Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Измерить амплитуду электрического импульса можно очень просто. В гл. 5 рассказывалось о специально созданных для этой цели приборах — дискриминаторах, одноканальных и многоканальных амплитудных анализаторах, которые, кстати сказать, позволяют определить не только амплитуду импульсов, но и число импульсов с' той или иной амплитудой, т. е. их спектр. Там же было показано, как спектр импульсов можно изобразить графически. Еще один спектр импульсов приведен на рис. 39. Как видно, в данном случае почти все импульсы имели амплитуду или около 20, или около 40 В, причем первых импульсов было гораздо больше, чем вторых. А так как амплитуда импульса пропорциональна энергии частиц, можно заключить, что при проведении эксперимента в детектор попадали частицы двух групп, причем частицы первой, более многочисленной группы имели энергию примерно в 2 раза меньшую, чем частицы второй группы.
Однако узнать, какую именно энергию имели эти частицы, по приведенным данным нельзя. Дело в том, что хотя амплитуда импульса и пропорциональна энергии частицы, коэффициент пропорциональности сам зависит от многих величин, которые трудно измерить: от электрической емкости камеры и подходящих к ней проводов, коэффициента усиления импульсов в усилителе, точного значения энергии образования пары ионов в данном газе данной частицей и т. д. Конечно, можно каждый раз при сборке новой установки заново измерять все эти величины и затем по амплитуде импульсов определять абсолютные значения энергии пролетевших частиц, но это было бы слишком трудоемким делом. Обычно поступают
140
Рис. 39. Типичный спектр импульсов от ионизационной камеры
гораздо проще. Сначала в приготовленную камеру помещают радиоактивный препарат, испускающий при своем распаде частицы, энергия которых E0 заранее измерена каким-нибудь другим способом, например по отклонению в магнитном поле, и измеряют амплитуду возникающих импульсов а0. Затем с помощью той же камеры регистрируют частицы неизвестной энергии E и опять измеряют амплитуду импульсов а. Поскольку ?о и E пропорциональны а0 и а, можно написать пропорцию
Е0/а0 =Е/а,
которая позволяет легко найти энергию исследуемых частиц: Е=Е0а/а0.
Подобные измерения называются относительными, так как энергия неизвестных частиц измеряется по отношению к известной энергии других частиц, имеющих значение эталона. Относительные измерения очень широко распространены в научных исследованиях и в технике. Более того, всегда есть смысл, если это только возможно, прибегать к относительным измерениям, так как они проще абсолютных и при наличии хороших эталонов обеспечивают достаточно высокую точность.
Под влиянием некоторых побочных обстоятельств, даже при строго одинаковой энергии частиц, электрические импульсы от камер и счетчиков имеют слегка различающиеся амплитуды. Это несколько ограничивает точность данного метода измерения энергии: в лучших случаях возможна погрешность 0,5-1%, т. е. немного больше, чем при измерении энергии по отклонению в электрическом или магнитном поле. Зато эксперимент в целом гораздо проще. Поэтому метод измерения энергии частиц по амплитуде электрических импульсов получил очень широкое распространение.
141
СООТНОШЕНИЕ ПРОБЕГ-ЭНЕРГИЯ
Как уже отмечалось, один из наиболее наглядных способов регистрации заряженных частиц основан на наблюдении их следов в фотоэмульсии или в камере Вильсона. Возникает вопрос: нельзя ли с помощью этих же приборов одновременно с качественными наблюдениями измерять и энергию пролетающих частиц? Оказывается, можно и притом очень просто.
Чем больше энергия заряженной тяжелой частицы, тем больше столкновений придется ей испытать до полной остановки и, следовательно, тем длиннее будет ее путь в веществе. Другими словами, начальная энергия частицы предопределяет длину ее пробега. А это означает, что, измеряя длину пробега заряженных частиц в фотоэмульсии или газе камеры Вильсона, можно судить об их энергии.
Длину пробега частиц измерить нетрудно. Как это делается, рассказывалось в гл. 4. Для того чтобы определить энергии изучаемых частиц, так же как и при работе с ионизационными камерами, прибегают к относительным измерениям. Перед началом эксперимента прибор градуируют с помощью нескольких групп однотипных частиц различных энергий, которые ранее были измерены другими способами. По результатам этого вспомогательного эксперимента строят зависимость длины пробега частицы от ее энергии. Иногда эту зависимость удается даже выразить аналитической формулой. Теперь, измерив тем же прибором длину пробега интересующих нас частиц, остается определить по графику, какой энергии частиц она соответствует, и наша задача выполнена. Следует только иметь в виду, что для каждого вида частиц существует своя зависимость длины пробега от энергии, поэтому данный метод применим лишь в тех случаях, когда природа частиц заранее известна. Выше отмечалось, что в большом числе экспериментальных исследований природа частиц устанавливается практически однозначно. В частности, всегда известно, какие частицы испускаются при радиоактивном распаде того или иного радиоактивного вещества или какие частицы могут попасть в регистрирующую аппаратуру от работающего ускорителя. В остальных случаях вид частиц приходится определять в самом эксперименте, детально анализируя и сравнивая между собой длину пробега частицы, абсолютную плотность следа, распределение плотности вдоль траектории и т. д.
