§7.9 Зарядталған бөлшектерді санауыш

Ядролық физиканы зерттеу кезінде зарядталған бөлшектерді есептеу, жеке зарядталған бөлшектерді тіркеу және бақылау кеңінен шешуін тапты.

Есептегіштердің жұмыс істеу принципіне және әсерлерлесуіне байланысты: иондалу, жартылай өткізгіштік (кристалдық), сцинтилляциялық және черенковтық болып төрт топқа бөлінеді.

Осыларға жеке тогтала кетейік:

Иондаушы санауыш. Санауыштың бұл түріне: пропорцианалдық санауыш және өздігінен разрядталу санауышы Гейгер – Мюллер есептегіші жатады.

Пропорцианалдың санауыш (7.7^а-сурет). Егер иондаушы камера қанығу тог режимінде жұмыс істесе, онда жеке бөлшектердің тіркелуі жоғары болмайды. Егер иондау камерасы үдетілген газ режимі де жұмыс істесе, онда сезгіштігі бір шама артады. Жоғары кернеу облысында (СD – аралығы, 7.7^б - сурет) иондалу соқтығысу нәтижесінде орындалса, онда

7.7-сурет

бу көшкінінің саны көбейеді және бастапқы құрылған иондаушы зарядталған бөлшектер санының (n_o) әсерінен бу ионы kn_o -ге дейін артады. Мұндағы k – үдетуші, газ коэффициенті. Электродтардың арасындағы кернеудің артуына байланысты үдетілген газ коэффицентінің артуы орындалады.

Алғаш k коэффиценті иондаушы бөлшектер құрған бастапқы иондар санына (n_o) тәуелді болмайды. Әрі қарай кернеудің (U) артуына байланысты, n_o – артады да, үдетуші коэффицент кеми бастайды. Газдың үдеу аймағында коэффицент (k), n_o – иондар санына байланысты болмайды, оны пропорционалдық есептегішке пайдаланады. Сондықтанда санауыштан алынатын импульс шамасы, газ санауышынан алғаш ұшып шыққан зарядталған бөлшектер саны бастапқы иондар санына пропорционал болады.

Бастапқы пайда болған бу иондарының саны – n_o, оның иондалған кездегі - kn_o саны санағыштағы бөлшектерді тіркеу үшін шығындаған энергиясына пропорцианал болады. Сондықтанда санауыш арқылы өткен зарядталған бөлшектердің иондалу тогының шамасы да шығындалу энергиясына пропорционал болады. Сонымен пропорционал есептегіш көмегі мен тек өткен бөлшектерді тіркеп қана қоймайды, сонымен бірге энергия мөлшерін де анықтай алады.

Санағыш өзінің конструкциясы бойынша, диаметрі бірнеше сантиметр цилиндр формадағы шыны немесе металл балоннан және бойлай тартылған жіңішке металл қылдан (анод) жасалған болады. Қылдың диаметрі тәртіп бойынша 1мм – ден аспайды. Қыл сымның цилиндр қабырғасына қосылған жері мұқият изоляцияланады және кедергі арқылы жермен қосылады. Цилиндрлік түтік газбен, әдетте аргонмен (немесе газдардың қоспасымен) белгілі қысым да толтырылады. Цилиндр қабырғасымен есептегіш катод қыл сым (есептегіштің аноды) аралығына 10² – 10³в шамасында патенциал айырымы беріледі. Қыл сымға жақын аймақта күшті электр өрісі пайда болады да газдың үдетілуі орындалады. Газдың үдетілу коэффициенті 10⁴-нен аспайды. Пропорцианалды санағышта разрядталу процесі өздігінше орындалмайды және ол барлық электрондар мен иондарда газ үдетілген кезде ғана электродтарды сәйкестендіру мәніне жетеді.

Процесс ұзақтығы 10^-4сек, ол баяу иондардың орын ауыстыру жылдамдығы арқылы анықталып цилиндр өлшемімен (диаметрі) есептеледі.

Жартылайөткізгіштік (кристаллдық) санауыш. Разрядты иондаушы есептегішке жартылайөткізгіштер санауышы жатады. Оларды әдебиеттерде жиі кристалды деп атайды. Жартылайөткізгіштік санауыштың жұмыс істеу принципі иондау санауышына негізделген. Кристалдық есептегіште ұшып келе жатқан бөлшек өткізгіштегі электронды бөліп шығарады да жартылайөткізгіште «кемтік» пайда болады.

Жартылайөткізгіш материалына – күкіртті кадмий (Cds), күкіртті цинк (ZnS), алмаз хлоры күміс (Ag Cl) тағы басқалар жатады. Жартылайөткізгішке еніп соқтығысқан бөлшек ондағы көптеген тог тасымалдаушыларды орнынан тайдырып; «кемтік» немесе «электрондық» өткізгіштік туғызады. Жартылайөткізгіштен жасалған пластинкадан өткен электр тогы лезде үдетіліп өлшеуіш құралына беріледі де, пластинка өткізгіштік қабілетке ие болады. Өлшеуіш құралы бөлшектерді тіркеуге арналып градуирленген, сондықтан да ол жартылайөткізгіш пластинкасындағы тог күші емес бөлшек санын көрсетеді. өткізгіштер зонасындағы электронның өмір сүру уақыты 10^-8 – 10^-7 сек. құрайды. Сонымен жартылайөткізгіш плстинкасына енетін әрбір бөлшек «өз порциясындағы» бөліп шығарған тог тасымалдаушының тог импульсін өлшеуіш құралына береді. Пластинкадағы импульстер санын бақылау арқылы бөлшек санын анықтай аламыз.

Кристаллдық есептегішті басқа құралдармен салыстырғанда құрылысы өте қарапайым, өлшемдері кіші, өткізгіштігі жоғары және тог импульсінің өсуі жылдам, күтімі жеңіл, сенімділі, салыстыруға тұрарлықтай құрал.

β және γ спектрометрі. Ядролық түрленулер кезінде көп мөлшерде бета және гамма сәулелері шығарылады. Әртүрлі жағдайларда осы сәулелерге сәйкес келетін электрондар мен фотондар бір-бірінен энергиялары арқылы ажыратылады. Сондықтанда электрондар мен фотондардың біртекті емес ағындарынның, энергиясы бірдей құраушыларға жіктеледі немесе былайша айтқанда спектрлерге жіктеледі (бета – спектр және гамма - спектр). Гамма сәулесімен рентген сәулесінің табиғаты бірдей болғандықтан, гамма – спектрін алу үшін (энергиясы өте жоғары емес гамма фотон), осындай әдісті пайдалануға болады. Одан басқа жоғарыда қарастырылған сцинтилляциалық гамма спектрометрін де пайдалануға болады.

Бета спектрін алу үшін магнитті бета – спектрометр қолданылады. Оның жұмыс істеу принципі масса – спектрометрмен бірдей. Өзгешелігі тек бета – спектрометрде иондар орнына электрондарды анализдейді (қарастырады). Бұл кезде электрондар мен позитрондардың энергиясы бета бөлшектердің энергиясының шамасымен мөлшерленеді. Гамма және бета – спектрометрлердің көптеген түрлері бар, бірақ олардың жұмыс істеу принципімен анықтайтындары бірдей болып келеді.