ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2019
Просмотров: 18806
Скачиваний: 11
Одиницею активності є
беккерель:
1 Бк -1 розп./с -1с"
1
.
Величину т =
І / X
називають
середнім часом життя
радіоактивного
ізотопу. Значення X і т не залежать від зовнішніх умов, а визначаються
тільки властивостями атомного ядра.
§ 242. Способи спостереження
і реєстрації заряджених частинок
Випромінювання радіоактивних речовин досліджують різ-
ними методами, з якими ми ознайомимось у загальних рисах. Мета таких
досліджень - з'ясувати природу частинок, які випромінюються при радіо-
активному розпаді, виміряти енергію цих частинок та інтенсивність ви-
промінювання (тобто визначити кількість частинок, які випускаються
радіоактивною речовиною за 1 с).
Найбільш поширені для реєстрації ядерних частинок і випромінюван-
ня методи, які грунтуються на іонізуючій і фотохімічній дії частинок. До
них належать хімічні, калориметричні і фотографічні методи. Іонізуючу
дію випромінювання використовують в іонізаційних камерах, лічильни-
ках Гейгера ~ Мюллера і сцинтиляційних лічильниках.
Камера Вільсона
Цей прилад сконструював у 1911 р. англійський фізик Ч. Віль-
сон. Він грунтується на здатності швидких частинок іонізувати молекули
речовини, яка перебуває в пароподібному стані.
Схему камери Вільсона зображено на рис. 25.2. Робочий об'єм камери
/ заповнений повітрям або іншим газом і містить у собі насичену пару
коди або спирту. Якщо поршень
2
швидко рухається вниз, пара або газ в
об'ємі 1 адіабатно розширюється і охолоджується, при цьому пара стає
пересиченою. Коли через об'єм камери пролітає заряджена частинка, то
па своєму шляху вона створює іони, на яких при розширенні об'єму /
утворюються крапельки сконденсованої пари. Отже, частинка залишає за
собою видимий слід (трек) у вигляді вузької смужки туману. Цей трек
можна спостерігати або сфотографувати.
Альфа-частинки значною мірою іонізують газ і тому залишають у ка-
мері Вільсона жирні сліди. Бета-частинки після себе залишають дуже
тонкі треки (рис. 25.3). Гамма-кванти можна виявити з допомогою камери
Вільсона за фотоелектронами, які вони вибивають з молекул газу, що запов-
нює робочий об'єм камери.
575
УЛ Ж
2
Рис. 25.2
Рис. 25.3
Камеру Вільсона часто поміщають у потужне магнітне поле, що дас
можливість за викривленням треків частинок визначати їх енергію і знак
заряду, а за товщиною треків - заряд і масу частинок.
чильники заряджених частинок, призначені для реєстрації окремих части-
нок. Розглянемо принцип дії одного з видів лічильників - пропорційного
(рис. 25.4). Лічильник складається з наповненого газом циліндра 7, в який
введено два електроди: анод 3 - це тонка металева нитка, обидва кінці якої
закріплені на ізоляторах; катод
2
виконаний у вигляді струмопровідного ме-
талевого шару, нанесеного на внутрішню поверхню циліндра.
Між катодом і анодом прикладається напруга до кількох сотень
вольт, внаслідок чого всередині лічильника створюється електричне по-
спад напруги на опорі К
п
, і напруга між електродами дуже зменшуєть-
ся, тому розряд припиняється.
Після припинення струму між катодом і анодом знову відновлюється
велика напруга і лічильник готовий до реєстрації наступної частинки.
Імпульс напруги, який виникає на опорі К
п
, підсилюється і реєструється
спеціальним лічильним пристроєм. Пропорційними лічильники називають
тому, що сила струму газового розряду, який виникає після проходження
іонізуючої частинки, пропорційна кількості утворених нею іонів.
Один з різновидів
пропорційних лічильників
запропонували Е. Резер-
форд і Г. Гейгер у 1908 р. Пізніше у 1928 р. лічильник удосконалив Е. Мю-
ллер, і тому його назвали
лічильником Гейгера - Мюллера.
Газорозрядні
ЛІЧИЛЬНИКИ
У дослідженнях з ядерної фізики часто використовують лі-
Рис. 25.4
ле. Частинка, яка потрапляє в
лічильник, іонізує молекули га-
зу, і в електричному полі між
катодом і анодом виникає на-
прямлений рух іонів, тобто від-
бувається газовий розряд. Роз-
рядний струм створює великий
576
§ 243. Ефект
Вавилова - Черенкова
У 1934 р. П. О. Черенков, досліджуючи світіння рідин під
дією у-випромінювання радію, спостерігав слабке синє світіння, яскравість
якого в чистих прозорих рідинах мало залежала від їх хімічного складу.
Світіння, спричинюване радіоактивними випромінюваннями, поміти-
ли ще ГГєр і Марія Кюрі, але вони вважали його звичайною люмінесцен-
цією. С. І. Вавилов і П. О. Черенков припустили, що це світіння виникає
внаслідок гальмування швидких електронів, які вибиваються у -квантами
з молекул опромінюваної речовини. Це припущення перевірили так: оскіль-
ки магнітне поле відхиляє електрони, то світіння, якщо воно виникає на
шляху гальмівного електрона, має відхилятися магнітним полем. І справ-
ді, при накладанні магнітного поля світіння відхилялось у відповідний
бік. Отже, це не була люмінесценція.
З теорії цього явища, названого
ефектом Вавилова - Черенкова
*, зов-
сім несподівано випливало, що
світло мають випромінювати електрони, які рухаються швидше від
світла.
Але теорія відносності переконливо свідчить про повну неможливість
такого руху. І все-таки виявилось, що можна обганяти світло. Справа в
тому, що в теорії відносності граничною швидкістю є швидкість світла у
вакуумі. У речовині світло поширюється з меншою
ШВИДКІСТЮ ~ С ! П ,
де
п -
показник заломлення середовища. Якщо енергія у-кванта велика, то
вибитий ним електрон може рухатись із швидкістю и, більшою від
швидкості світла в середовищі, але
такою, що не перевищує швидкості /
ч
> ч .
світла у вакуумі. Отже, для виникнення / /
випромінювання Черенкова необхідні / / / /
такі умови:
и>у
г
або В/г > 1, де / / / / / / V . ^
/
/иї /
/ / / Ц
Р
= и / с
. Зміст цього явища такий. \ \ V Т д
Електрон, мкий рухається
із
швид- \ \ \ \
кістю
, обганяє своє власне елект- \
ромашітне поле і починає цим полем \
гальмуватися.
Рис.
25
.5
Внаслідок гальмування й виникає випромінювання (світіння). Випромі-
нювання Вавилова - Черенкова має точну напрямленість. Воно зосереджене
в межах кута зіпер-ю
е
!и (рис. 25.5) і напрямлене в бік руху електрона.
Такий рух електрона можна порівняти з рухом глісера по гладенькій по-
* Ефект Вавилова - Черенкова теоретично пояснили І. Е. Тамм і І. М. Франк. За відкриття
ефекту та з'ясування його механізму Черенкову, Тамму і Франку у 1958 р. було присуджено
І Іобелівську премію.
577
верхні води, коли за ним виникають розбіжні хвилі з конусоподібним
фронтом, причому кут конуса тим менший, чим з більшою швидкістю
рухається глісер.
Лічильник Черенкова
Ефект Вавилова - Черенкова властивий не тільки електро-
нам, а й будь-яким іншим зарядженим частинкам: при великих швидко-
стях руху в густих середовищах (п > і) вони випромінюють електромаг-
нітні хвилі - світло. Отже, світіння Вавилова - Черенкова можна викори-
стати для визначення швидкості руху швидких частинок. На цьому ефекті
ґрунтується дія
лічильника Черенкова.
Лічильник складається з чистої рідини, наприклад води або прозорого
твердого тіла, сполучених з фотопомножувачем, який реєструє кожну
окрему "надсвітлову" частинку (рис. 25.6). Особливістю цього лічильника
Напрям польоту <р\
частанок^/
8ода
Лінза^
фотопомножидач
V
44
Діафрагма
Рис. 25.6
є те, що він реєструє не будь-які заряджені частинки, а тільки ті, в яких
швидкість більша від швидкості світла в певному середовищі. Крім того,
яскравість спалаху залежить від заряду частинки. Тому, добираючи відпо-
відне середовище, можна виділяти частинки з певними інтервалами енергій
або з певним значенням заряду. Такі лічильники встановлюють, наприклад,
на супутниках і космічних ракетах для вивчення космічного проміння.
§ 244. Відкриття нейтрона
У 1920 р. Е. Резерфорд припустив, що може існувати незаряд-
жена (нейтральна) частинка, маса якої приблизно дорівнює сумі мас про-
тона і електрона. Численні досліди, проведені в період з 1920 по 1930 р.
для виявлення цієї частинки, не давали позитивних наслідків. У 1930 р.
німецькі фізики В. Боте і Р. Беккер виявили випромінювання великої
проникної здатності, яке не відхилялось електричним полем. За своїми
578
властивостями це випромінювання було схоже на дуже жорстке (тобто
таке, що глибоко проникає в речовину) рентгенівське промшня, У 1932 р.
французькі фізики Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі встановили, одо при опро-
мінюванні цим випромінюванням парафіну, води та інших водневоподіб-
них сполук виникають протони великих енергій. У цьому ж році англій-
ський учений Дж. Чедвік, учень Е, Резерфорда, який багато років шукав
нейтрон, довів, .що випромінювання, відкрите Боте і Беккером, - це потік
нейтральних частинок, маса яких трохи більша від маси протона. Отже,
нейтрон, на існування якого вказували Б. Резерфорд та інші фізики, був
відкритий як окрема частинка,
§ 245» Будова атомного ядра
Відкриття нейтрона відіграло велику роль у розумінні будови
атомного ядра.
Радянський фізик Д„ Д. Іваненко і німецький учений В. Гейзенберг у
1932 р. запропонували протон-нейтронну модель, за якою ядро будь-
якого хімічного елемента складається з двох видів елементарних части-
нок:
протонів р
і
нейтронів
л, які пізніше дістали назву
нуклонів
; Подаль-
шими експериментальними дослідженнями було доведено правдивість
цієї моделі, і тепер вона загальновизнана.
Протони мають позитивний заряд, який за модулем дорівнює заряду
електрона. Нейтрони електрично нейтральні. Маса протона в 1836 раз
більша за масу електрона. Маса нейтрона більша від маси протона на
2,5 маси електрона. Маси нейтрона
т
п
і протона
т
р
у вуглецевій шкалі
атомних мас (а. о. м) відповідно дорівнюють:
т
п
=1,008665012 а. о, м.»
т
р
= 1,007276470 а. о, м. Протон і нейтрон належать до класу ферміонів -
частинок:, які мають півцілий спін. Кількість протонів у ядрі визначає за-
ряд ядра +2е. Значення 2 збігається з атомним номером відповідного
хімічного елемента в періодичній системі Менделєєва, Кількість нейтро-
нів у ядрі позначають N. Загальну кількість нуклонів у ядрі називають
масовим числом
А
ядра:
А ~ N + (253)
Атомні ядра позначають символами. Якщо X відповідає символу атома
хімічного елемента в періодичній системі Менделєєва, то символ ядра
цього атома має вигляд ? Х. Ядра, які мають той самий заряд І при різ-
них
А,
називають
ізотопами.
Ізотопи ядер хімічного елемента мають од-
накову кількість протонів, але різну кількість нейтронів у складі ядра.
579