Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

Счетчик Гейгера - служит для подсчета количества радиоактивных  частиц ( в основном электронов). Это стеклянная трубка, заполненная газом (аргоном),  с двумя электродами внутри (катод и анод). При пролете частицы возникает ударная ионизация газа и возникает импульс  электрического тока.

Достоинства: - компактность - эффективность - быстродействие - высокая точность (10ООО частиц/с). Где используется: - регистрация радиоактивных загрязнений на местности, в помещениях, одежды, продуктов и т.д. - на объектах хранения радиоактивных материалов или с работающими ядерными реакторами - при поиске залежей радиоактивной руды (U, Th) Камера Вильсона - служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков). Внутренний объем камеры заполнен парами спирта или воды в перенасыщенном состоянии: при опускании поршня уменьшается давление внутри камеры и понижается температура, в результате адиабатного процесса образуется перенасыщенный пар. По следу пролета частицы конденсируются  капельки влаги и образуется трек – видимый след. При помещении камеры в магнитное поле  по треку можно определить   энергию, скорость, массу и заряд частицы.

По длине и толщине трека, по его искривлению в магнитном поле определяют характеристики пролетевшей радиоактивной частицы. Например, альфа-частица дает сплошной толстый трек, протон - тонкий трек, электрон - пунктирный трек.

Пузырьковая камера - вариант камеры Вильсона

При резком понижении поршня жидкость, находящаяся под высоким давление, переходит в перегретое состояние. При быстром движении частицы  по следу образуются пузырьки пара , т.е. жидкость закипает, виден трек. Преимущества перед камерой Вильсона: - большая плотность среды, следовательно короткие треки - частицы застревают в камере и можно проводить дальнейшее наблюдение частиц - большее быстродействие. Метод толстослойных фотоэмульсий - служит для регистрации частиц - позволяет регистрировать редкие явления из-за большого время экспозиции. Фотоэмульсия содержит большое количество микрокристаллов бромида серебра. Влетающие частицы ионизируют поверхность фотоэмульсий. Кристаллики AgВr распадаются под действием заряженных частиц и при проявлении выявляется след от пролета частицы - трек. По длине и толщине трека можно определить  энергию и массу частиц.

Естественная радиоактивность

Естественной радиоактивностью называется самопроизвольное превращение атомных ядер одного химического элемента в ядра атомов другого химического элемента, сопровождаемое радиоактивным излучением. Открытие явления - 1896 г. французский ученый Анри Беккерель при постановке опытов с солями урана. Без каких-либо внешних влияний на уран А. Беккерелем было зарегистрировано неизвестное излучение. В 1898 г. М. Склодовская - Кюри обнаружила излучение тория. а также открыла новые радиоактивные химические элементы полоний и радий. Все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными. Естественная радиоактивность химических элементов не зависит от внешних условий.

Три вида радиоактивного излучения. В 1899 г. Э. Резерфорд обнаружил, что радиоактивное излучение состоит из двух компонентов, которые он назвал "альфа-лучи" и "бета-лучи". В 1900г. французский физик Ф. Вилард установил, что в состав излучения входят еще и гамма-лучи.

Опыт Резерфорда

Поведение радиоактивного излучения было изучено в магнитном поле. Радиоактивный элемент был помещен в узкий свинцовый стакан, напротив которого размещалась фотопластинка. Вся установка размещалась в вакууме. В отсутствие магнитного поля на фотопластинке было обнаружено в центре одно пятно засветки от излучения. В магнитном поле пучок излучения распался на три. Составляющие отклонялись в противоположные стороны: пятно на фотопластинке по середине оставляла составляющая, не имеющая заряда, две другие составляющие радиоактивного излучения отклонялись в противоположные стороны, что доказывало присутствие заряженных частиц в излучении. В результате опыта Э.Резерфорд доказал, что радиоактивное излучение является неоднородным.

Свойства радиоактивных лучей:

Альфа-излучение (альфа лучи) - это поток полностью ионизированных ядер атомов гелия.

Бета-излучение (бета-лучи) - это поток электронов.

Гамма-излучение (гамма-лучи) - это электромагнитное излучение.

Электромагнитные кванты гамма-излучения не имеют массы покоя и электрического заряда, поэтому при прохождении через вещество они очень слабо взаимодействуют с ядрами и электронами. Их энергия почти не меняется, поэтому гамма-излучение обладает большой проникающей способностью. Защитой от гамма-излучения является толстый слой свинца.