Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
81
СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ СЧЕТЧИКИ
В некоторых прозрачных веществах длины волн электромагнитного излучения, возникающего при возвращении ионизованных или возбужденных атомов в нормальное состояние, лежат в видимой или ультрафиолетовой области спектра. При попадании в такие вещества ионизирующих частиц в них возникают слабые вспышки света (сцинтилляции), видимые иногда даже простым глазом. На этом явлении, как уже упоминалось, была основана работа спинтарископа Крукса, и оно же используется в специальных светящихся составах.
С помощью спинтарископа Крукса было сделано несколько крупных открытий. Однако сидеть в полной темноте и наблюдать еле видимые вспышки света очень утомительно, да и ошибиться легко. Поэтому в современных сцинтилляционных счетчиках световые вспышки регистрируются автоматически.
Основная деталь любого сцинтилляционного счетчика (рис. 20) — это сам сцинтиллятор, т. е. вещество, в котором энергия падающей частицы превращается в энергию света. Обычно в качестве сцинтилляторов используют кристаллы некоторых неорганических (ZnS, NaI, CsI) или органических (антрацен) веществ. В качестве сцинтилляторов применяют также особые виды пластмасс, растворы некоторых органических соединений и даже газы.
Другой очень важной деталью сцинтилляционного счетчика является фотоэлектронный умножитель (сокращенно - фотоумножитель, или, еще короче, ФЭУ). Фотоумножитель — это запаянная стеклянная трубка с несколькими электродами внутри. Каждый электрод представляет собой маленькое корытце, покрытое веществом, из которого очень легко вырываются электроны. Таким же веществом покрыта и передняя стенка трубки, называемая фотокатодом. Перед началом работы на все электроды фотоумножителя подается напряжение, причем с таким расчетом, чтобы каждый следующий электрод (считая от фотокатода) имел положительный потенциал относительно предыдущего. В спокойном состоянии цепи всех электродов разорваны и ток через них, естественно, не идет. Если же в расположенный рядом с фотоумножителем сцинтиллятор попадает заряженная частица, то возникшие при световой вспышке фотоны падают на фотокатод и вырывают из него несколько электронов. Под влиянием разности потенциалов эти электроны устремляются к первому корытообразному
82
Рис. 20. Схема устройства сцин-тилляционного счетчика:
/ - сцинтиллятор; 2 - отражатель света; 3 - фотокатод; 4 - корытообразные электроды (диноды); 5 - корпус фотоумножителя
электроду; здесь каждый электрон выбивает несколько новых электронов, устремляющихся ко второму электроду, и т. д. В результате на последний электрод приходит мощная лавина электронов и в его цепи на короткое время возникает довольно сильный ток, зарегистрировать который весьма просто. При этом чем больше энергия начальной частицы, тем больше возникает фотонов и тем больше вылетает электронов из фотокатода, а стало быть, тем больше электронов приходит на последний электрод фотоумножителя. В результате амплитуда снимаемого с этого электрода электри-
ческого импульса оказывается пропорциональной энергии пролетевшей частицы (так же, как в ионизационной камере и в пропорциональном счетчике).
ЧЕРЕНКОВСКИЕ СЧЕТЧИКИ
В 1934 году советский физик П. А. Черенков под руководством С. И. Вавилова детально исследовал слабое свечение, неизменно возникающее в любой прозрачной среде вокруг любого радиоактивного источника, в котором образуются 0- и 7-частицы достаточно высокой энергии. Теория этого свечения, названного излучением Вави-
83
лова—Черенкова, была в дальнейшем разработана советскими физиками И. Е. Таммом и И. М. Франком, за что им в 1958 году была присуждена Нобелевская премия. Согласно этой теории эффект Вавилова-Черенкова заключается в следующем.
Как уже отмечалось, ни одно движение в природе не может происходить со скоростью, превышающей скорость света в вакууме с, но частицы очень больших энергий могут иметь в пустоте скорости, очень близкие к с. Попадая в плотную среду, такие частицы начинают тор-
мозиться, однако первое
Рис. 21. Принцип работы черен- вРемя m порость v оста-
ведь отношение с/с' равно показателю преломления среды, который для воды составляет 1,33, а для стекла еще больше — около 1,5. Таким образом, вполне возможно, что частица в среде движется со скоростью V, большей скорости света в этой среде с'. При этом возникают электромагнитные волны, происхождение которых поясняет следующая аналогия.
Если в воду опустить прутик и перемещать его со скоростью, меньшей скорости распространения волн по поверхности воды, то вода останется практически спокойной, а сопротивление движению прутика будет определяться только его трением о воду. Если же скорость движения прутика превысит скорость волн, то возникнет расходящаяся под углом волна, на образование которой будет затрачиваться определенная энергия. Сопротивление движению прутика при этом резко возрастет. Если теперь заменить в нашем рассуждении прутик заряженной частицей, волны на поверхности воды — электромагнитными волнами, а под трением подразумевать ионизацию и
ковского счетчика:
