Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Оказывается, первым исчезает след а-частиц. сс-частицы полностью поглощаются уже листом бумаги толщины около О,! мм (рис. 377, в; 378, а). Поток р-частиц постепенно ослабляется с увеличением толщины экрана и поглощается полностью при толщине алюминиевого экрана в несколько миллиметров (рис. 378, б). Наиболее проникающим является у-излучение. Слой алюминия толщины ! см почти не ослабляет интенсивности у-излучения. 5)У Вещества с большим атомным номером Обладают значительно ббльшим поглощающим действием для у-нзлучения; в этом отношении у-излучение сходно с рентгеновским. Так, 1 см свинца (3=82) ослабляет пучок у-излучения примерно в два раза (рис.
378, в). Различие в свойствах а-, ()- и у-излучений наглядно проявляется в так называемой камере Вильсона — приборе для наблюдения путей быстрых заряженных частиц. Камера Вильсона (рис. 379) представляет собой стеклянный о) зь Рис. 379. Камера Вильсона (упрощенная схема): ! — стеклянный цилиндр, 2 — поршень, о — осветитель, 4 — фотоаппарат.
Воздух над поршнем насыщен парам воды цилиндр 1 со стеклянной крышкой, в котором может перемещаться поршень 2. Объем цилиндра над поршнем заполнен воздухом, насыщенным паром воды (или спирта). При резком опускании поршня воздух в камере охлаждаегся вследствие быстрого расширения.
Пар воды становится и е р е с ы щ е н н ы м, т, е. создаются условия для конденсации пара на ядрах конденсации (см. том 1, 9 300). В качестве ядер конденсации могут служить продукты ионизации воздуха. Ионы поляризуют молекулы воды н притягивают их к себе, облегчая этим конденсацию. Ядрами конденсации могут служить также частички пыли, но при работе с камерой Вильсона воздух в ней тщательно очищают.
Пусть пар в камере находится в состоянии п е р е с ыце н и я. Быстрая заряженная частица, пролетая через камеру, оставляет на своем пути цепочку ионов. На каждом ионе оседает капелька, и траектория частицы становится видимой в виде т у м а н н о г о с л е д а. Освещая туманные следы сбоку сильной лампой 3 (рис. 379), можно строто51в графировать их через прозрачную крышку камеры. Такие фотографии изображены на рис.
380 и 381. С помощью этого замечательного метода мы имеем возможность наблюдать траекторию полета (след) одной-единственной Рис. 330. Следы и- и ))-чэстид н кемере Вильсона. "1эстнцы испускэются рэдиоэктнвпым препэрэтом, помещенным в нижней чести кэмеры: а) а-чэстнцы камера вмэгнитпом поле 4,3 Тл, пэпрэвленном перпендикулярно плосиости рисунки от пэс; 0) й-чэсмщы: лгэгннтное поле 0,0215 Тл направлено нэ нэс а- или р-частицы. Туманные следы существуют в камере недолго, так как воздух нагревается, получая тепло от стенок камеры, и капли испаряются. Чтобы получить новые следы, необходимо удалить имеющиеся ионы с помощью электрического поля, сжать воздух поршнем. выждать.
пока воздух в камере, нагревшийся при сжатии, охладится, и произвести новое расширение. Ценность камеры Вильсона как физического прибора значительно возрастает, если поместить ее в магнитное поле, как это сделалн советскис физики Петр .,1!еонидовпч Капица (1894 — !984) и Дмитрий Владимирович Скобельцын (р. 1892). Магнитное поле искривляет траектории частиц (рис. 380).
Направление изгиба следа позволяет 519 судить о знаке заряда частицы; измерив радиус траектории, можно определить скорость частицы, если известны ее масса и заряд 1см, й 198). Длина следов а-частиц в воздухе при атмосферном давлении составляет около 5 см и много меньше длины следов 2 Рис. 38П Фотография следов в камере Вильсона, пюмещеиной в магнитное поле и облучаемой т-излучением.
Виерку — расположение источника: 1 — радиоактивный препарат, 2 — свинцовый экрая с щелью, у — пучок у-излучения. б о л ь ш и н с т в а р-частиц. Следы и-частиц гораздо жирнее следов р-частигь что свидетельствует о меньшей ионизукпцсй способности последних. На рис. 381 представлена камера Вильсона, помещенная в магнитное поле и облучаемая источником у-излучения. Пучки у-излучения не отклоняются магнитным полем, и их траектории в камере должны представлять собой прямые линии, исходящие из источника. Таких прямолинейных следов на фотографии нет.
Следовательно, у-излучение не оставляет на своем пути непрерывной цепочки ионизованных атомов. Действие у-излучения на вещество сводится к редкому выбиванию из атомов электронов, которым за счет энергии у-квантов сообщается болыпая скорость; эти электроны затем производят ионизацию атомов среды. Траектории таких электронов, изогнутые магнитным полем, видны па рис. 381. Большинство электронов исходит из стенок камеры. Отметим в заключение, что большинство радиоактивных веществ излучает только один род частиц — либо а-частицы, либо !3-частицы. Испускаиие частиц часто (но не всегда) сопровождается испусканием у-излучения. $ 213.
Способы регистрации заряженных частиц. В развитии знаний о «микромире», в частности в изучении явлений радиоактивности, исключительную роль сыграли приборы, позволяющие регистрировать ничтожное действие о дн о й-е д и н с т в е н н о й частицы атомных размеров. Одним из таких замечательных приборов является к а м е р а В и л ь с о н а, делающая видимыми траектории отдельных быстродвижущихся заряженных частиц (8 212). Другой прибор этого рода, с примитивной форзюй которого мы познакомились в й 203, это — так называемый счетчик спинтилляций. При бомбардировке некоторых люмпнесцирующих веществ (сернистый цинк, нафталин и др.) быстрыми заряженными частицами наблюдается, что заметная доля энергии тормозящихся в них заряженных частиц превращается в видимый свет: попадание быстрой заряженной частицы на слой такого вещества вызывает кратковременную вспышку света, называемую сиинтилляцией. Яркость вспышки особенно велика в случае а-частиц, так как с«-частица тормозится на пути длины менее О,1 мм, и выделяющаяся световая энергия оказывается сосредоточенной в ничтожном объеме.
Сцинтилляции, вызываемые и-частицами в экране из сернистого цинка, могут быть обнаружены глазом. Простейший прибор, служащий для этой цели,— с п и н т а р и ск о п — изображен на рис. 382. Однако визуальный (при помощи глаза) способ наблюдения сцинтилляций крайне 52! утомителен. В настоящее время для счета сцинтилляций пользуются особо чувствительными фотоэлементами (см. $ 185) — так называемыми (ооптозлекагронными умнозкителяхги, изобретенными советским физиком Л. А. Кубецким.
Сцинтилляции, производимые р- и у-частицами, гораздо слабее свечения, вызываемого а-частицами; они недоступны глазу, и регистрация их производится только с помощью фотоэлектронных умножителей *). Очень распространенным прибором для регистрации отдельных заряженных частиц является газоразрндный счгтчик Гейгера — гИюллгра.
Газо- разрядный счетчик (рис. 383) представляет собой металлический цилиндр 2, по оси которого натянута тонкая проволока 1, изолированная от цилиндра. Цилиндр заполняется специальной смесью газов (напри- и) й) мер, аргон+ пары спирта) до Рис. 382. Спинтарископ в рзз- давления 100 — 200 мм рт, ст.
резв (о) и внешний внд (б). ) — На нить подается положнтельвголкз, ня конце которой нзхо- ный потенциал порядка 1000 В днтся крупинке радия, 2 — экран нз сернистого цинка, 3 — относительно цилиндра, лупе Прохождение каждой ио- низующей частицы через счетчик вызывает в нем кратковременную вспышку газового разряда. При этом по цепи счетчика проходит кратковременный импульс тока. Если сопротивление )с достаточно нелико ( 1000 й(Ом), то потенциал нити сохраняется они;пенным в течение нескольких миллисекунд, и этот импульс можно обнаружить по отбросу чувствительного электрометра 4. На практике импульс тока, вызванный прохождением заряженной частицы через счетчик, усиливают транзисторным или электронно-ламповым усилителем и регистрируют по передвижению стрелки присоединенного к усилителю ') Детекторы чзстнц, состоящие из слоев лютеинвсцнруюшего веществе и фотоумножителей, могут регистрировать одиночиье зарязхепные частицы. Такие приборы — снонянылякоонные счетчохп — получили очень шврокое распространение.
Современные экспериментзльпые устзновки включзют в себя сотни и даже тысячи таких сциитилляцпоьпых счетчиков (см, гл, ХХЧ(). Рис. 383. Газоразрядный счетчик; 1 — анод счетчика (тонкая нить), 2 — катод (металлический цилинлр), 3 — изоляторы, 4 — электрометр для регистрации разрядов в счетчике. При разряде на нити счетчика скапдпваются электроны и потенциал ее снижается. По оковчании Разряда потенциал нити восстанавливается благодаря притоку зарядов от батареи через сопротивление электромагнитного нумератора (рис. 384) или с помощью электронного цифрового индикатора. Рассмотрим подробнее механизм действия газоразрядного счетчика. Счетчик представляет собой два коаксиальных цилиндра, и потому электрическое поле в иелз неоднородно (см. том ! 1, й 30).
Напряженность электрического поля достигает наибольшей величины у нити и быстро спадает при удалении от нее (рнс. 385, а). При разности потенциалов около 1000 В напрямсенность электрического поля вблизи нити оказывается достаточно большой, чтобы сообщать медленным электронам ско. рость, необходимую для иониэации газа. Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
