Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц
При изучении радиоактивных явлений необходимо иметь приборы, которые должны регистрировать попадание в них каждой заряженной частицы или делать видимой траекторию ее движения.
Простейший прибор для регистрации частиц - сцинтиллятор (от латинского сцинтилляцио – вспышка, сверкание). При попадании на него заряженных частиц на экране возникали вспышки.
Счетчик Гейгера. Первый прибор для подсчета заряженных частиц был изобретен Гейгером в 1908 году (рисунок 36). Цилиндр заполнен разряженным газом (аргоном). При попадании в камеру частицы с большой энергией происходит ионизация атомов газа на пути движения этой частицы, и между цилиндром и нитью возникает электрический разряд. На сопротивлении R1=109 Ом выделяется напряжение, которое через цепочку CR2 подается в виде импульса в усилитель. Счетчик подсчитывает число импульсов за определенный промежуток времени.
Окно
Полый металлический цилиндр
Металлическая нить
C
R1 R2
1500 В
Рисунок 36. К принципу действия счетчика Гейгера
Камера Вильсона (рисунок 37) позволяет увидеть и сфотографировать траекторию заряженных частиц. В камеру вводится небольшое количество воды и спирта. При быстром опускании поршня смесь адиабатически расширяется, охлаждается и в камере оказывается воздух с перенасыщенными парами.
Прозрачная
часть камеры
Крупинка урановой соли
Поршень
Рисунок 37. К принципу действия камеры Вильсона
Если воздух не содержит пылинок, то конденсации паров не происходит. Когда через камеру пролетает заряженная частица, она ионизирует на своем пути молекулы воздуха и на цепочке ионов конденсируется пар. Путь частицы будет заметен в виде нити тумана в течение 0,1 с, что достаточно для фотографирования.
Пузырьковая камера. В ней для получения траектории частиц используется превращение жидкости в пар. Движением поршня в сосуде создается перегретая жидкость и пролетающая заряженная частица вызывает кипение жидкости вдоль своей траектории. Центрами парообразования являются ионы. След частицы наблюдается в виде цепочки пузырьков пара.Современные пузырьковые камеры имеют диаметр 2 метра и заполняются жидким водородом.
Метод толстослойных фотопластинок основан на том, что пролетающие сквозь фотоэмульсию частицы воздействуют на ее зерна, в результате чего после проявления на пластинке виден след частиц.
Биологическое действие радиоактивных лучей
Радиоактивность
вещества характеризуется периодом
полураспада
Т
–
временем, в течении которого число
атомов радиоактивного изотопа
уменьшается
наполовину
(рисунок 38). Для урана – миллиарды лет,
у радона – 3,82 дня. Конечным
продуктом самопроизвольного распада
урана является свинец.
По
доли содержания свинца в урановой руде
можно определить возраст урановых руд
~
лет, т.е.Земная кора образовалась около
4 миллиардов лет назад.
Рисунок 38. Закон распада радиоактивного вещества
Длина пробега α-частицы в воздухе 2-12 см, а в твердых веществах – несклько мкм. Следственно α-частицы задерживаются простым листом бумаги.
Для задержания β-излучения нужен металл толщиной 3 мм.
Для поглощения наиболее жестких γ-лучей нужен слой свинца толщиной 20 см.
Интенсивность облучения рентгеновскими и γ-лучами измеряется в рентгенах.
При кратковременном облучении человека доза в 20-50 рентген вызывает изменение в крови, доза 100-250 рентген вызывает лучевую болезнь, дозам в 600 рентген смертельна.