Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 212. α-, β- и γ-излучение. Камера Вильсона
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 212.
α-, β- и γ-излучение. Камера Вильсона. Как мы видели, радиоактивные излучения обладают ионизационным и фотографическим действием. Оба эти действия свойственны как быстрым з а р я ж е н н ы м частицам, так и рентгеновскому из- лучению, представляющим собой электромагнитные волны. Что- бы выяснить, обладает ли радиоактивное излучение зарядом, достаточно подвергнуть его действию электрического или маг- нитного поля. Рассмотрим следующий опыт. В
коробку (рис. 377, а) перед узкой щелью в свинцовой перегородке 2 помещен радиоактивный препарат
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 т р и полоски, из которых средняя соответствует прямолинейному распространению пучка из препарата через щель. Таким образом, в магнитном поле пучок радиоактивного из- лучения разделился на т р и составляющие, из которых две отклоняются полем в противоположные стороны, а третья не ис- пытывает отклонения. Первые две составляющие представляют собой потоки противоположно заряженных частиц. Положитель- но заряженные частицы получили название α-частиц или α-из- 1 ) За исключением элементов с порядковыми номерами 85 и 87, которые в естественном виде не существуют. Гл. XXIII. Радиоактивность 521
лучения. Отрицательно заряженные частицы называют β-части- цами или β-излучением. Магнитное поле отклоняет α-частицы несравненно слабее, чем β-частицы. Нейтральная компонента, не испытывающая отклонения в магнитном поле, получила назва- ние γ-излучения. Рис. 377. Отклонение радиоактивного излучения магнитным полем:
чей 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 α -излучение. 1 — ра- диоактивный препарат, 2 — свинцовый экран, 3 — фотопластинка, 4 — лист бумаги толщины 0,1 мм α-, β- и γ-излучения сильно отличаются друг от друга по свойствам, в частности по способности проникать сквозь веще- ство. Для исследования проникающей способности радиоактив- ного излучения можно использовать тот же прибор (рис. 377, б). Будем помещать между препаратом 1 и щелью экраны возраста- ющей толщины, производить снимки в присутствии магнитного поля и отмечать, начиная с какой толщины экрана исчезнут следы лучей каждого рода. Оказывается, первым исчезает след α-частиц. α-частицы полностью поглощаются уже листом бумаги толщины около 0,1 мм (рис. 377, в; 378, а). Поток β-частиц постепенно ослаб- ляется с увеличением толщины экрана и поглощается полно- стью при толщине алюминиевого экрана в несколько миллимет- ров (рис. 378, б). Наиболее проникающим является γ-излучение. Слой алюминия толщины 1 см почти не ослабляет интенсивности γ-излучения. Вещества с большим атомным номером обладают значитель- но б´
ольшим поглощающим действием для γ-излучения; в этом 522 Гл. XXIII. Радиоактивность отношении γ-излучение сходно с рентгеновским. Так, 1 см свин- ца (Z = 82) ослабляет пучок γ-излучения примерно в два раза (рис. 378, в). Рис. 378. Поглощение радиоактивных излучений веществом Различие в свойствах α-, β- и γ-излучений наглядно прояв- ляется в так называемой камере Вильсона — приборе для на- блюдения путей быстрых заряженных частиц. Камера Вильсона (рис. 379) представляет собой стеклянный цилиндр 1 со стек- Рис. 379. Камера Вильсона (упрощенная схема): 1 — стеклянный ци- линдр, 2 — поршень, 3 — осветитель, 4 — фотоаппарат. Воздух над поршнем насыщен паром воды лянной 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 п е р е с ы щ е н н ы м, т. е. создаются условия для конденсации пара на я д р а х к о н д е н с а ц и и (см. том I, § 300). В качестве ядер конденсации могут служить продукты ионизации воздуха. Ионы поляризуют молекулы воды и при- Гл. XXIII. Радиоактивность 523
тягивают их к себе, облегчая этим конденсацию. Ядрами кон- денсации могут служить также частички пыли, но при работе с камерой Вильсона воздух в ней тщательно очищают. Пусть пар в камере находится в состоянии п е р е с ы щ е- н и я. Быстрая заряженная частица, пролетая через камеру, оставляет на своем пути цепочку ионов. На каждом ионе оседает капелька, и траектория частицы становится видимой в виде т у- м а н н о г о с л е д а. Освещая туманные следы сбоку сильной лампой 3 (рис. 379), можно сфотографировать их через прозрач- ную крышку камеры. Такие фотографии изображены на рис. 380 и 381. С помощью этого замечательного метода мы имеем воз- Рис. 380. Следы α - и
β -частиц в камере Вильсона. Частицы испускают- ся радиоактивным препаратом, помещенным в нижней части камеры:
α -частицы: камера в магнитном поле 4,3 Тл, направленном перпен- дикулярно плоскости рисунка от нас; б) β -частицы: магнитное поле 0,0215 Тл направлено на нас можность наблюдать траекторию полета (след) о д н о й - е д и н- с т в е н н о й α- или β-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 элек- трического поля, сжать воздух поршнем, выждать, пока воздух
524 Гл. XXIII. Радиоактивность в камере, нагревшийся при сжатии, охладится, и произвести новое расширение. Ценность камеры Вильсона как физического прибора значи- тельно возрастает, если поместить ее в магнитное поле, как это сделали советские физики Петр Леонидович Капица (1894–1984) Рис. 381. Фотография следов в камере Вильсона, помещенной в маг- нитное поле и облучаемой γ -излучением. Вверху — расположение ис- точника: 1 — радиоактивный препарат, 2 — свинцовый экран с щелью, γ — пучок γ -излучения и Дмитрий Владимирович Скобельцын (р. 1892). Магнитное по- ле 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 α-частиц в воздухе при атмосферном давлении составляет около 5 см и много меньше длины следов б о л ь- ш и н с т в а β-частиц. Следы α-частиц гораздо жирнее следов β- частиц, что свидетельствует о меньшей ионизующей способности последних. Гл. XXIII. Радиоактивность 525
На рис. 381 представлена камера Вильсона, помещенная в магнитное поле и облучаемая источником γ-излучения. Пучки γ-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, γ-излучение не оставляет на своем пути непре- рывной цепочки ионизованных атомов. Действие γ-излучения на вещество сводится к редкому выбиванию из атомов электронов, которым за счет энергии γ-квантов сообщается большая ско- рость; эти электроны затем производят ионизацию атомов сре- ды. Траектории таких электронов, изогнутые магнитным полем, видны на рис. 381. Большинство электронов исходит из стенок камеры. Отметим в заключение, что большинство радиоактивных ве- ществ излучает только один род частиц — либо α-частицы, либо β-частицы. Испускание частиц часто (но не всегда) сопровожда- ется испусканием γ-излучения.
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|