Презентация "Экспериментальные методы ядерной физики. Регистрирующие приборы"

• Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия с двумя положительными зарядами.
• Ионизирующая способность альфа-излучений в воздухе характеризуется образованием в среднем 30 тыс. пар ионов на 1 см. пробега. Это очень много. В этом главная опасность данного излучения.
• Проникающая способность, наоборот, очень не велика. В воздухе альфа-частицы пробегают всего 10 см. Их задерживает обычный лист бумаги.

• Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов со скоростью, близкой к скорости света.
• Ионизирующая способность невелика и составляет в воздухе 40 – 150 пар ионов на 1 см. пробега.
• Проникающая способность намного выше, чем у альфа-излучения, и достигает в воздухе 20 см.

• Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, которое распространяется со скоростью света.
• Ионизирующая способность в воздухе – всего несколько пар ионов на 1 см пути.
• Проникающая способность очень велика – в 50 – 100 раз больше, чем у бета-излучения и составляет в воздухе сотни метров.

Заряженные частицы

(электроны, протоны, альфа-частицы и т.п.)

Упругое рассеяние

Ионизация атомов

Возбуждение атомов, с последующим излучением света

Тормозное излучение

Неупругое рассеяние

Фотоэффект

(на атомах)

Комптоновское рассеяние

Фотоядерный эффект

Образование электрон-позитронных пар

Нейтроны

Захват ядром с последующим делением

Захват ядром с образованием радиоактивного изотопа

Неупругие столкновения с легкими или водородосодержащими веществами

Счетчики частиц

Трековые приборы

Ионизационная камера

Счетчики Гейгера

Камера Вильсона

Пузырьковая камера

Метод толстослойных эмульсий

Стеклянная трубка

Анод

Катод

К регистрирующему устройству

Гейгер Ганс Вильгельм (1882-1945)

• Рабочее тело смесь аргона с воздухом и парами спирта
• Давление смеси около 0,1 атм (Па)
• Напряжение между анодом и катодом в состоянии готовности от 800 В до 3000 В
• Разрешающая способность (число частиц, которые могут быть зарегистрированы за 1 с) от до (бета-излучение
• Эффективность регистрации для электронов (бета-излучение) – 100%, для гамма-квантов – 1%
• Механизм регистрации: электрический разряд в газе в результате ионизации атомов электронным ударом
• Для повышения эффективности регистрации гамма-излучения используют явление фотоэффекта, для чего стенки сосуда покрывают металлом с малой работой выхода

Ч.Т.Вильсон

Треки частиц в камере Вильсона

Источник заряженных частиц

Поршень

Стекло

• Трековый прибор
• Рабочее тело – воздух (водород, гелий, аргон, азот) и насыщенные пары воды и спирта
• Объем камеры от до 1 м³
• Время чувствительности (длительности рабочего цикла) камеры от 0,1 до 1 с
• Механизм регистрации: конденсация капелек жидкости на ионах, образованных при движении частиц внутри камеры
• При использовании электрического и магнитного полей возможно определение знака заряда, удельного заряда, импульса и энергии частицы

Изобретена Д. Глейзером (США) в 1952 г.

Треки частиц в пузырьковой камере

Плотность жидкости в тысячи раз больше плотности газа, поэтому можно было увеличить потери энергии частицы на единице длины и наблюдать взаимодействия, которые приводили бы к появлению новых частиц.

Стеклянные иллюминаторы

Поршень

Источник

света

Объективы

Фотопленки

• Трековый прибор
• Рабочее тело – жидкий водород, пропан или др. жидкости
• Давление в нагретой жидкости (предотвращающее ее кипение) от 3 до 22 атм
• Объем камеры от до м³
• Время чувствительности (длительность рабочего цикла) камеры от 4 до 10 с
• Механизм регистрации: вскипание (образование пузырьков) перегретой жидкости на ионах, образованных при прохождении частиц через объем камеры
• При использовании электрического и магнитного полей возможно определение знака заряда, удельного заряда, импульса и энергии частицы

• Трековый прибор
• Рабочее тело – кристаллики бромистого серебра в растворе желатина
• Толщина фотоэмульсий от 25 до 2000 мкм, бромистое серебро составляет 85-87% массы эмульсии
• Время чувствительности практически не ограничено
• Механизм регистрации: ионизация атомов брома при прохождении частицы через эмульсию с последующим восстановлением металлического серебра при проявлении эмульсии
• Определение направления движения частиц, место возникновения частицы, значение энергии, идентификация частиц

Первичная частица

Вторичные частицы

Место взаимодействия первичной частицы с ядром

Метод толстослойных эмульсий

• Его сущность состоит в том, что молекулы некоторых веществ в результате воздействия ионизирующих излучений распадаются, образуя новые химические соединения.
• . Количество вновь образованных химических веществ можно определить различными способами. Наиболее удобным для этого является способ, основанный на изменении плотности окраски реактива, с которым вновь образованное химическое соединение вступает в реакцию.
• На этом методе основан принцип работы химического дозиметра гамма- и нейтронного излучения ДП-70 МП.