Конспект урока: Методы регистрации ионизирующих радиоактивных ядерных излучений. Биологическое действие радиоактивных излучений. Дозиметрия

Рис. 1. Схема включения газоразрядного счётчика

Счётчики позволяют регистрировать число прошедших через них частиц. С одним из таких счётчиков мы уже знакомы — это была экспериментальная установка Резерфорда, в которой регистрация частиц происходила за счёт вспышек на экране, покрытом слоем сульфида цинка. Наиболее популярным счётчиком является счётчик Гейгера. Данное устройство представляет собой стеклянную трубку (баллон) с двумя электродами внутри (рис. 1). Трубка заполнена газом под давлением 
$~{10}^4$ Па. Катод счётчика представляет собой металлический цилиндр, а анод — тонкую натянутую внутри цилиндра проволоку. Её подключают к положительному полюсу источника, а цилиндр через нагрузочный резистор с большим сопротивлением — к отрицательному полюсу. До тех пор пока газ в баллоне не ионизирован, ток в цепи отсутствует и напряжение на резисторе равно нулю. Для регистрации ионизирующих частиц между корпусом счётчика и нитью прикладывается высокое постоянное напряжение. Пролетающая через рабочий объём счётчика быстрая заряжённая частица производит на своём пути ионизации атомов наполняющего газа. В результате в трубке возникает электрический разряд, который регистрируется в виде кратковременного импульса напряжения на резисторе.

Рис. 2. Устройство спинтарископа

Устройство простейшего сцинтилляционного счётчика, предназначенного для регистрации альфа-частиц, — спинтарископа — представлено на рисунке 2. Основными деталями спинтарископа является экран (3), покрытый слоем сульфида цинка, и короткофокусная лупа (4). Альфа-радиоактивный препарат помещают на конце стержня (1) примерно против середины экрана. При попадании альфа-частицы в кристаллы сульфида цинка возникает вспышка света, которую можно зарегистрировать при наблюдении через лупу. Процесс преобразования кинетической энергии быстрой заряжённой частицы в энергию световой вспышки как раз таки и называется сцинтилляцией. Сцинтилляция представляет собой одну из разновидностей явления люминесценции. В настоящее время вместо покрытых сульфидом цинка экранов, которые использовал Резерфорд, используются сцинтилляторы — прозрачные полимерные материалы с внедрёнными в них молекулами веществ, которые испускают фотоны света под действием ионизирующих излучений. Подсчёт вспышек в сцинтилляторе ведётся быстродействующим  фотоприёмником, например полупроводниковым фотодиодом. Сигналы с этих фотоприёмников поступают в специальные системы, осуществляющие подсчёт поступивших электрических импульсов.

Рис. 3. Камера Вильсона

Счётчики позволяют зарегистрировать частицу, но они не дают информации о характере движения частиц: виде траектории, их длине. Наблюдать траектории движения частиц — треки — позволяют трековые детекторы. Различают несколько видов трековых детекторов. В качестве примеров рассмотрим два таких детектора: камеру Вильсона и пузырьковую камеру. Одним из самых замечательных приборов экспериментальной ядерной физики является камера Вильсона, созданная ещё в 1912 г. Внешний вид демонстрационной школьной камеры Вильсона показан на рисунке 3. В цилиндрическом сосуде с плоской стеклянной крышкой находится воздух с насыщенными парами воды (или спирта). Рабочий объём камеры через трубку соединяется с резиновой грушей. Внутри камеры на тонком стержне укреплён радиоактивный препарат. Для приведения камеры в действие грушу сначала плавно сжимают, затем резко опускают. При быстром адиабатическом расширении воздух и пары в камере охлаждаются, пар переходит в состояние пересыщения. При пролёте заряжённой частицы через такой пар происходит конденсация пара вдоль траектории.