического угла рассеяния**:
a = bzVl/(pv), (8.19)
где р, V, Z — импульс, скорость и заряд частицы; b — постоянная рассеяния. Для данной эмульсии b определяется экспериментально измерением угла а для частиц с известными р, v, г. Приближенна величина b равна 25 град ¦ Л1зв/(100 мкм)1!2. Зависимость а от энергии для протонов дана на рис. 8.8. С ростом энергии протона уменьшается а и, следовательно, увеличиваются погрешности в определении характеристик частицы. Чтобы уменьшить погрешность Аа/а до 10— 15%, необходимо измерять а на пути примерно-0,1 см при энергии протона 20 Мэв и на пути, равном 1,5 см, при энергии протона 200 Мэв.
* Ясно, что пробег частицы нельзя измерить с погрешностью меньшей, чем размер зерна и расстояния между двумя соседними зернами, которое флуктуирует.
** В гл. 2 получено выражение для среднего угла рассеяния [см. (2.14)]. По смыслу формулы (2.14) а = ~]/(А©2)-
Рис. 8.8. Зависимость среднего угла рассеяния протонов в эмульсии от энергии. Толщина слоя эмульсии 100 мкм
273- Числэ б-электронов на единице пути. Ионизацию в эмульсии производит не только первичная частица. Часть зерен образует скрытое изображение в результате вторичной ионизации быстрыми б-электронами. В зависимости от природы частицы, т. е. ее заряда и скорости, относительное значение первичной и вторичной ионизации в следе меняется. Так, однозарядные частицы производят значительно меньше б-электронов с необходимыми энергиями, чем многозарядные. Следы б-электронов вблизи трека частицы можно выделить, если в треке б-электрона есть несколько проявленных зерен. Полное число б-электронов на 1 см пути с энергией, большей Ee, образуемое частицей с зарядом г и скоростью v, дается выражением (2.21). Для эмульсии стандартного состава число б-элект-ронэз на 100 мкм пробега частицы
Nl00 = (2,7 z2/?2) [1 IEe — 1/(2 т ?2)], (8.20)
где, как обычно, т — масса покоя электрона; Ee и т — в кэв.
Основным недостатком метода счета б-электронов является малая •статистическая надежность. Так, для больших скоростей плотность ^-электронов с энергией, большей 15 кэв, приближается к постоянному значению 0,2 на 100 мкм пути для протонов. При Ee = = 15 кэв образуется 3 — 4 проявленных зерна вдоль трека б-электрона.
Идентификация ядерных реакций на ядрах в эмульсии. В настоящее время основная область применения метода ядерных эмульсий — это изучение элементарных актов расщепления ядер, особенно в тех •случаях, когда поток частиц, вызывающих расщепления, мал. Однако этот метод обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что химический состав эмульсии, во-первых, сложен и, во-вторых, его нелегко изменить. Это вызывает трудности идентификации ядра, претерпевшего взаимодействие и трудности введения в эмульсию нужных ядер. Состав эмульсии позволяет разбить ядерные взаимодействия на три группы: 1) взаимодействие с водородом; 2) взаимодействие с легкими ядрами; 3) взаимодействие с ядрами Ag и Br. Такая классификация оправдывается тем лучше, чем выше энергия бомбардирующих частиц, поскольку сечения взаимодействия при высоких энергиях плавно меняются от ядра к ядру и ядерные свойства соседних ядер перестают различаться. Разделение неупругих взаимодействий между легкой и тяжелой группами ядер (при энергиях налетающей частицы 200 —¦ 100 Мэв) обычно производят по а-частицам, так как при средних энергиях возбуждения ядер Ag и Br вероятность испускания а-частиц с энергией примерно меньше 10 Мэв этими ядрами очень мала, поскольку потенциальный барьер для вылета а-частиц равен соответственно 14 и 12 Мэв.
Для изучения расщеплений ядер, не присутствующих в эмульсии, можно вводить их, например, пропитывая эмульсию раствором соли данного элемента. При этом число введенных атомов не превышает нескольких процентов от ядер собственно эмульсии. Такой
274- метод практически оправдан и удобен в том случае, если характер взаимодействия введенных ядер с налетающими частицами заметно отличается от взаимодействия с ядрами эмульсии, например изучение деления тяжелых ядер при взаимодействии с протонами высоких энергий. Если исследуемое вещество нельзя ввести в эмульсию, то его можно в виде мелкозернистого порошка, фольг или тонких проволочек расположить между слоями эмульсии, изготовив так называемый «сандвич».
§ 8.4. ИСКРОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
Принцип действия. В физике высоких энергий широкое распространение получила искровая камера и ее усовершенствованный вариант—стримерная камера, с помощью которой проведено много важных исследований. Искровая камера состоит из набора плоских электродов, помещенных в газ. После прохождения через искровую камеру ионизирующей частицы на ее электроды подается импульсное напряжение с амплитудой в десятки и сотни киловольт. Электроны, созданные ионизирующей частицей вблизи ее траектории, ускоряются электрическим полем и вызывают в малом объеме вблизи трека свечение газа. Светящийся след частицы фотографируется. Искровые камеры могут работать и в магнитном поле.
