Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
89
Рис. 24. Нарушения структуры вещества вдоль пути тяжелой заряженной частицы:
а - до пролета; б - после пролета частиц; белые кружки - смещенные атомы
вает" их. Смещенные со своих мест атомы или ионы застревают между соседними атомами. В результате вдоль пути частицы возникают дефекты (рис. 24). Очевидно, что свойства такого поврежденного вещества отличаются от свойств остального вещества (например, появляются различия в плотности), поэтому "полоску" с дефектами можно зарегистрировать.
Поскольку ширина этой полоски во много раз меньше световой волны, увидеть ее можно только с помощью электронного микроскопа. Однако электронный микроскоп — очень сложный и дорогой прибор. Поэтому желательно было найти более простой способ наблюдения оставленных частицами следов. И такой способ вскоре был найден.
, Было обнаружено, что при обработке облученной пластинки кислотой разъедание вещества начинается прежде всего там, где есть оставленные частицами дефекты. В тонких пластинках слюды, например, образуются сквозные отверстия, хорошо видимые уже в обычный микроскоп. Эти отверстия легко
90
пересчитать и тем самым узнать, сколько частиц попало на пластинку за время эксперимента.
Данный способ регистрации излучения имеет уникальные особенности. Оказалось, что следы частиц в твердых телах сохраняются в течение миллиардов лет, поэтому, изучая природные минералы, можно заметить следы частиц, попавших в них при возникновении нашей планеты. Пластинки слюды или стекла можно поместить куда угодно, в том числе в зоны с высокими температурами и давлениями, в которых никакие другие детекторы не смогли бы работать. И при всех своих замечательных свойствах этот детектор предельно прост и дешев.
Однако у этого способа регистрации излучения есть и недостатки, главный из которых связан с тем, что травление пластинки кислотой начинается лишь при условии достаточно высокой начальной плотности дефектов. А плотность дефектов определяется зарядом пролетающей частицы, поэтому частица с малым зарядом может вообще не оставить после себя заметного следа. Эксперименты показывают, что в слюде, например, следы могут оставить лишь частицы с зарядом больше 18, т. е. быстро летящие ядра аргона и более тяжелых элементов, а от протонов, дейтронов и а-частиц следов не остается. Здесь, правда, надо сделать два замечания. Во-первых, минимальный заряд частицы, оставляющей после себя след, для каждого вещества свой. Удалось найти такое вещество — нитрат целлюлозы — в котором оставляют следы даже дейтроны. Во-вторых, способность регистрировать только достаточно тяжелые частицы часто из недостатка превращается в достоинство, когда, например, надо заметить очень редкие тяжелые частицы на фоне большого числа более легких частиц. Благодаря отмеченным особенностям способ регистрации частиц с помощью стекол и некоторых других прозрачных веществ получил в последние годы значительное распространение.
РЕГИСТРАЦИЯ 7-ИЗЛУЧЕНИЯ
Фотоны не могут непосредственно вызвать ионизацию и возбуждение атомов среды. Но, как уже говорилось, прохожцение фотонов через вещество сопровождается тремя эффектами, в результате которых появляются быстрые свободные электроны. Регистрируя эти электроны описанными выше способами, можно обнаружить фотоны и изучить их свойства.
91
Обычно для регистрации 7-излучения используют счетчики Гейгера—Мюллера или сцинтилляционные счетчики. Благодаря значительной проникающей способности 7-излучения требования к конструкции счетчика весьма упрощаются: его стенки могут быть толстыми, препарат можно располагать вне счетчика и т. д. В то же время из-за высокой проникающей способности значительная часть фотонов может пройти сквозь счетчик без взаимодействия со встречными атомами, т. е. в полном смысле слова бесследно. Поэтому эффективность регистрации 7-излучения, под которой понимается отношение числа зарегистрированных фотонов к их полному числу, для счетчиков Гейгера—Мюллера обычно не превышает нескольких процентов, тогда как эффективность регистрации заряженных частиц такими счетчиками близка к 100%. Значительно большей эффективностью регистрации фотонов обладают сцинтилляционные и полупроводниковые счетчики из германия. Благодаря большому количеству плотного вещества в чувствительной области этих детекторов их эффективность может достигать нескольких десятков процентов, а для больших сцинтилля-ционных детекторов с расположенным внутри источником излучения эффективность практически равна 100%.
РЕГИСТРАЦИЯ НЕЙТРОНОВ
В начале главы отмечалось, что прохождение нейтронов через вещество сопровождается различными ядерными реакциями, а быстрые нейтроны, кроме того, могут вызвать появление ядер отдачи. Возникающие при этих процессах заряженные частицы регистрируются всевозможными детекторами излучения, давая тем самым информацию о присутствии, числе и энергии нейтронов.
Ядра отдачи можно наблюдать в фотопластинке, в камере Вильсона и в диффузионной камере в виде коротких прямых следов, начинающихся и кончающихся в различных точках рабочей среды. При этом чем легче ядро, служащее мишенью, тем легче нейтрону сдвинуть его с места и тем большая доля энергии нейтрона будет передана ядру при столкновении. Для процесса регистрации это весьма полезно, так как частица большой энергии создает на своем пути больше ионов. Поэтому камеры Вильсона, предназначенные для регистрации нейтронов, наполняются обычно водородом или гелием. В фотопластинках водород входит в состав желатина, являющегося осно-
