Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
153
Рис. 45. Установка для измерения спектра нейтронов методом времени пролета:
1 - канал, выходящий из ядерного реактора; 2 - вращающийся цилиндр; 3 - детектор нейтронов
мент вылета нейтронов оказывается вполне определенным. Связав теперь отклоняющую систему ускорителя или механизм вращающегося цилиндра с временным анализатором, можно сделать так, чтобы в момент появления нейтронов начинался отсчет времени. Остальное уже совсем просто. Чем быстрее летит нейтрон, тем раньше он попадает в детектор,' стоящий в конце пути. Импульсы от детектора поступают на временной анализатор. Если ширина каждого канала анализатора равна 1 мкс, а нейтрон зарегистрирован десятым каналом, значит, он летел от источника до детектора 10 мкс. Если при этом расстояние между источником и детектором составляет 100 м, то скорость нейтрона равна 100:10"5 = 107 м/с. Отсюда его энергия
?=mv2/2 = 1,6-10""27.1014/2 = 8.10"14 Дж = 500кэВ.
Таким образом, каждый канал временного анализатора регистрирует нейтроны какой-то одной, вполне определенной энергии, точнее — в некотором интервале энергий, характеризуемом началом и концом временного канала. Это позволяет одновременно измерять число нейтронов в различных энергетических интервалах. К тому же метод времени пролета — один из наиболее точных методов измерения энергии нейтронов. Поэтому несмотря на значительную сложность и относительно слабые потоки используемых нейтронов (ведь без прерывания пучка общий поток нейтронов был бы во много раз больше) метод времени пролета в настоящее время широко используется при различных исследованиях.
154
Глава 9
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ ЯДЕР И ЧАСТИЦ
ЗАЧЕМ НУЖНО ИЗМЕРЯТЬ ЗАРЯДЫ?
Об измерении электрических зарядов ядер и элементарных частиц уже не раз говорилось выше. Первые оценки элементарного заряда были сделаны на основе постоянной Авогадро и законов электролиза Фарадея. Затем точное и прямое измерение заряда электрона произвел Милли-, кен. Заряды ядер определили Резерфорд и Мозли. Благодаря их работам заряды ядер всех элементов в настоящее время известны вполне надежно и измерять их не имеет никакого смысла. То же можно сказать и о зарядах основных элементарных частиц — протона и электрона; здесь речь может идти лишь об уточнении уже имеющихся данных. Зато задача измерения заряда возникает каждый раз при изучении новых, неизвестных ранее частиц, открываемых в космических лучах или в излучении мощных ускорителей.
Заряд — одна из наиболее существенных характеристик частицы, определяющая ее вид, поэтому точное определение заряда представляет собой весьма актуальную задачу. Проще всего найти знак заряда: для этого не нужны точные количественные измерения, а достаточно лишь установить направление отклонения частицы магнитным полем. Несмотря на простоту эксперимента и качественный характер получаемой информации в ряде случаев сведения о знаке заряда могут привести к весьма важным выводам. Достаточно сказать, что именно таким образом Андерсон в 1932 году открыл новую частицу — положительно заряженный электрон (позитрон).
Гораздо сложнее найти абсолютное значение заряда. Здесь без сложных измерений и расчетов дело, как правило, не обходится, ибо отклонение частиц в магнитном и электрическом полях зависит, как было показано выше, не только от их заряда, но и от энергии или количества движения. Поэтому для определения заряда частицы приходится проводить не одно измерение, а несколько (например, измерять радиус траектории частицы в магнитном поле и, кроме того, независимыми методами - ее энергию и массу).
155
ИЗМЕРЕНИЕ ЗАРЯДОВ ОСКОЛКОВ ДЕЛЕНИЯ
С измерением зарядов неизвестных частиц физикам пришлось столкнуться, в частности, при изучении осколков деления. Как отмечалось выше, при радиохимических опытах Ган и Штрассман убедились в том, что образующиеся при делении осколки являются ядрами других, более легких элементов. Но выводы, полученные на основе только одного, пусть даже очень точного измерения, нельзя считать бесспорными. Поэтому датский физик Лассен решил непосредственно измерить заряд осколков по их отклонению в магнитом поле. Его эксперимент заключался в следующем. Ускоренные на циклотроне ионы тяжелого водорода - дейтроны — направляли на бериллиевую мишень. Возникавшие в результате реакции 9Be(J, п) 10B нейтроны попадали на расположенный рядом тонкий слой урана и вызывали деление его ядер. Осколки деления, описав в магнитном поле циклотрона дугу, через специальное окошко, закрытое очень тонкой фольгой, попадали в ионизационную камеру. Зная расположение отдельных узлов установки, можно без труда найти радиус траектории осколков, а затем с помощью формулы р = еВг вычислить отношение заряда к количеству движения. Теперь, чтобы определить заряд осколков, необходимо было независимым методом найти их количество движения. Это можно сделать, находя по амплитуде импульсов в ионизационной камере энергию осколков E0qkI оценивая массу осколков M0 ск как половину массы ядра урана, можно определить количество движения по обычной формуле
P = V 2Е0СКМ0СК.
