Конспект урока: Регистрация ядерных излучений. Влияние радиоактивных излучений на живые организмы. Дозиметрия. Экологические проблемы ядерной энергетики

Счётчик Гейгера

Счётчики — это приборы для подсчёта количества прошедших через них ионизирующих частиц.

Рис. 1. Счётчик Гейгера

На рисунке 1 изображён пример такого счётчика — счётчик Гейгера. Этот прибор представляет собой стеклянную трубку, внутри которой находится разреженный газ. Внутри трубки расположены два электрода, подключённые к источнику напряжения. Катод представляет собой металлический цилиндр, 
а анод — тонкую проволоку, натянутую вдоль оси цилиндра. Анод подключён к положительному полюсу источника, а катод через резистор с большим сопротивлением— к отрицательному полюсу.
Пока газ в трубке разрежен, напряжение на резисторе равно нулю.

Заряженная частица, попадая в трубку, отрывает от атомов газа электроны, создавая положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле, образованное анодом и катодом, ускоряет электроны. В результате ток через счётчик резко возрастает, на резисторе образуется импульс напряжения, который регистрируется счётным устройством. Понятно, что счётчики подобного типа не дают информации о траектории движения частиц.

Трековые детекторы. Камера Вильсона и пузырьковая камера

Наблюдать траектории движения заряженных частиц позволяют так называемые трековые детекторы, например, камера Вильсона и пузырьковая камера.

Рис. 2. Камера Вильсона

Камера Вильсона представляет собой герметичный сосуд, заполненный парами воды или спирта, близкими к состоянию насыщения (рис. 2). Давление пара регулируется с помощью поршня. Радиоактивный источник частиц может находиться как внутри камеры (как показано на рис. 2), так и вне её. В последнем случае частицы залетают в камеру через прозрачное для них окошко.

 

Из пара внутри камеры удалены центры конденсации — пылинки и другие частицы, поэтому пар в камере не превращается в жидкость. Полёт заряженной частицы через камеру приводит к образованию ионов, которые становятся центрами конденсации. В результате вдоль траектории движения частицы образуются видимые капли жидкости.

Пузырьковая камера представляет собой трековый детектор заряженных частиц, в котором след частицы образован цепочкой пузырьков пара вдоль траектории её движения. В пузырьковой камере используют так называемую перегретую жидкость — жидкость, температура которой больше её температуры кипения. Она не вскипает, потому что из неё удалены центры парообразования.

Схема такого прибора показана на рисунке 3.

Рис. 3. Пузырьковая камера

Камера заполнена жидким водородом Н₂ (или гелием), с помощью поршня П производится расширение объёма камеры. Камера освещается источником света Л через стеклянные иллюминаторы И и конденсатор К. Свет, рассеянный пузырьками, фиксируется с помощью объективов О₁ и О₂ на фотоплёнках Ф₁ и Ф₂.

Плотность вещества в пузырьковой камере выше, чем в камере Вильсона, кроме этого, её размеры могут быть намного больше — всё это повышает вероятность обнаружения частиц в пузырьковой камере.

Для обнаружения свойств заряженных частиц трековые детекторы помещают в сильное магнитное поле. Формы полученных траекторий позволяют определить их импульсы и заряд.

Итоги

• Для исследования ионизирующих излучений используются два типа приборов: счётчики и трековые детекторы.
• Счётчики позволяют определить количество заряженных частиц, прошедших через прибор.
• Трековые детекторы позволяют исследовать траектории движения частиц, по которым определяются их свойства.