yavor2 (553175), страница 87
Текст из файла (страница 87)
В самом деле, согласно определению активности (81.5) можем написать следующие соотношения, относящиеся к моментам 1=0 и к настояшему моменту й Но по закону распада Ж (1) = Л~,е "'. Разделив почленно первое ра- 382 венство на второе, получим Я,!ф, = е", откуда определим искомое время й ! =- — !и — -' — -- 1,44Т !п --" . 5. Если эту методику применить к дерсвянным изделиям, которые находят при археологических раскопках, то, строго говоря, такам путем можно узнать, когда погибло или было срублено дерево, пз которого было сделано данное изделие. Тем самым будет определен и возраст найденного изделия. Рассмотрим пример. Пусть в найденнол! деревянном изделии на 1 г углерода клетчаткн приходится 350 импульсов, зарегистрированных счетчиком в течение 40 минут, т.
е. активность равна 350740 = = 8,75 распадов в минуту. По найденной формуле сразу определим возраст этого изделия: ! =- 1,44 Т !п — ", =- —, Т ! п 2 -"= Т = — 5570 лет. !7,8 1 8,78 !и в Таким путем уточнен возраст многих изделий, найденных при раскопках. $81.8. Экспериментальные методы изучения радиоактивных излучений и частиц 1.
Для изучсния различных свойств радиоактивных излучений (а- и !)-частиц, у-квантов), а также для исследования частиц в современной ядерной физике применяются различные методы, в основе которых лежат понизирующее и фотохимическое действии изучаемых частиц. Некоторые из них мы рассмотрим. Крукс обнаружил, что прн попадании а-частиц на флуоресцирующие вещества они вызывают слабые световые вспышки — так называемые сцпнтилляцни.
Было установлено, что каждая попавшая на такое вешество а-частица вызывает одну световую вспышку, и это может быть использовано для счета а-частиц. Однако непосредственный подсчет глазом числа вспышек труден и утомителен. В конце сороковых годов были построены сцинтиллщионные счетчики частиц. Такой счетчик состоит нз флуоресцирующего вещества, в котором частицы, обладающие достаточно большой энергией, вызывают сцинтилляционные вспышки. Каждая вспышка действует на фотокатод электронного умпожитсля и выбивает из него электроны.
Последние, проходя и каскадов умножителя, дают на выходе импульс тока, который затем подается на вход уси,чптеля и приводит в действие электромеханический счетчик импульсов. На осциллографе можно получить регистрирующую кривую, показывающую интенсивность отдельных импульсов.
Эта интенсивность пропорциональна энергии отдечьной сосчитанной частицы. Таким образом определяют не только число частиц, но и распределение их по энергиям. 888 На рис. 81.3 изображена схема сцинтилляциоиного счетчика. Для того чтобы большая часть света, возникшего в результате вспышки, доходила до фотокатода, между веществом и фотоэлектронным умножителем устанавливается светопровод — цилиндрический стержень из органического стекла люцита, внутри которого свет проходит, испытывая непрерывно полное внузреннее отражение, практически без потерь.
Элеивронныа умюжгэжгэ ~ 4'юл' жадюг Рис Я! 3. Рис. а!.4 2. Излучение Вавилова — Черенкова применяется для счета частиц и у-кван! ов (в последнем случае — по вторичным электронам, создаваемым у-квантами). Счетчики Черенкова применяются для счета частиц, двпкущихся в веществе со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной г ,г среде. В этом случае при движении каждой заряженной частицы возникает излучение Вавилова— Пучви Черенкова (~ 59.7). Фиксируя это лаглк~ч излучение, можно сосчитать пролетающие частицы. Схема счетчика Черенкова представлена на г рис. 81.4.
Заряженные частицы проникают вдоль оси в блок из люцита с показателем преломления п =- 1,5. Под характерным ! для эффекта Черенкова углом (соз8 =- — ) возникает излучение, (ив) л7 которое фокусируется сферической поверхностью люцитового корпуса 1 и отражается системой зеркал 2 на фотокатоды Л двух умножителей, помещенных вне траектории движущихся частиц.
Из-за специфических условий возникновения излучения Вавилова — Черенкова такими счетчиками могут быть сосчитаны (при а = 1,5) электроны с энергией выше 0,18 МэВ, протоны с энергией, превышаю!цей 320 МэВ, и у-кванты, создающие вторичные электроны достаточно высоких энергий. Поскольку счетчик Черенкова регистрирует направление излучения, он позволяет определить направление движения частицы, вызывающей излучение. Наблюдение излучения Вавилова — Черенкова под различными углами позволяет идентифицировать частицы по их скоростям и энергиям.
Счетчики Черенкова в настоящее вре- лилтвлю мя устанавливаются на искусственных спутниках Земли и космических кораблях для исследования космического излучения. Они сыграли большую роль в открытии двух элементарных частиц— антипротона и антинейтрона (й 83.7). 3.
На ионизирующем действии частиц, обладающих достаточно большой энергией, основано устройство ионизационных камер, служащих для наблюдения и регистрации частиц (5 48.2). Если энергия частиц, проходящих через газ, превышает энергию ионизации молекул газа, то такие частицы способны создавать первичные или вторичные ионы обоих знаков. Первичные ионы непосредственно создаются а- и р-лучами, вторичные — рентгеновскими или у-лучами. В последнем случае вначале под действием излучений возникают вторичные электроны (фотоионизация), а онн уже вызывают затем ионизацию молекул нли атомов газа.
Регистрация нейтронов основана на изучении процессов их взаимодействия йалтаи иаалтии с ядрами. Ф Число пар ионов, образую- и= щихся в газе в единицу вре- = Я мени, служит мерой интенсив- " г ! ности потока частиц или кван- Куси тов, вызвавших ионизацию. Число пар ионов может быть измерено, если образующиеся ионы направить электричес- Рнс З! 5.
ким полем к электродам и измерить при этом ток. При определенных условиях ионизационный ток пропорционален числу пар ионов, возникших в ! с. Другими словами, он пропорционален интенсивности потока частиц, вызвавших ионизацию. Такая пропорциональность наблюдается лишь в режиме тока насыщения (5 48.2), когда все ионы достигают электродов, а не исчезают вследствие рекомбинации или диффузии к стенкам. Устройства, работающие на этом принципе в режиме тока насыщения, называются ионизаиионными камерами. Принципиальная схема ионизацнонной камеры изображена на рис. 81.5. В зависимости от формы электродов 1 и 2 различают плоские, цилиндрические и сферические камеры.
К электроду 1 подается напряжение и порядка нескольких сот вольт. Электрод 2, называемый внутренним или собирающим, присоединяется к усилителю. Ионизационный ток измеряется по падению напряжения на высокоомном сопротивлении Й усилителем. 4. Устройства, работающие в режиме газового усиления, называются счетчиками (з 48.4). Наибольшее значение для счетчиков имеет область газового разряда, называемая областью равных импульсов илн областью Гейгера (по имени Гейгера, которыи в 1928 г. вместе с Мюллером впервые использовал эту область газового разряда для подсчета электронов). Область Гейгера характеризуется сильным разрядом, вызванным столкновениями, большой ролью 13 в. М.
Янорсннй, А. А. Пннсннй, с й звг ультрафиолетового свечения разряда, которое выбивает фотоэлектроны из молекул и атомов газа, а также из стенок разрядной трубки. В области Гейгера ионизационный ток не зависит от числа первичных ионов, образованных каждой ионизируюшей частицей, первоначально попавшей в счетчик. Устройство счетчика Гейгера— Мюллера рассмотрено в 9 48.4. 5. Большое значение для исследования элементарных частиц сыграла камера Вильсона, разработанная Вильсоном в 1911 — 1912 гг. Принцип работы и устройство камеры Вильсона рассмотрены в 9 36.9. По предложению Д.В. Скобельцына, камеру Вильсона обычно помещают в сильное однородное магнитное поле (мепюд Вильсона— Скобельцына).
Заряженные частицы испытывают в таком поле действие силы Лоренца, и их траектории искривляются Ц 41.2). По радиусу кривизны траектории и по известной скорости частицы может быть определен ее удельный заряд. Наоборот, при известном значении удельного заряда по величине радиуса кривизны определяют скорость и энергию частицы. 6. След пролетающей ионизирующей частицы можно также сделать видимым в перегретой жидкости (см. 9 36.10), закипающей при резком уменьшении ее давления. Центрами интенсивного парообразования, приводящего к появлению цепочки пузырьков пара, являются ионы, образующиеся вдоль траектории заряженной частицы.
Этот принцип осуществлен в пузырьковой камере, предложенной в 1952 г. Глезером. В качестве рабочих жидкостей (наполнителей) в ией применяют жидкий водород, пропан С,Н, и другие легко кипящие жидкости (главным образом фреоны). Преимуществом пузырьковой камеры перед камерой Вильсона являетсязначительно большая (примерно в 10' раз) плотность вещества наполнителя.
Это позволяет применять ее для регистрации частиц очень больших энергий, которые тормозятся в пузырьковой камере на отрезках в тысячи раз меньших, чем в камере Вильсона. Если в камере Вильсона можно сфотографировать лишь малый участок траектории очень быстрой частицы, то зафиксированный в пузырьковой камере след частицы соответствует в тысячи раз большему отрезку траектории в камере Вильсона. 7. Последним из экспериментальных методов, па котором мы остановимся, является метод толстослойных, или ядерных, фотовмульсий, разработанньи Л. В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
