Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 134
Текст из файла (страница 134)
Мессбауэр (Нобелевская премия !961 г.). Он исследовал излучение н поглощение у-излучения в ядрах, находящнхсн в кристаллической решетке, т. е. в связанном состоянии (опыты проводились при низкой температуре). В данном случае импульс и энергия отдачи передаются не одному ядру, излучающему (поглошающему) у-квант, а всей кристаллической решетке в целом.
Так как кристалл обладает гораздо большей массой по сравнению с массой отдельного ядра, то в соответствия с формулой (260.1) потери энергии на отдачу становятся исчезающе малы»чн. Поэтому процессы излучения и поглощения у-излучення происходят практически без потерь энергия (ндеально упруго). Явление упругого испускания (поглощения) у-квантов атомными ядрами, связанными в твердом теле, не сопровождающееся изменением внутренней энергии тела, называется эффектом Мессбауэра. При рассмотренных условиях линии излучения и поглощения у-язлучення практически совпадают и имеют весьма малую ширину, равную естественной ширине Г.
Эффект Мессбауэра был открыт на глубоко охлажденном „1г (с понижением темпе>9> ратуры колебания решетки «замораживаются»), а впоследствии обнаружен более Л21 1' л з и и З2 '.лсчспты Чю ш«и зточшио яира чем на 20 стабильных изотопах (например, агре, зтбп ит.д.). Мессбауэр вооружил экспериментальную физику новым методом измерений невиданной прежде точности.
Эффект Мессбауэра позволяет измерять энергии (частоты) излучения с относительной точностью Г/Е= !О '«вЂ : 10 '", поэтому' во многих областях науки и техники может служить тончайшим «инструментом» различного рода измерений. Появилась возможность измерять тончайшие детали у-линий, внутренние магнитные и электрические полн в твердых телах и т. д. Внешнее воздействие (иапример, хе«манов. схое расщепление ядерных уровней или смешение энергии фотонов при движении в поле тяжести) может привести к очень малому смешению либо линии поглощения, либо линии излучения, иными словами, привести к ослабле. иию или исчезновению эффекта Мессбаузра. Зто смещение, следовательно, может быть зафиксировано.
Подобным образом в лабораторных уславинх был обнаружен (1960) такой тончайший эффект, как «гравитационное красное смещение», предсказаииыи обшей теориеа относительности Эйнштейна. 5 2В1. Методы наблюдении и ре~истрации радиоактивных излучений и чагтиц Практически все методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений (а,(), у) и частиц основаны на их способности производить ионизацию и возбуждение атомов среды. Заряженные частицы вызывают эти процессы непосредственно, а у-кванты и нейтроны обнаруживаются по ионизации, вызываемой возникающими в результате их взаимодействия с электронами и ядрами атомов среды быстрыми заряженными частицами.
Вторичные эффекты, сопровождающие рассмотренные процессы, такие, как вспышка света, электрический ток, потемнение фотопластинки, позволяют регистрировать пролетающие частицы, считать их, отличать друг от друга и измерять их энергию. Приборы, применяемые для регистрации радиоактивных излучений и частиц, делятся на две группы: 1) приборы, позволяющие регистрировать прохождение частицы через определенный участок пространства и в неноторых случаях определять ее характеристики, например энергию (сцинтилляционный счетчик, черенковский счетчик, импульсная ионизационная камера, газоразрядный счетчик, полупроводниковый счетчик); 2) приборы, позволяющие наблюдать, например фотографировать, следы (треки) частиц в веществе (камера Вильсона, диффузионная камера, пузырьковая каме' ра, ядерные фотоэмульсии).
1. Сцннтилляционный счетчик. Наблюдение сцинтилляцнй — вспышек света при попадании быстрых частиц на флуоресцирующий экран — первый метод, позволивший У. Круксу" и 3. Резерфорду на заре ядерной физики (1903) визуально регистрировать сх-частицы. Сцинтилляциониый счетчик — детектор ядерных частиц, основными элементами которого являются сцинтиллятор (крнсталлофосфор) (см. 9245) и фотоэлектронный умножитель (см 4 105), почнпляющий преобразовывать слабые световые вспышки в электрические импульсы, регистрируемые электронной аппаратурой. Обычно в качестве сцинтилляторов используют кристаллы некоторых неорганических (2пЬ для а-частиц; (х(а1-Т1, Сь!-Т!— для б-частиц и у-кнантов) или органических (антрацен, пластмассы — для у-квантов) веществ.
Сцннтилляционныс счетчики обладают высоким разрешением по времени (10 "— 1О з с), определяемым родом регистрируемых частиц, сцинтиллятором и разрешающим временем используемой электронной аппаратуры (оио доведено сейчас до !0 ' — !0 ю с). Для этого типа счетчиков эффективность регистрации— отношение числа зарегистрированных частиц к полному числу частиц, пролетевших в счетчике, примерно 100 ~б длн заряженных частиц и 30 ой для у-квантов.
Так как для многих сцинтилляторов (Ха|-Т1, Сз!-Т1, антрацен, стильбен) " У. Крупе (!832. †19) — английский физик и химик. нн нс4п ы фнзннн н ~онн4н 4 елин и знсн снз 3! ни 4 нн. гн ~ интенсивность световой вспышки в широком интервале энергий пропорциональна энергии первичной частицы, то счетчики на данных сцинтилляторах применяются для измерения энергии регистрируемых частиц. 2. Черенковский счетчик.
Принцип его работы и свойства излучения Вавнлова— Черенкова, лежащие в основе работы счетчика, рассмотрены в $189. Назначение черенковских счетчиков — это измерение энергии частиц, движущихся в веществе со скоростью, превышающей фазовую ско. рость света в данной среде, и разделение этих частиц по массам. Зная угол испускания излучения (см. (189.1)), можно определить скорость частицы, что при известной массе частицы равносильно определению ее энергии. С другой стороны, если масса частицы не известна, то она может быть определена по независимому измерению энергии частицы.
Кроме того, при наличии двух пучков частиц с разными скоростямн будут различными и углы испускания излучений, по которым можно искомые частицы определить. Для черенковских счетчиков разрешение по скоростям (иными словами, по энергиям) составляет 1О ' †'. Это позволяет отделять элементарные частицы друг от друга при энергиях порядка 10 ГэВ, когда углы испускания излучения различаются очень мало, Времн разрешения счетчиков достигает 10 ' с. Счетчики Черенкова устанавливаются на космических кораблях для исследования космического излучения. 3.
Импульсная иоиизациониая камера — это детектор частиц, действие которого основано на способности заряженных частиц вызывать ионизацию газа. Ионизационная камера представляет собой электрический конденсатор, заполненный га. зом, к электродам которого подается постоянное напряжение. Регистрируемая частица, попадая в пространство между электродами, нонизует газ. Напряжение подбирается так, чтобы все образовавшиеся ионы, с одной стороны, доходили до электродов, не успев рекомбннировать, а с другой — не разгонялись настолько " Э. Мюллер физик. (19!! †!977) — немецкий сильно, чтобы производить вторичную ионизацию. Следовательно, в ионизационной камере на ее электродах непосред. ственно собираются ионы, возникшие под действием заряженных частиц.
Ионизационные камеры бывают двух типов: интегрирующие (в них измеряется суммарный ионизационный ток) и импульсные, являющиеся, по существу, счетчиками (в них регистрируется прохождение одиночной частицы и измеряется ее энергия, правда, с довольно низкой точностью, обусловленной малостью выходного импульса). 4. Газоразрядный счетчик. Газоразрядный счетчик обычно выполняется в виде наполненного газом металлического цилиндра (катод) с тонкой проволокой (анод), натянутой по его оси.
Хотя газо- разрядные счетчики конструктивно похожи на ионизационную камеру, однако в них основную роль играет вторичная ионизация, обусловленная столкновениями первичных ионов с атомами и молекулами газа и стенок. Можно говорить о двух типах газоразрядных счетчиков: пропорциональных (в ннх газовый разряд несамостоятельный (см.
$!06), т. е. гаснет при прекращении действия внешнего ионизатора) и счетчиках Гейгера — Мюллера ' (в них разряд самостоятельный (см. $107), т. е. поддерживается после прекращения действия внешнего ионизатора). В пропорциональных счетчиках рабочее напряжение выбирается так, чтобы они работали в области вольт-амперной характеристики, соответствующей несамостоятельному разряду, в которой выходной импульс пропорционален первичной ионизации, т.е, энергии влетевшей в счетчик частицы. Поэтому они не только регистрируют частицу, но и измеряют ее энергию. В пропорциональных счетчиках импульсы, вызываемые отдельными частицами, усиливаются в ! 0' — 104 раз (иногда и в !О'раз).
Счетчик Гейгера — Мюллера по конструкции и принципу действия существеи- Г л а а а 32. Ззечентн физики атомного ядра 423 но не отличается от пропорционального счетчика, но работает в области вольтамперной характеристики, соответствующей самостоятельному разряду (см. $ 107), когда выходной импульс не зависит от первичной ионизации.
Счетчики Гейгера — Мюллера регистрируют частицу без измерения ее энергии. Коэффици. ент усиления этих счетчиков составля. ет 1О'. Для регистрации раздельных импульсов возникший разряд следует гасить. Для этого, например, последовательно с нитью включается такое сопротивление, чтобы возникший в счетчике разряд вызывал на сопротивлении падение напряжения, достаточное для прерывания разряда. Временнбе разрешение счетчиков Гейгера — Мюллера составляет !О ' — !О 'с. Для газоразрядных счетчиков эффективность регистрации равна примерно 100 Я для заряженных частиц и примеряо5 о' для у-квантов.
5. Полупроводниковый счетчик — это детектор частиц, основным элементом которого является полупроводниковый диод (см. 9 250) . Время разрешения составляет примерно 10 ' с. Полупроводниковые счетчики обладают высокой надежностью, могут работать в магнитных полях. Малая толщина рабочей области (порядка сотни микрометров) полупроводниковых счетчиков не позволяет применять их для измерения высокоэнергетических частиц. 6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
