Рабочая область счетчика Гейгера-Мюллера

Характеристики: эффективность близка к 100%, разрешающее время 10-6 ... 10-7 секунд. Однако счетчик не может различать частицы по энерги- ям.

Сцинтилляционные (люминесцентные) счетчики

Принцип действия этих счетчиков основан на том, что в некоторых веществах проходящие ядерные частицы вызывают вспышки света. Такие вещест- ва называются сцинтилляторами, а вспышки - сцинтилляциями. Первые сцинтилляционные счет- чики (тогда они назывались "спинтарископы") ис- пользовались еще в начале 20-го века. Например, один из первых таких приборов был использован в опытах Резерфорда. В качестве сцинтиллятора использовался тонкий слой сернистого цинка ZnS, нанесенного на стеклянную пластинку, а вспышки через микроскоп наблюдали и подсчитывали сам Резерфорд и его помощники.

Вид установки Резерфорда

Сцинтилляционные (люминесцентные) счетчики

Недостаток такого метода очевиден: человеческий глаз реагирует медленно (разрешающая способ- ность в лучшем случае примерно 0.1 секунды), а способ регистрации (простой счет) ненадежен или вообще непригоден для большого потока частиц. Поэтому после изобретения газонаполненных де- текторов спинтарископы перестали применяться.

Второе рождение сцинтилляционных счетчиков про- изошло во второй половине 20-го столетия благо- даря изобретению фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), которые вместо глаза используются теперь для регистрации вспышек. Кроме того, сейчас ис- пользуют другой сцинтиллятор: йодистый натрий NaI, характеристики которого лучше, чем у ZnS.

Схема сцинтилляционного счетчика

1-сцинтиллятор, 2-светопровод, 3-фотокатод, 4-диа- фрагма, 5-диноды, 6-делители напряжения, 7-кол- лектор. Число динодов - до 20; разность потенциа- лов между соседней парой динодов - ок. 200 В. Каждый электрон, попавший на динод, выбивает с его поверхности 3-4 вторичных электрона, сила тока нарастает в геометрической прогрессии, и коэффициент умножения ФЭУ достигает 109 - 1011. Эффективность счетчика почти 100%, "мертвое время" 10-7 - 10-9 секунд.

Полупроводниковые счетчики

1-траектория частицы, 2 -область p-n -перехода, 3 - p-слой, 4 - n-слой.

Висходном состоянии прибор заперт, тока нет. Ког- да через область 2 проходит заряженная частица, она ионизирует вещество, и возникает импульс тока. Характеристики счетчика: эффективность по-

чти 100%, "мертвое время" 10-9 секунд, высокая точность измерения энергии: до 0.2%.

Излучение Вавилова-Черенкова

Согласно теории относительности, скорость света в вакууме с - максимально возможная скорость для любых тел и сигналов. Но электроны и другие эле- ментарные частицы могут двигаться со скоростями, превышающими фазовую скорость света в веществе v=c/n. В этом случае движение частицы сопровожда- ется излучением, которое в 1934г открыли С.И.Вави- лов и П.А.Черенков. В 1937г этот эффект объяснили И.Е.Тамм и И.М.Франк. В 1958г за открытие и объяс- нение этого эффекта Нобелевскую премию получи- ли П.А.Черенков, И.Е.Тамм и И.М.Франк. Сейчас это излучение кратко называется "черенковским", а при- боры, работа которых основана на этом эффекте, называются "черенковские счетчики".

Теория излучения Вавилова-Черенкова

Аналогичные эффекты хорошо известны в об- ласти волновых явле- ний. Это волны на по- верхности воды от быс- троходного судна, осо- бый характер звука от сверхзвукового самоле-

та. Как показано на ри- сунках, угол между на- правлениями движения электрона и фронта

волны равен

Черенковские счетчики

Излучение Вавилова-Черенкова нашло применение в ядерной физике. Созданы приборы, поз- воляющие по этому излучению определять заряд, скорость и на- правление движения частицы. Черенковский счетчик можно из- готовить из любого прозрачного

вещества с показателем преломления больше 1. Ча- ще всего используют прозрачные пластмассы и жид- кости. На рисунке изображена нейтринная обсерва- тория Садбдери (Канада). В подземном баке с 1000 тонн тяжелой воды регистрируют "сверхсветовые"

электроны, образовавшиеся в результате ядерной реакции под действием нейтрино.

Камера Вильсона