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

Рис. 1. Схема включения газоразрядного счётчика

Счетчики позволяют регистрировать число прошедших через них частиц. С одним из таких счетчиков мы уже знакомы - это была экспериментальная установка Резерфорда, в которой регистрация частиц происходила за счет вспышек на экране, покрытом слоем сульфида цинка. Наиболее популярным счетчиком является счетчик Гейгера. Данное устройство представляет собой стеклянную трубку (баллон) с двумя электродами внутри (рис. 1). Трубка заполнена газом под давлением $~{10}^4$ Па. Катод счетчика 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 заряженная 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 счетчика, 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 заряженной 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 внедренными в них молекулами веществ, которые испускают фотоны света под действием ионизирующих излучений. Подсчет вспышек в сцинтилляторе ведется быстродействующим  фотоприемником, например полупроводниковым фотодиодом. Сигналы с этих фотоприемников поступают в специальные системы,  осуществляющие подсчет поступивших электрических импульсов.

Рис. 3. Камера Вильсона

Счетчики 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 еще в 1912 г. Внешний вид демонстрационный 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 пролете через такой пар заряженной частицы происходит конденсация пара вдоль траектории.