Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Подводя итог, можно заметить, что излучение любого вида при взаимодействии с веществом производит ионизацию и возбуждение атомов. Заряженные частицы вызывают эти процессы непосредственно; при поглощении фотонов ионизацию создают быстрые электроны, возникающие в результате, фотоэффекта, эффекта Комптона или при рождении пар, а в случае нейтронов ионизацию производят быстролетящие ядра. При этом одна первичная частица может вызвать появление сотен тысяч пар ионов, благодаря чему сопровождающие ионизацию вторичные эффекты (электрический ток, вспышка света, потемнение фотопластинки и др.) могут быть замечены человеком непосредственно с помощью его органов чувств, но иногда эти эффекты приходится усиливать в нужное число раз. Таким образом, ионизация является как бы перекидным мостом из мира микрочастиц в мир привычных для нас масштабов, своеобразным усилителем атомных явлений, любезно предостав-
70
ленным нам природой. Поэтому неудивительно, что работа всех регистрирующих приборов так или иначе связана с ионизацией и возбуждением атомов среды.
Так как заряженные частицы вызывают эти процессы непосредственно, вначале естественно познакомиться с работой именно детекторов заряженных частиц, а затем рассмотреть особенности регистрации у -излучения и нейтронов.
ФОТОПЛАСТИНКА B РОЛИ ДЕТЕКТОРА ИЗЛУЧЕНИЯ
Как уже отмечалось, открытие радиоактивности и первая в истории регистрация ионизирующего излучения были сделаны Беккерелем с помощью фотопластинки. Давайте кратко познакомимся с процессами, которые происходят в фотоэмульсии при попадании в нее заряженных частиц.
Как известно, фотоэмульсия представляет собой слой желатина с вкрапленными в него зернами бромистого серебра (AgBr). Под действием пролетающей частицы в эмульсии возникают ионы, причем молекулы AgBr очень неустойчивы и при ионизации разваливаются на атомы серебра и брома. Однако даже при сильном облучении число таких свободных атомов относительно невелико, и внешне облученная пластинка ничем не отличается от необлученной; точно так же и при обычном фотографировании на пластинке до ее проявления не видно никаких следов изображения. При проявлении в первую очередь начинают восстанавливаться в чистое серебро те зерна AgBr, в которых -были свободные атомы серебра. Чем более сильному облучению подверглась фотопластинка, тем больше окажется в ней зерен AgBr, содержащих свободные атомы серебра, и, стало быть, тем сильнее потемнеет она при проявлении. Таким образом, по степени почернения фотопластинки можно судить о поглощенной энергии излучения, или, как принято говорить, о дозе поглощенного излучения. Этим свойством фотоэмульсии широко пользуются работники службы радиационной безопасности для контроля условий труда в лабораториях и на ядерно-физических установках.
Однако этим не ограничивается применение фотоэмульсий при ядерно-физических исследованиях. Дело в том, что восстановленные зерна серебра располагаются вдоль пути пролетевшей частицы (рис. 16). Поэтому, рассматривая проявленную
71
Рис. 16. Регистрация заряженных частиц в фотоэмульсиях:
а - траектория частицы (прямая линия), точки на ней - распавшиеся молекулы AgBr; б - тот же участок эмульсии после проявления и фиксирования. Восстановленные зерна AgBr делают видимым путь пролетающей частицы
пластинку под микроскопом, легко можно заметить следы пролетевших частиц в виде цепочек из отдельных черных точек. Остается лишь тщательно изучить такие следы, измерить их длину, направление, плотность, и,как будет рассказано ниже, с помощью этих характеристик можно определить тип частицы, ее энергию и некоторые другие характеристики.
ИОНИЗАЦИОННЫЕ КАМЕРЫ
Если заряженная частица пролетает через воздух или какой-нибудь другой газ, то возникающие ионы довольно быстро рекомбинируют, в результате чего все возвращается в первоначальное состояние. Однако с помощью электрического поля можно "растащить" разноименные ионы, не дать им рекомбинировать, а затем, измерив их суммарный заряд (а стало быть, и число), найти энергию пролетевшей
72
Рис. 17. Принципы устройства и работы ионизационной камеры:
а — схема включения; б — изменение потенциала верхней пластины относительно земли
частицы. Работающий на этом принципе прибор называется ионизационной камерой (рис. 17).
Простейшая ионизационная камера — это плоский конденсатор с воздушным промежутком между пластинами. Для того чтобы создать между электродами камеры электрическое поле, ее подключают к источнику постоянного напряжения. Посмотрим, как будет работать ионизационная камера, если ее включить в электрическую цепь так, как показано на рис. 17,я. Если замкнуть ключ K9 то ионизационная камера - конденсатор С— зарядится до напряжения между пластинами, равного полному напряжению источника U0. Потенциал верхней пластины относительно земли останется равным U0 и после размыкания ключа K9 так как количество зарядов на ней не изменится. Бели теперь в воздушном промежутке конденсатора пролетит заряженная частица, то возникшие ионы пойдут к пластинам, отдадут им свои заряды и тем самым несколько уменьшат заряд конденсатора, а следовательно, и разность потенциалов между его пластинами. Давайте определим, на какую именно величину уменьшится потенциал верхней пластины конденсатора. Начальное значение потенциала U0 связано с зарядом пластины q0 и емкостью конденсатора С известным соотношением
