Physel.ru

Физика, механика и т.п.

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

§ 212. a-, b- и y-излучение. Камера Вильсона.

E-mail Печать PDF
Как мы видели, радиоактивные излучения обладают ионизационным и фотографическим действием. Оба эти действия свойственны как быстрым заряженным частицам, так и рентгеновскому излучению, представляющим собой электромагнитные волны. Чтобы выяснить, обладает ли радиоактивное излучение зарядом, достаточно подвергнуть его действию электрического или магнитного поля.

Рис. 377. Отклонение радиоактивного излучения магнитным полем: а) траектории лучей в отсутствие магнитного поля; б) траектории лучей в магнитном поле (штриховой круг — проекция полюсов магнита; линии поля направлены из-за плоскости чертежа на нас); в) лист бумаги толщиной 0,1 мм полностью поглощает a-излучение. 1 — радиоактивный препарат, 2 — свинцовый экран, 3 — фотопластинка, 4 — лист бумаги толщины 0,1 мм
Рассмотрим следующий опыт. В откачанную коробку (рис. 377, а) перед узкой щелью в свинцовой перегородке 2 помещен радиоактивный препарат 1 (например, крупинка радия). Установим по другую сторону щели фотографическую пластинку 3. После проявления мы увидим на ней черную полоску — теневое изображение щели. Свинцовая перегородка, следовательно, задерживает радиоактивные лучи; и они проходят в виде узкого пучка через щель. Поместим теперь коробку между полюсами сильного магнита (рис. 377, б) и снова установим в положение 3 фотопластинку. Проявив пластинку, обнаружим на ней уже не одну, а три полоски, из которых средняя соответствует прямолинейному распространению пучка из препарата через щель.

Таким образом, в магнитном поле пучок радиоактивного излучения разделился на три составляющие, из которых две отклоняются полем в противоположные стороны, а третья не испытывает отклонения. Первые две составляющие представляют собой потоки противоположно заряженных частиц. Положительно заряженные частицы получили название a-частиц или a-излучения. Отрицательно заряженные частицы называют b-частицами или b-излучением. Магнитное поле отклоняет a-частицы несравненно слабее, чем b-частицы. Нейтральная компонента, не испытывающая отклонения в магнитном поле, получила название g-излучения.

a-, b- и g-излучения сильно отличаются друг от друга по свойствам, в частности по способности проникать сквозь вещество. Для исследования проникающей способности

Рис. 378. Поглощение радиоактивных излучений веществом
радиоактивного излучения можно использовать тот же прибор (рис. 377, в). Будем помещать между препаратом 1 и щелью экраны возрастающей толщины, производить снимки в присутствии магнитного поля и отмечать, начиная с какой толщины экрана исчезнут следы лучей каждого рода.

Оказывается, первым исчезает след a-частиц. a-частицы полностью поглощаются уже листом бумаги толщины около 0,1 мм (рис. 377, в; 378, а). Поток b-частиц постепенно ослабляется с увеличением толщины экрана и поглощается полностью при толщине алюминиевого экрана в несколько миллиметров (рис. 378, б). Наиболее проникающим является g-излучение. Слой алюминия толщины 1 см почти не ослабляет интенсивности g-излучения.

Вещества с большим атомным номером обладают значительно большим поглощающим действием для g-излучения; в этом отношении g-излучение сходно с рентгеновским. Так, 1 см свинца (Z=82) ослабляет пучок g-излучения примерно в два раза (рис. 378, в).

Различие в свойствах a-, b- и g-излучений наглядно проявляется в так называемой камере Вильсона — приборе для наблюдения путей быстрых заряженных частиц. Камера Вильсона (рис. 379) представляет собой стеклянный

Рис. 379. Камера Вильсона (упрощенная схема): 1 — стеклянный цилиндр, 2 — поршень, 3 — осветитель, 4 — фотоаппарат. Воздух над поршнем насыщен паром воды
цилиндр 1 со стеклянной крышкой, в котором может перемещаться поршень 2. Объем цилиндра над поршнем заполнен воздухом, насыщенным паром воды (или спирта). При резком опускании поршня воздух в камере охлаждается вследствие быстрого расширения. Пар воды становится пересыщенным, т. е. создаются условия для конденсации пара на ядрах конденсации (см. том I, § 300). В качестве ядер конденсации могут служить продукты ионизации воздуха. Ионы поляризуют молекулы воды и притягивают их к себе, облегчая этим конденсацию. Ядрами конденсации могут служить также частички пыли, но при работе с камерой Вильсона воздух в ней тщательно очищают.

Пусть пар в камере находится в состоянии пересыщения. Быстрая заряженная частица, пролетая через камеру, оставляет на своем пути цепочку ионов. На каждом ионе оседает капелька, и траектория частицы становится видимой в виде туманного следа. Освещая туманные следы сбоку сильной лампой 3 (рис. 379), можно сфотографировать их через прозрачную крышку камеры. Такие фотографии изображены на рис. 380 и 381. С помощью этого замечательного метода мы имеем возможность наблюдать траекторию полета (след) одной-единственной

Рис. 380. Следы a- и b-частиц в камере Вильсона. Частицы испускаются радиоактивным препаратом, помещенным в нижней части камеры:| а) a-частицы: камера в магнитном поле 4,3 Тл, направленном перпендикулярно плоскости рисунка от нас; б) b-частицы: магнитное поле 0,0215 Тл направлено на нас
a- или b-частицы. Туманные следы существуют в камере недолго, так как воздух нагревается, получая тепло от стенок камеры, и капли испаряются. Чтобы получить новые следы, необходимо удалить имеющиеся ионы с помощью электрического поля, сжать воздух поршнем, выждать, пока воздух в камере, нагревшийся при сжатии, охладится, и произвести новое расширение.

Ценность камеры Вильсона как физического прибора значительно возрастает, если поместить ее в магнитное поле, как это сделали советские физики Петр Леонидович Капица (1894—1984) и Дмитрий Владимирович Скобельцын (р. 1892). Магнитное поле искривляет траектории частиц (рис. 380). Направление изгиба следа позволяет судить о знаке заряда частицы; измерив радиус траектории, можно определить скорость частицы, если известны ее масса и заряд (см. § 198).

Длина следов a-частиц в воздухе при атмосферном давлении составляет около 5 см и много меньше длины следов

Рис.381. Фотография следов в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле и облучаемой g-излучением. Вверху — расположение источника: 1 — радиоактивный препарат, 2 — свинцовый экран с щелью, g — пучок g -излучения.
большинства b-частиц. Следы a-частиц гораздо жирнее следов b-частиц, что свидетельствует о меньшей ионизующей способности последних.

На рис. 381 представлена камера Вильсона, помещенная в магнитное поле и облучаемая источником g-излучения. Пучки g-излучения не отклоняются магнитным полем, и их траектории в камере должны представлять собой прямые линии, исходящие из источника. Таких прямолинейных следов на фотографии нет. Следовательно, g-излучение не оставляет на своем пути непрерывной цепочки ионизованных атомов. Действие g-излучения на вещество сводится к редкому выбиванию из атомов электронов, которым за счет энергии g-квантов сообщается большая скорость; эти электроны затем производят ионизацию атомов среды. Траектории таких электронов, изогнутые магнитным полем, видны на рис. 381. Большинство электронов исходит из стенок камеры.

Отметим в заключение, что большинство радиоактивных веществ излучает только один род частиц — либо a-частицы, либо b-частицы. Испускание частиц часто (но не всегда) сопровождается испусканием g -излучения.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

You are here: