Как регистрируют частицы - Боровой А.А.
Скачать (прямая ссылка):
158
ными там описаниями проектов двух детекторов. Первый — оптический. В океане на глубине 5 км расположен детектор объемом в 1 X 1 км3 (109 т). Это кубическая решетка, имеющая шаг около 15—20 м. В узлах решетки крепятся фотоумножители. Предполагают, что детектор можно будет смонтировать в океанской долине недалеко от Гавайских островов. Как обнаруживают полезное событие в такой установке? Нейтрино сверхвысокой энергии должно передать значительную часть зтой энергии другим частицам. Те в свою очередь сталкиваются с ядрами, электронами, рождают пары и излучают фотоны. Так образуется ядерно-электромагнитный ливень. Все множество вторичных частиц несется по направлению движения первичной частицы. При этом быстрые электроны, присутствующие в ливне, испускают черенковское излучение. Его и регистрируют фотоумножители. По тому, с каких ФЭУ поступили сигналы и какой они величины, можно получить информацию и об энергии нейтрино, и о месте возникновения ливня, и о направлении его распространения. Все зто поможет и выделить полезные события среди других. Как ни велика толща воды над детектором, все же сюда могут проникнуть мюоны огромных энергий.
Другой метод регистрации v очень больших энергий, совершенно необычный, предложили Г. А. Аскарьян и Б. А. Долгошеин. Они решили, что нейтрино можно не только «увидеть» (с помощью ФЭУ), но и «услышать». Точнее, услышать звук от ливня заряженных частиц, образовавшегося под действием нейтрино. Большое выделение энергии в ливне приводит к мгновенному местному разогреву воды, возрастанию ее объема и распространению в глубине океана звуковых волн. Если свет, по оценкам ученых, поглощается в морской воде на расстоянии нескольких десятков метров, то звук проходит дальше. И вот, в одном из проектов предполагается создать в океане установку, содержащую сто тысяч чувствительных гидрофонов, расположенных в виде кубической решетки. Расстояние между соседними гидрофонами 100 м. Размеры детектора 10 X 10 X 1 км3 (глубина). Тогда его масса в сто раз превзойдет черенковский детектор и составит 1011 т, так что за год можно надеяться «услышать» тысячу нейтрино с энергией, большей 1016 зВ. При каждом событии, в среднем, будет срабатывать 50 гидрофонов. Звуковая регистрация позволяет определять энергию V (сила
159
звука пропорциональна знерговыделению в ливне), место возникновения ливня и направление движения нейтрино.
Длительность импульса звука чрезвычайно мала и зто (гоже поможет выделить его среди других шумов моря.
В каком виде предстанет окончательная установка ДЮМАНД, какие интересные сведения о нейтрино и о Вселенной удастся получить с помощью этого проекта — дело будущего. Будем надеяться, не очень отдаленного.
6.3. Практика и нейтрино
Самые различные специальности уже «освоили» и продолжают «осваивать» элементарные частицы. Мы давно привыкли к тому, что область применения ядерной физики стала почти необъятной. Начиная от огромных электростанций и кончая криминалистикой или проблемой искусственного сердца. А нейтрино, одна из немногочисленных стабильных частиц (кроме нее, не распадаются: электрон, протон, гамма-квант и их античастицы), совсем не подходит для практических нужд. Природа создала на этом пути барьер — ничтожную вероятность взаимодействия v с веществом. Барьер, который долгие годы казался непреодолимым. Конечно, работа над созданием нейтринных детекторов была полезна для других разделов физики или техники — достаточно вспомнить жидкие сцинтилляторы большого объема и проблему определения радиоактивности человека. Но все это были лишь косвенные заслуги. Только в самые последние годы родились идеи, благодаря которым «недостатки» нейтрино могли перейти в «достоинства». Перевоплощение, которое встречается не только в мире элементарных частиц.
Мы поговорим только об одном из проектов. Он связан с проблемами атомной энергетики. Слова «атомная энергетика» всем теперь знакомы и привычны. Трудно себе представить, что лишь несколько десятилетий отделяют нас от того дня, когда физики впервые стали размышлять о возможности преобразования энергии деления урана в тепловую и электрическую энергию. Как правило, новое дело вызывает у многих сомнения, а часто и сопротивление. Так было и на этот раз.
«Еще в 1948 г. при решении урановой проблемы возникали идеи развития атомной энергетики. В те времена рта идея встречала в лучшем случае улыбки. Считалось, «то это «развлечение» ученых, которое никогда не будет
160
иметь практического смысла»,— вспоминал академик А. П. Александров. И тем не менее, Игорь Васильевич Курчатов, его сотрудники и его ученики верили, что мирный атом необходим людям и доказали свою правоту. Первая атомная электростанция (АЭС), совсем небольшой мощности — 50 тысяч киловатт, начала работать летом 1954 г. Ее построили недалеко от Москвы в городе Обнинске. Шли годы и новый источник энергии вавоевывал все большее признание. Сейчас уже сотни АЭС, мощность каждой некоторых исчисляется сотнями и тысячами мегаватт, работают в мире.
Новая отрасль энергетики требует от ученых и инженеров возможно более полного знания того, как происходит выработка энергии, что делается внутри атомного реактора. Ведь чем полнее и точнее эти данные, тем экономнее можно расходовать дорогое ядерное топливо, тем дешевле и надежнее можно сконструировать реактор. А как все это узнать? Как взглянуть внутрь аппарата, где властвуют огромные радиоактивности, высокая температура и, часто, высокое давление? Разработаны и используются самые разные детекторы. Они регистрируют излучение, но должны быть расположены вблизи активной воны реактора — зоны, в которой и происходит цепная реакция деления. Потому что дальше все частицы поглощаются в специальной защите — ведь надо остеновить «ядерный огонь». Все частицы, кроме нейтрино. Оно свободно про-пикает через защиту и, как показали советские физики, несет интересную информацию о том, что происходит в активной зоне. Детектор, расположенный в нескольких десятках метров от нее, будет видеть внутренность реактора в «нейтринном свете».
