20.9. Методи спостереження та реєстрації радіоактивного випромінювання та частинок

Прилади, що застосовуються для реєстрації та вивчення радіоактивного випромінювання та спостереження елементарних частинок поділяються на два види: спостережні, що дозволяють спостерігати сліди (треки) частинок та реєстраційно-вимірювальні. До перших відносяться камера Вільсона, дифузна камера, бульбашкова камера та ядерні фотоемульсії. До других можна віднести сцинтиляційний, черенківський, газорозрядний, напівпровідниковий лічильники та імпульсну іонізаційну камеру.

Сцинтиляційні лічильники. При падінні частинки на сцинтиляційний екран на ньому виникають світлові спалахи і фотоелектронний помножувач видає електричний сигнал відліку частинки, причому інтенсивність спалаху екрана пропорційна її енергії. Матеріалом екрана можуть бути ZnS для частинок,Na-Tl, Cs-Tl для частинок таквантів або органічні речовини дляквантів. Ефективність лічильників - 100% реєстрації для заряджених частинок та 30% для квантів. Часове розрізнення частинок у потоці складає. Такі лічильники можуть фік­сувати не тільки кількість частинок, а й їхній розподіл за енергіями.

Напівпровідникові лічильники реєструють частинки, що проходять через напівпровідниковий діод, створюючи в ньому електричний імпульс.

Іонізаційні лічильники. До приладів, де відбувається іонізація середовища частинками, що реєструються, відносяться імпульсна іонізаційна камера, лічильник Гейгера-Мюллера, камера Вільсона, дифузійна камера, бульбашкова камера та ядерні фотоемульсії.

Імпульсна іонізаційна камера є детектором частинок. В основі її будови знаходиться конденсатор, до якого підведена висока напруга. Газ, що знаходиться між електродами може іонізуватися падаючими частинками і створювати струм в електричному колі камери. Напругу підбирають так, щоб іони, рухаючись до електрода, не змогли рекомбінувати і не змогли здійснювати повторну іонізацію газу.

Камера Вільсона є детектором трека пролітаючої частинки. Вона являє собою скляний циліндр із поршнем. В середині циліндра знаходиться нейтральний газ, який насичено парами води чи спирту. За допомогою поршня проводиться різке розширення газу, яке переводить пари води чи спирту в пересичений стан: при появі центрів конденсації, пар переходить в рідину. Такими центрами можуть бути іони газу, утворені падаючими частинками. Таким чином по траєкторії частинки виникає видимий слід частинки у вигляді мікрокраплинок рідини. При розміщенні камери в магнітному полі, можна виміряти радіус кривизни траєкторії частинки, а за тим визначати енергію, знак заряду та питомий заряд частинки =q/m. Камера працює в дискретному режимі від одного розширення до другого.

Дифузійна камера є різновидністю камери Вільсона і може працювати в неперервному режимі. Пересичений пар створюється неперервною дифузією парів спирту від нагрітої кришки до охолодженого дна камери.

Лічильник Гейгера-Мюллера конструктивно виконано у вигляді металевого циліндра (анод) і натягнутого по його осі металевого дроту (катод). При певній напрузі на електродах, в розрідженому газі лічильника, пролітаючою частинкою створюється затравочний іон, який викликає лавинний розряд у газі. Лічильник працює при такій напрузі, що незалежно від первинної іонізації, в ньому виникають однакові електричні імпульси. Ефективність лічильника 100% для заряджених частинок та 5% для -квантів. Найменший час між двома послідовними імпульсами - час розрізнення складає.

Бульбашкова камера працює на основі прозорої перегрітої рідини (водень, пропан, ксенон). Перегрітий стан створюється різким розширенням об'єму у камері, при якому різко зменшується тиск насичуючих парів і рідина готова до закипання. При проходженні іонізуючої частинки в рідині на її шляху утворюються іони, що є центрами кипіння (на них виділяються пузирі пару). Низка пузирків створює відповідний видимий трек частинки.

В товщі ядерних фотоемульсій, що наносяться на скляні пластинки, іонізуючі частинки утворюють треки з іонів галоїдного срібла. Після проявлення фотопластинок треки стають видимими і досліджуються просторово, шляхом пошарових зрізів фотоемульсій.