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

Счетчик Гейгера

Счетчики – это приборы для подсчета количества прошедших через них ионизирующих частиц.

Рис. 1. Счетчик Гейгера

На рисунке 1 изображен пример такого счетчика – счетчик Гейгера. Такой прибор представляет собой стеклянную трубку, внутри которой находится разреженный газ. Внутри трубки расположены два электрода, подключенные к источнику напряжения. Катод представляет собой металлический цилиндр, а анод – тонкую проволоку, натянутую вдоль оси цилиндра. Анод подключен 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 счетчик резко возрастает, на резисторе образуется импульс напряжения, который регистрируется счетным устройством. Понятно, что счетчики 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 находится как внутри камеры (как показано на рис. 2), так и вне ее. 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. Полет 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 ее движения. В пузырьковой камере используют так называемую перегретую жидкость - жидкость, температура которой больше ее температуры кипения. Такая жидкость не вскипает, потому что из нее 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 объема камеры. Камера освещается источником света Л через стеклянные иллюминаторы И и конденсатор К. Свет, рассеянный пузырьками, фиксируется с помощью объективов О₁ и О₂ на фотопленках Ф₁ и Ф₂.

Плотность вещества в пузырьковой камере выше, чем в камере Вильсона, кроме этого, ее размеры могут быт намного больше – все 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: счетчики и трековые детекторы;
• Счетчики позволяют определить количество заряженных частиц, прошедших через прибор;
• Трековые детекторы позволяют исследовать траектории движения частиц, по которым определяются их свойства.