Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы выйти из этого затруднения, было решено наблюдать распад нейтронов на лету. Мощный пучок нейтронов из реактора выпускали в трубу, из которой был выкачан воздух. Вне пучка в трубу помещали электрод, на который подавали высокий положительный потенциал. С противоположной стороны пучка был помещен пропорциональный счетчик с окошком, затянутым очень тонкой пленкой. Расчет авторов эксперимента был прост: если летящий нейтрон распадется около высоковольтного электрода, то мощное электрическое поле отбросит образовавшийся протон в сторону, и если он через окошко попадет внутрь счетчика, то в последнем возникнет электрический импульс. Нейтроны летят очень быстро. Даже тепловые нейтроны имеют скорость, раза в три превышающую скорость винтовочной пули. Однако при постоянной плотности нейтронного пучка около высоковольтного электрода находится одно и то же число нейтронов N9 которое нетрудно определить. Это позволяет, используя зарегистрированное счетчиком число распадов Л , по известной формуле Л - XN найти постоянную распада нейтрона X и его период полураспада Т. Результаты экспериментов П. Б. Спивака показали, что нейтроны действительно распадаются, причем их период полураспада оказался очень близким к 12 мин, что во много раз больше времени жизни нейтрона в любом веществе. Следовательно, практически все нейтроны заканчивают свое свободное существование' в веществе попаданием в какое-нибудь ядро, а |3-распадом свободного нейтрона обычно можно пренебречь.
178
СЕКУНДА-ВЕЧНОСТЬ
Для измерения очень коротких периодов полураспада не годится ни один из описанных выше методов. Если период полураспада вещества близок к 1 мин, то еще можно успеть положить приготовленный образец под счетчик и сделать несколько измерений числа приходящих импульсов по 5 с каждое, чтобы потом определить период полураспада обычным способом. Если период полураспада окажется порядка 10 с, то подобным образом его удастся только оценить: ведь надо успевать не только включать и выключать счетчик, но и записывать его показания. А что делать, если период полураспада близок к 1 с или 0,1 с? О какой серии измерений здесь может идти речь? Но ведь существуют вещества с гораздо меньшими временами жизни: 10~4, 10"6 си даже еще меньше. Как же измеряют столь короткие периоды, по сравнению с которыми даже секунда — целая вечность?
Прежде всего заметим, что и образец-то из столь коротко-живущих веществ приготовить нельзя: все ядра в нем будут распадаться непосредственно в момент изготовления. Отсюда следует, что распад данного вещества придется изучать одновременно с его приготовлением. Так, если короткоживущие ядра получаются при облучении какого-нибудь вещества пучком ионов на ускорителе, то регистрирующую аппаратуру придется расположить рядом с мишенью и измерения проводить одновременно с облучением. Если же короткоживущие ядра получаются при распаде других, более долгоживущих ядер какого-нибудь вещества, то образец приготовляют из последнего. Например, при j3-распаде 214Bi с периодом полураспада 19,7 с образуется ^14Po, у которого T = 1,6-Ю"4 с. Поэтому, приготовив образец из 214Bi, мы одновременно сможем наблюдать распад и дочерних ядер 214Po. Теперь рассмотрим, как проводятся сами измерения.
Если период полураспада не очень мал, например 1 с или 0,1 с, то можно поступить следующим образом. Образец помещают внутри длинной трубы, по которой с большой скоростью продувают воздух. Образующиеся при радиоактивном распаде дочерние ядра в момент вылета |3- частицы испытывают отдачу. При этом их энергия оказывается достаточной для преодоления сил сцепления с соседними атомами, в результате чего дочерний атом вырывается из образца и подхватывается потоком движущегося воздуха. Чем дольше проживет вырванный атом до своего последующего распада, тем дальше он успеет отлететь
179
от образца. Поэтому, помещая последовательно счетчик на разных расстояниях от образца и измеряя каждый раз число регистрируемых распадов, например, за 1 мин, можно определить относительное число дочерних ядер, просуществовавших в течение времени движения воздуха от препарата до счетчика. Тем самым задача сводится к обычному эксперименту по определению периода полураспада, в котором по существу тоже измеряется относительное число ядер, проживших то или иное время. Различие между этими двумя экспериментами заключается только в том, что при обычном определении T все ядра исследуемого вещества находятся в образце в начале эксперимента, тогда как в данном случае эти ядра непрерывно возникают в ходе самого эксперимента. Но это различие чисто внешнее, достаточно мысленно представить, что в эксперименте с трубой все ядра возникают в один и тот же момент времени, и тогда идентичность обеих методик измерений станет очевидной.
Аналогичный метод можно использовать и при работе на ускорителе. В этом случае мишень делают в виде вращающегося диска, на край которого падает пучок ускоренных частиц. Счетчик располагают у края диска на разных расстояниях от места попадания пучка. Частоту вращения диска подбирают так, чтобы практически за один оборот все возникшие радиоактивные ядра успевали распасться. При таких условиях время жизни ядер, распад которых регистрирует счетчик, определяется временем поворота диска от точки падения частиц до места расположения счетчика. Дальше все делается так же, как и в предыдущих экспериментах. Таким способом удается измерять периоды полураспада до сотых долей секунды.
