Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц

При изучении радиоактивных явлений необходимо иметь приборы, которые должны регистрировать попадание в них каждой заряженной частицы или делать видимой траекторию ее движения.

Простейший прибор для регистрации частиц - сцинтиллятор (от латинского сцинтилляцио – вспышка, сверкание). При попадании на него заряженных частиц на экране возникали вспышки.

Счетчик Гейгера. Первый прибор для подсчета заряженных частиц был изобретен Гейгером в 1908 году (рисунок 31). Цилиндр заполнен разряженным газом (аргоном). При попадании в камеру частицы с большой энергией происходит ионизация атомов газа на пути движения этой частицы, и между цилиндром и нитью возникает электрический разряд. На сопротивлении R1=10⁹ Ом выделяется напряжение, которое через цепочку CR2 подается в виде импульса в усилитель. Счетчик подсчитывает число импульсов за определенный промежуток времени.

Окно

Полый металлический цилиндр

Металлическая нить

C

R1 R2

1500 В

Рисунок 31. К принципу действия счетчика Гейгера

Камера Вильсона (рисунок 32) позволяет увидеть и сфотографировать траекторию заряженных частиц. В камеру вводится небольшое количество воды и спирта. При быстром опускании поршня смесь адиабатически расширяется, охлаждается и в камере оказывается воздух с перенасыщенными парами.

Прозрачная часть камеры

Крупинка урановой соли

Поршень

Рисунок 32. К принципу действия камеры Вильсона

Если воздух не содержит пылинок, то конденсации паров не происходит. Когда через камеру пролетает заряженная частица, она ионизирует на своем пути молекулы воздуха и на цепочке ионов конденсируется пар. Путь частицы будет заметен в виде нити тумана в течение 0,1 с, что достаточно для фотографирования.

Пузырьковая камера. В ней для получения траектории частиц используется превращение жидкости в пар. Движением поршня в сосуде создается перегретая жидкость и пролетающая заряженная частица вызывает кипение жидкости вдоль своей траектории. Центрами парообразования являются ионы. След частицы наблюдается в виде цепочки пузырьков пара.Современные пузырьковые камеры имеют диаметр 2 метра и заполняются жидким водородом.

Метод толстослойных фотопластинок основан на том, что пролетающие сквозь фотоэмульсию частицы воздействуют на ее зерна, в результате чего после проявления на пластинке виден след частиц.

Биологическое действие радиоактивных лучей

Радиоактивность вещества характеризуется периодом полураспада Т – временем, в течении которого число атомов радиоактивного изотопа уменьшается наполовину (рисунок 33). Для урана – миллиарды лет, у радона – 3,82 дня. Конечным продуктом самопроизвольного распада урана является свинец. По доли содержания свинца в урановой руде можно определить возраст урановых руд ~ лет, т.е.Земная кора образовалась около 4 миллиардов лет назад.

Рисунок 33. Закон распада радиоактивного вещества

Длина пробега α-частицы в воздухе 2-12 см, а в твердых веществах – несклько мкм. Следственно α-частицы задерживаются простым листом бумаги.

Для задержания β-излучения нужен металл толщиной 3 мм.

Для поглощения наиболее жестких γ-лучей нужен слой свинца толщиной 20 см.

Интенсивность облучения рентгеновскими и γ-лучами измеряется в рентгенах.

При кратковременном облучении человека доза в 20-50 рентген вызывает изменение в крови, доза 100-250 рентген вызывает лучевую болезнь, дозам в 600 рентген смертельна.