Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
а - образование световой волны; 6 - устройство счетчика
ется весьма близкой к с. В то же время скорость света в плотной среде с' существенно отличается от с:
84
возбуждение атомов, то получится картина эффекта Вавилова— Черенкова. Только волна, конечно, будет иметь вид не плоского угла, а конуса, так как все направления в пространстве равноправны. Заметим, что аналогичные явления наблюдаются и с волнами звука в воздухе при пролете реактивных сверхзвуковых самолетов.
Возникшую при эффекте Вавилова—Черенкова световую волну легко зарегистрировать с помощью фотоумножителя. Черенковский счетчик (рис. 21) весьма прост, так как рабочим телом для него может служить любое прозрачное вещество с достаточно большим показателем преломления. Очень часто в черенковских счетчиках используется обычная вода.
Из предыдущего ясно, что область применения черенковских счетчиков ограничивается регистрацией очень быстрых заряженных частиц, способных пролететь в плотном веществе, по крайней мере, несколько сантиметров со скоростью, близкой к скорости света. Такие частицы встречаются в космическом излучении или получаются на сверхмощных ускорителях. Частицы, возникающие при обычных ядерных реакциях, имеют значительно меньшие энергии, и если их начальная скорость и была больше с', то таковой она сохраняется лишь на ничтожно малом отрезке пути. Поэтому интенсивность излучения от одной частицы невелика и для регистрации таких частиц черен-ковские счетчики обычно не применяют.
КАМЕРА ВИЛЬСОНА
В ионизационных камерах и счетчиках частицы вызывают ионизацию, которая приводит к появлению электрического тока; в сцинтилляционных счетчиках в результате ионизации и возбуждения атомов происходят вспышки света. Во всех рассмотренных детекторах конечным носителем информации о частице является электрический импульс. Работа камеры Вильсона основана на еще одном свойстве ионов - их способности служить центрами конденсации пара.
Камера Вильсона (рис. 22) - это стеклянный цилиндр с металлическим плотно прилегающим поршнем или резиновой мембраной вместо дна и стеклянной герметически закрытой крышки. Внутри камеры находятся воздух или какой-нибудь другой газ и небольшое количество легко испаряющейся жидкости (воды, спирта и т. п.), образующей насыщенный пар. Если теперь дно камеры резко опустить вниз, то заполняющий
85
ее газ расширится и несколько охладится, в результате чего пар из насыщенного станет пересыщенным. Образовавшийся изоыток влаги стремится уйти из газа, сконденсироваться в виде капель росы на стенках камеры или образовать мельчайшие капельки тумана.
Таким образом, происходящие в камере Вильсона
Рис. 22. Схема камеры Вильсона процессы напоминают атмо-
ным летним вечером после жаркого дня. Однако на первых порах процесс конденсации идет не очень интенсивно: ведь если две молекулы жидкости и столкнутся между собой, то возникшая между ними связь может тут же разорваться. Поэтому в чистом газе пар может довольно долго оставаться в пересыщенном состоянии, не образуя тумана. Другое дело, если в газе есть какие-нибудь инородные мелкие частички, например обычная пыль. Каждая крупинка пыли состоит из громадного числа молекул, следовательно, подошедшая к ней молекула жидкости связывается гораздо сильнее, чем с другой одиночной молекулой. Затем так же захватывается вторая молекула жидкости, потом третья. В результате очень быстро образуется капля жидкости, размеры которой могут значительно превышать размер первоначальной пылинки; последняя в этом процессе выполняла роль зародыша будущей капли тумана. Подобным центром конденсации может быть и любая электрически заряженная частица, в том числе отдельный ион.
Если в камеру с пересыщенным паром попадает быстрая частица, то вдоль ее пути образуется цепочка ионов, каждый из которых становится центром маленькой капельки влаги. Эти капли легко увидеть простым глазом в виде тонкой белесой нити, свободно висящей в газе камеры. Особенно эффектна картина, возникающая на темном фоне поршня при освещении камеры сбоку: в этом случае сверкающие следы пролетевших частиц висят в воздухе подобно дымовым следам ракет, освещенным прожекторами на фоне черного неба во время праздничного салюта.
Таким образом, камера Вильсона позволяет наблюдать и фотографировать следы пролетающих ионизирующих частиц, причем в отличие от фотопластинок здесь не требуется ни об-
сферные явления прохлад-
86
работка эмульсии, ни ее рассматривание в микроскоп, что, естественно, весьма удобно.
Однако у камеры Вильсона есть и недостатки: состояние пересыщения продолжается очень недолго — всего несколько десятых долей секунды, после чего или выпадает сплошной туман, или, наоборот, даже образовавшиеся следы рассасываются и исчезают. Можно произвести новое расширение, однако время, необходимое для восстановления первоначальных условий, довольно велико — несколько секунд. Поэтому доля времени, в течение которого камера Вильсона способна регистрировать пролетающие частицы, оказывается весьма малой.
ДИФФУЗИОННЫЕ КАМЕРЫ
После многочисленных попыток увеличить рабочее время камеры Вильсона в 1936 году Ланг-сдорфу удалось построить камеру, которую он назвал диффузионной.
