Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 101
Текст из файла (страница 101)
384. Схема установки для регистрацяи радиоактивных излучений с помощью газоразрядного счетчика: 1 — газаразрядный счетчик, 2 — усишюель, 3 — электромагнитный нумератор, Л ! й)Ом. Пусть где-либо в объеме счетчика образовался свободный медленный электрон (например, в результате иониаации газа под действием быстрой частицы, пролетающей через счетчик). Этот электрон будет двигаться к полож~зтельно заряженной нити и в области сильного поля вблн. зи нити начнет ионизовать атомы газа. Электроны — продукты нонизации — ускоряются полем и в свою очередь производят ионнзацню, давая начало новым и новым электронам и новой ионизацни*).
Числа нонизованных атомов лавинообразно нарастает — в газе счстчика в с п ы х и в а е т электрический разряд. Образующиеся пРи разряде электроны очень скоро собираются на нити, тогда как тяжелые ') Полозкнтельные ионы приобретают в электрическом поле счет- шка такую зке энергию, как и электроны, но благодаря много большей э~ассе скорость пх настолько мала, что иониэующим действием поло>кительных ионов можно практически пренебречь, 523 и потому малоподвижные ионы медленно движутся к цилиндру. Накопление электронов на нити снижает ее положительный заряд и все более н более уменьшает напряженность электрического поля у нити (рнс. 385, б).
с!ерез короткое время (порядка микросекунды, т. е. миллионной доли секунды) поле ослабляется настолько, что уже не сообщает электронам нужной для ионнзации скорости. Ионизация прекращается, и начавшийся разряд о б р ы в а е т с я. В) Рис. 385. К механизму работы газоразрядного счетчика частиц (У вЂ” цилиндр счетчика, 2 — нить, диаметр которой преувеличен): а) Счетчик заряжен до рабо чей разности потенциалов, прн которой прохозкдение заряженной частицы через счетчик вызывает в ием вспышку газового разряда. Изображены зинин электрического поля в счетчике. Густота линий, т. е. иапряженносгь электрического поля, наибольшая у нити; б) поле в счетчике в момент самогашения разряда.
Электроны, образованные при ионизация газа, собрались на нити и кол«пенсируют часть ее положительного заряда. Положительные ионы продолжают двигаться к иилиндру. Поле у нити ослаблено; в) поле в счетчике, не присоединенном к батарее, после того как разряд погас и положительные ионы дошли до цилиндра. Если счетчик не подключен к батарее, то после разряда электрическое поле в нем остается ослабленным, и новый разряд невозможен (рис. 385, в). В обычно же употребляемых схемах включения (рис. 383 н 384) поле в счетчике быстро восстанавливается за счет притока зарядов от батареи, к которой счетчик подключен через сопротивление )с. Счетчик оказывается с н а в а г о т о в ы м к действию уже через 100— 200 мкс после вспышки разряда.
Отметим, что быстрое гашение разряда происходит только при специальном подборе газового заполнения счетчика и прн не слишком большом напряжении на нем. При чрезмерном повышении напряжения в счетчике возникает негаснущий разряд, состоящий из непрерывно сле. дующих друг за др)шом вспышек описанного выше типа.
Повторение вспышек разряда вызывается электронами, которые выбиваются из цилиндра счетчика при попадании на него положительных ионов. В счетчике Гейгера — Л1юллера амплитуда и длительность импульса тока, развивавшегося в результате лавинного процесса в газе, не зависит от природы и энергии регистрируемой заряженной частицы «поджигающей» счетчик (т.
е, вызывающей этот лавинный процесс). Можно выбрать и другой режим работы газоразрядного прибора — так называемый пропорциональный режим. Если уменьшить напряжение, приложенное к счетчику, так чтобы лавннный процесс ие развивался очень сильно и не переходил в разряд, то число пар ионов в этой «ограниченной 524 лавинеэ будет пропорционально начальной ионнзацни, Такие пропорЧиолильнме счешчили могут не только регистрировать отдельные частицы, но и измерять вызываемую имн нонизацню (т.
е, энергетические потери частицы в газе), что очень важно для идентификации частиц. В последнее время широкое распространение получили так называемые полупроводниковые детекторы Такой детектор по существу представляет собой ноннзацнонную камеру (рис. 376), в которой воздух заменен полупроводником.
Использование кремния нлн германия, соотаетств)тощим образом обработанных, позволяет снизить темновой ток (ток в отсутствие ноннзующего излучения) до приемлемых для регистрации нопнзующего излучения значений величин. Преимуществом полупроводниковых детекторов является то, что, благодаря большой плотности вещества этим счетчиков, в ннх может быть поглощена большая часть энергии нонпзующнх излучений.
В 214. Природа радиоактивного излучения. 1, у-излучение. По своим свойствам у-излучение подобно рентгеновскому излучению. Как и рентгеновское излучение, оно ионизует воздух, действует на фотопластинку н не отклоняется магнитным полем. Прн прохождении через кристаллы у-излучение, подобно рентгеновскому, обнаруживает дифракцню. Оба вида излучения тем сильнее поглощаются экранами, чем больше атомный номер вещества экрана. По проникающей способности у-излучение некоторых радиоактивных веществ значительно превосходит рентгеновское излучение, используемое в медицине и технике, Но проникающая способность (пли, как говорят, ж е с тк о с т ь) рентгеновского излучения возрастает с увеличением напряжения, ускоряющего электроны.
При торможении электронов, ускоренных напряжением в несколько миллионов вольт, образуется рентгеновское излучение, уже не уступающее по проникающей способности наиболее жесткому излучению. Совпадение всех свойств у-излучения н жесткого рентгеновского излучения доказывает нх одинаковую природу. Из предыдущего мы знаем, что рентгеновское излучение является коротковолновым электромагнитным излучением. Следовательно, у-излучение также представляет собой э л е к т р о м а г н н т н ы е в о л н ы, отличающиеся очень малой длиной волны и, следовательно, очень большой энергией квантов *).
Как и другие электромагнитные излучения, у-излученпе распространяется со скоростью света, равной 300000 км/с. у-излучение и рентгеновское нзлуче- ') Напомним, что энергия кванта (р' связана с частотой пзл) ченвя т н с длиной волны й соотношеанямн )у/=йт=йс))„ где )~ — постоянная Планка, с — скорость света в вакууме. 525 ние равной длины волны, кроме с и о с о б а и о л у ч ен и я, ничем друг от друга не отличаются. Как показывают измерения, энергия квантов у-излучения различна у различных радиоактивных веществ: наблюдаются у-кванты с энергией от десятка килоэлектронвольт (кэВ) до нескольких мегаэлектронвольт (МэВ); этому соответствует длина волны от 10 " до 10 "м.
2. а- а (1-часппа(ы. Для установления природы а- и ))-частиц существенно измерить заряд и массу отдельной частицы. Измерение заряда в принципе весьма просто. Нужно независимо измерить заряд (',), переносимый пучком частиц за определенное время, и сосчи!! тать число частиц У, пропев !' — а !) — Я тающих за то же время. Оче! !! ! ! видно, заряд одной частицы и) Рис. 386. Схема опьпа по измерению заряда а- и ()-частиц! и) Измерение заряда, переносимого пучком частиц; б) счет числа проходящих частиц. 1 — радиоактивный источник, 2 — диафрагма, 3 — собирающий цилиндр, 4 — злектрометр, 5— счетчик частиц 526 й) Опыт по измерению варила аили Р-частиц может быть поставлен следующим образом (рис.
386, а). РаФ диоактивный препарат 1, испускающий с постоянной интенсивностью а- или р-частицы, устанавливается перед диафрагмой 2, отверстие ко. тороп вырезает узкий пучок часящ. Все частицы, прошедпще через отверстие, улавлива!отса полым металлическим цвлиндрол! 3, присоединенным к чувствительиол!у электромет. ру. По отклонению злектрометра определ!пот заряд, внесенный пучком внутрь цилиндра. Далее, не изменяя положения препарата и диафрагмы, заменяют злектрометр в цилиндр счетчиком частиц 5 (рис. 386, 6) и сосчитыва!от шсло частиц, проходящих через отверстие диафрагмы за время, равное времени измерения заряда.
Для счета частиц в атом опыте могут бы!и примененысчетчиксцинтнлляций илв газоразрядн ы й счетчик, описанные в предыдущем параграфе. Опытами подобного рода было установлено, что а-частицы несут положительный заряд, равный двум элементарным зарядам.
Заряд ()-частиц оказался равнылг однолгу элементарному отрицательному заряду. Измерение массы а- и ()-частиц оказывается задачей несколько более сложной, чем измерение массы ионов (см. 3 198), так как скорость этих частиц неизвестна. Для частиц с неизвестной скоростью опыт по отклоиеншо в магнитном поле не позволяет определить и массу и скорость, но дает лишь некоторое соотношение между ними. Другое такое соотношение может быть получено, если произвести дополнительный опыт по отклонению частицы в э л е к т р и ч ес к о м п о л е.
располагая двумя соотношениями, связывающими массу и скорость частицы, нетрудно определить каждую из этих величин в отдельности. Опыт по о д н а в р е и е н н о и у о п р с д е л е н и ю ьг а с с ы и с к о р о с т н зарямгенных частиц может быть поставлен следующим образом (рпс.
387). Пучок частиц от радиоактивного источника 7 попадает в узкий зазор между пластннамн конденсатора у, изогнутыми по дуге окружности радиуса р. Сквозь зазор, в котором деисгвует электрическое поле Е, пройдут только те частицы, масса н скорость которых таковы, что под действием этого поля их траектория будет окружностыа Рис. 387. Схема одновременного измерения скорости и массы заряженных частиц; ! — радиоактивный препарат; 2 — экран со щелью; 3 — конденсатор; 4 — диафрагма со щелью; 5 — фотопластинка; б — полюс магнита. Весь прибор помещен в эвакуированный сосуд, не указанный па рисунке радиуса р. Лля этих частиц необходимое центростремительное ускорение оз)р создает электрическая сила дЕ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
