Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Научные работы / Методы наблюдения и регистрации радиоактивных частиц иизлучений

Методы наблюдения и регистрации радиоактивных частиц иизлучений



Внимание! Сегодня последний день приёма заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)


  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

Министерство образования и молодежной политики Ставропольского края


Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Георгиевский региональный колледж «Интеграл»






ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Физика»


на тему: «Методы наблюдения и регистрации радиоактивных частиц и излучений»










Руководитель: преподаватель Серкова Н.А




Дата сдачи: «____» ____________ 2016 г.


Дата защиты: «____» ____________ 2016 г.


Георгиевск

2016



ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель:


  1. Изучить методы наблюдения и регистрации радиоактивных частиц и излучений, сформировать представление о радиоактивности и физической природы α-, β-, γ-излучений.

  2. Способствовать формированию умения анализировать, сравнивать, обобщать факты, убежденности в знаниях в процессе применения полученных знаний в различных ситуациях при решении задач.

Задачи:

  1. Проследить историю открытия радиоактивности, её физическую сущность.

  2. Знать процессы α-, β-распада и γ-излучения.

  3. Усвоить правила смещения.

  4. Иметь представление о методах регистрации элементарных частиц.































Содержание

 

  1. Введение………………………………………………………………….3

  2. Естественные источники радиоактивного излучения…………………4

  3. Методы наблюдения и регистрации радиоактивного излучения и частиц ……………………………………………………………………10

  4. Заключение………………………………………………………………20

5.Список литературы……………..…………………………………………21





































Введение

Сто лет назад, в феврале 1896 года, французский физик Анри Беккерель обнаружил самопроизвольное излучение солей урана 238U(слайд №3). 26-27 февраля 1896 года Беккерель приготовил несколько образцов кристаллов и прикрепил их к завернутым в бумагу фотопластинкам. Однако в эти дни стояла пасмурная погода, и Беккерель решил отложить опыт. Он считал, что ему необходим яркий солнечный свет. Пластинки были спрятаны в ящик стола и пролежали там около трех дней.

Лишь 1 марта, Беккерель решил их проявить, ожидая в лучшем случае, увидеть слабые изображения. Но все оказалось наоборот: изображения были очень четкими. Таким образом, какое-то излучение испускалось солями урана безо всякого освещения светом. Беккерель продолжил исследования солей урана, однако он не понимал природы этого излучения.

Двумя годами позднее, супруги Пьер и Мария Кюри, доказали, что аналогичным свойством обладает химический элемент торий 232Th (слайд №4). Затем они же открыли новые, ранее неизвестные элементы – полоний 209Po и радий 226Ra.

Радий – редкий элемент; чтобы получить 1 грамм чистого радия, надо переработать не менее 5 тонн урановой руды; его радиоактивность в несколько миллионов раз выше радиоактивности урана.

Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

Супруги Кюри, явление самопроизвольного излучения назвали радиоактивностью.

И в 1903 году Эрнест Резерфорд проделав опыт обнаружил три пятна, от испускаемых веществом трех лучей, которые отличаются друг от друга разной способностью проникать сквозь вещества. Их назвали α-, β-лучами и γ-излучением (слайд №5).


Превращение атомных ядер сопровождается испусканием α-,β-лучей, которое называется α-, β-распадом соответственно.

Эти два распада подчиняются правилам смещения, которые впервые сформулировал английский ученый Содди:


  • При α-распаде ядро теряет положительный заряд 2e и его масса убывает на 4 а.е.м. (слайд №6)

В результате α-распада элемент смещается на две клетки к началу периодической системы Менделеева:


  • При β-распаде из ядра вылетает электрон, что увеличивает заряд ядра на 1. масса же остается почти неизменной. (слайд №7)

В результате β-распада элемент смещается на одну клетку к концу периодической таблицы Менделеева.


  • γ-излучение – не сопровождается изменением заряда; масса же ядра меняется ничтожно мало. (слайд №8)

Альфа-излучение  отклоняется  электрическим  и  магнитным  полями,

обладает  высокой  ионизирующей  и  малой  проникающей  способностью

(например, поглощается слоем алюминия толщиной примерно 0.05 мм.). Это

поток ядер гелия.

 Бета-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями. Его

ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка),

а поглощающая,  гораздо  больше (поглощается  слоем  алюминия  толщиной примерно 2 мм.), чем у альфа-частиц. Это поток электронов или позитронов.

Коэффициент  поглощения  бета-излучения,  которое  сильно  рассеивается  в

веществе, зависит не только от свойств вещества, но и от размеров и формы

тела, на которое падает бета-излучение.

    Гамма-излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями,

обладает  относительно  слабой  ионизирующей  способностью  и  очень

большой  проникающей  способностью (например,  проходит  через  слой

свинца  толщиной 5  см). При прохождении через  кристаллическое  вещество наблюдается  дифракция  гамма-излучения. Гамма-излучение –  это коротковолновое  электромагнитное  излучение  с  чрезвычайно малой  длиной волны – меньше 10-10 м. Многие  радиоактивные  процессы  сопровождаются излучением гамма-квантов.

     В  начальный  период  исследования  радиоактивного  излучения

приходилось  иметь  дело  с  проникающим  рентгеновским  излучением,

распространяющимся  в  воздухе.  Поэтому  в  качестве  количественной  меры излучения многие  годы  применяли  результат измерений ионизации  воздуха вблизи  рентгеновских  трубок  и  аппаратов.  Позднее  была  установлена экспозиционная  доза –  количественная  характеристика  ионизирующего излучения. Единица экспозиционной дозы – рентген (Р), 1Р=2·109  пар ионов в 1 см3 воздуха при атмосферном давлении. В практической дозиметрии часто применяется мощность  экспозиционной дозы, равная экспозиционной дозе в единицу времени.

    Изучение  последствий  облучения  живого  организма  привело  к

заключению,  что  радиобиологический  эффект  зависит  не  только  от

поглощенной дозы, т.е. энергии, переданной облученному веществу, но и от

других  факторов.  При  одной  и  той  же  поглощенной  дозе

радиобиологический эффект тем выше, чем мощнее ионизация, создаваемая

излучением.  Для  количественной  оценки  такого  влияния  вводится  понятие эквивалентной дозы. Единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв), названная в  честь  известного  шведского  радиобиолога  Г.Р.  Зиверта.  Иногда используется другая единица эквивалентной дозы – бэр (1 Зв = 100 бэр).

2.Естественные источники радиоактивного излучения.

  Основную  часть  облучения  население  Земли  получает  от  естественных

источников  радиоактивного  излучения.  Большинство  из  них  таковы,  что

избежать  облучения  от  них  совершенно  невозможно.  На  протяжении  всей истории  существования  Земли  разные  виды  излучения  падают  на  ее

поверхность  из  космоса  и  поступают  от  радиоактивных  веществ,

находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя путями.

      Радиоактивные  вещества  могут  находиться  вне  организма  и  облучать  его

снаружи;  в  этом  случае  говорят  о  внешнем  облучении.  Или  же  они  могут оказаться  в  воздухе,  которым  дышит  человек,  в  пищи  или  воде  и  попасть внутрь  организма.  Такой  способ  облучения  называют  внутренним.

      Облучению  от  естественных  источников  радиации  подвергается  любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах  земного  шара,  где  залегают  радиоактивные  породы,  оказываются значительно выше среднего, а в других местах – соответственно ниже.

      Доза  облучения  зависит,  кроме  того,  от  условий  жизни  людей.

Применение  некоторых  строительных  материалов,  использование  газа  для приготовления  пищи,  открытых  угольных  жаровень  герметизация

помещений  и  даже  полеты  на  самолетах –  все  это  сказывается  на  уровне облучения  за  счет  естественных  источников  радиации.  Земные  источники радиации  в  сумме  ответственны  за  большую  часть  облучения,  которому подвергается  человек  за  счет  естественной  радиации.  В  среднем  они  дают более 5/6  годовой  эквивалентной  дозы,  получаемой населением  в основном вследствие  внутреннего  облучения.  Остальную  часть  вносят  космические лучи,  главным  образом  путем  внешнего  облучения.  Рассмотрим  вначале некоторые  данные  о  внешнем  облучении  от  источников  космического происхождения.

     Естественный  радиационный  фон,  создаваемый космическими  лучами,  дает  чуть  меньше  половины  внешнего  облучения,

получаемого  населением  от  естественных  источников  радиации.

     Космические  лучи  в  основном  приходят  к  нам  из  глубин  Вселенной,  но некоторая  часть  рождается  на  Солнце  во  время  солнечных  вспышек.

     Космические  лучи  могут  достигать  поверхности  Земли  или

взаимодействовать  с  ее  атмосферой,  порождая  вторичное  излучение  и

приводя  к  образованию  различных  радионуклидов.  Нет  такого  места  на

Земле,  куда  бы  ни  падали  невидимые  космические  лучи.  Но  одни  участки земной поверхности более подвержены их действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают большие радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы, из которых в основном и состоят космические лучи.

    Существеннее,  однако,  то,  что  уровень  облучения  растет  с  высотой,

поскольку при этом над ними остается все меньше воздуха, играющего роль

защитного экрана. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космического  лучей  эквивалентную  дозу  около 300  мкЗв/год;  для  людей,

живущих  выше 2000  м  над  уровнем  моря,  эта  величина  в  несколько  раз

больше.

    Еще  более  интенсивному,  хотя  и  относительно  непродолжительному

облучению,  подвергаются  экипажи  и  пассажиры  самолетов. При  подъеме  с высоты 4000  м (максимальная  высота,  на  которой  расположены  поселения людей:  деревни  шерпов  на  склонах  Эвереста)  до 12 000  м(максимальная высота  полета  трансконтинентальных  авиалайнеров)  уровень  облучения  за счет космических лучей  возрастает примерно в 245 раз и продолжает расти при  дальнейшем  увеличении  высоты  до 20 000  м   (максимальная  высота полета сверхзвукового реактивных самолетов) и выше. При перелете из Нью-Йорка  в  Париж  пассажир  обычного  турбореактивного  самолета  получает дозу  около 50 мкЗв,  а  пассажир  сверхзвукового  самолета  на 20 % меньше, хотя подвергается более интенсивному облучению. Это объясняется тем, что во втором случае перелет занимает гораздо меньше времени. Земные  радиоактивные  источники  излучения.  Основные радиоактивные  изотопы,  встречающиеся  в  горных  породах  Земли –  это калий-40,  рубидий-87  и  изотопы  двух  радиоактивных  семейств,  берущих начало  соответственно  от  урана-238  и  тория-232 –долгоживущих  изотопов, входящих в состав Земли с  самого  ее рождения. Разумеется,  уровни  земной радиации  неодинаковы  для  разных  мест  земного  шара  и  зависят  от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания  основной  массы  населения  они  примерно  одного  порядка.

    Мощность эквивалентной дозы естественного радиоактивного фона на Земле составляет  в  среднем 1мЗВ/год,  или  около 0.12  мкЗв/час.  Для  сравнения укажем,  что  просмотр  одного  хоккейного  матча  по  телевизору  дает  дозу около 0.01 мкЗв.

    Облучение в 5мЗв за год (или 0.5-0.6 Зв/час) считается допустимым для

населения (для персонала АЭС –в 10 раз больше), так же, как и разовая доза

0.1 –0.2 Зв при аварийном облучении. При  получении  однократной  дозы,  начиная  с 0.5  Зв,  наблюдается кратковременное изменение  состава крови и нарушение работы желудочно-кишечного  тракта. При  дозе  в 1  Зв и  более  развиваются  симптомы  лучевой болезни  различной  степени  тяжести.  Доза  в 4.5  Зв  является  половинной летальной дозой, т.е. при ее получении погибает 50% облученных, а доза 6 Зв безусловно смертельна.

    Согласно  исследованиям,  проведенным  во  Франции,  ФРГ,  Италии,

Японии  и  США,  примерно 95%  населения  этих  стран  живет  в  местах,  где мощность  дозы  облучения  в  среднем  составляет  от 0.3  до 0.6  мЗв/год.

    Некоторые  группы  населения  получают  значительно  большие  дозы

облучения: около 3% получает в среднем 1 мЗв/год, а примерно 1.5 % - более

1.4 мЗв/год. Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше.

    Например,  на  небольшой  возвышенности,  расположенной  в 200  км  от Сан-Паулу  в  Бразилии,  уровень  радиации  в 800  раз  превосходит  средний  и достигает  примерно 250  мЗв/год.  По  каким-то  причинам  возвышенность

оказалась  необитаемой.  Лишь  чуть  меньшие  уровни  радиации  была

зарегистрированы  на  морском  курорте  Гуарапари  с  населением  примерно

12000  человек,  расположенном  в 600  км  к  востоку  от  этой  возвышенности.

    Каждое  лето  Гуарапари  становится  местом  отдыха  примерно 30000

курортников.  На  отдельных  участках  его  пляжей  зарегистрирован  уровень радиации 175 мЗв/год. Радиация на улицах города намного ниже – от 8 до 15 мЗв/год, но все же значительно превышает средний уровень.

    Сходная  ситуация  наблюдается  в  рыбацкой  деревушке  Меаипе,

расположенной в 50 км к югу от Гуарапари. Оба населенных пункта стоят на

песках, богатых торием.

    В другой части земного шара на юго-западе Индии 70000человек живут

на  узкой  прибрежной  полосе  длиной 55  км,  вдоль  которой  также  тянутся пески,  богатых  торием.  Исследования,  охватившие 8513  человек  из  числа проживающих на этой территории, показали, что данная группа лиц получает в  среднем 3.8  мЗв/год  на  человека.  Из  них  более 500  человек  получают свыше 8.7  мЗв/год.  Около  шестидесяти  человек  годовую  дозу,

превышающую 17  мЗв/год,  что  существенно  превышает  годовую  дозу

внешнего облучения от земных источников радиации.

    Территории  в  Бразилии  и  Индии –  наиболее  хорошо  изученные

«горячие  точки»  нашей  планеты.  Но  в  Иране,  например,  в  районе  городка Рамсер,  где  бьют  ключи,  богатые  радием,  были  зарегистрированы  уровни радиации 400 мЗв/год. Известны и другие места на  земном шаре  с высоким уровнем радиации, например во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре. Источники  внутреннего  облучения.  В  среднем  примерно 2/3 эффективной  эквивалентной  дозы  облучения,  которую  человек  получает  от естественных  источников  радиации,  поступает  от  радиоактивных  веществ, попавших  в организм  с пищей,  водой  и  воздухом. Совсем небольшая  часть этой дозы приходится на радиоактивные изотопы типа углерода- 14 и трития, которые  образуются  под  действием  космических  лучей.  Все  остальное поступает  от  источников  земного  происхождения.  В  среднем,  человек получает  около 180  мкЗв/год  за  счет  калия- 40,  который  усваивается организмом  вместе  с  нерадиоактивными  изотопами  калия,  необходимыми для жизнедеятельности организма.       Значительно  большую  дозу  внутреннего  облучения  человек  получает

от  нуклидов  радиоактивного  ряда  урана- 238  и  в  меньшей  степени-  от

радионуклидов  ряда  тория – 232.  некоторые  из  них,  например  нуклиды

свинца и полония,  поступают  в организм  с пищей. Они  концентрируются  в рыбе  и  моллюсках,  поэтому  люди,  потребляющие  много  рыбы  и  других даров моря, могут получить относительно высокие дозы облучения.

    Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются в основном мясом

северного  оленя (карибу),  в  котором   радиоактивные  изотопы  свинца  и

полония присутствуют в довольно высокой концентрации. Особенно велико

содержание полония- 210. Эти изотопы попадают в организм оленей зимой,

когда  они  питаются  лишайниками,  в  которых  накапливаются  оба  изотопа. Дозы внутреннего облучения человека от полония- 210 в этих случаях могут в 35 раз превышать средний уровень.

    В другом  земном полушарии люди, живущие в Западной Австралии  в

местах с повышенной концентрацией урана, получают дозы облучения, в 75

раз превосходящие  средний  уровень, поскольку едят мясо и требуху овец и

кенгуру. Прежде чем попасть в организм человека, радиоактивные вещества,

как  и  в  рассмотренных  выше  случаях,  проходят  по  сложным  маршрутам  в окружающей  среде, и  это приходится  учитывать при оценке доз облучения, полученных от какого-либо источника. Искусственные  источники  радиоактивного  излучения.  За последние  несколько  десятилетий  человек  создал  сотни  искусственных радионуклидов  и  научился  использовать  энергию  атома  в  самых  разных целях: в медицине, для создания атомного оружия, для производства энергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов и поиска  полезных  ископаемых.  Все  это  приводит  к  увеличению  дозы облучения  как  отдельных  людей,  так  и  населения  Земли  в  целом. Индивидуальные  дозы,  получаемые  разными  людьми  от  искусственных источников радиации, сильно различаются. В большинстве случаев эти дозы весьма  невелики,  но  иногда  облучение  за  счет  техногенных  источников

оказывается во много тысяч раз интенсивнее, чем за счет естественных. Как

правило,  для  техногенных  источников  радиации  упомянутые  различия

выражены гораздо сильнее, чем для естественных. Кроме того, порождаемое

им  излучение  обычно  легче  контролировать,  хотя  облучение,  связанное  с радиоактивными  осадками  от  ядерных  взрывов,  почти  также  невозможно контролировать, как и облучение, обусловленное космическими лучами или земными источниками. Источники  радиации,  используемые  в  медицине.  Существенный вклад в облучение вносят источники радиации, применяемые в медицине как в  диагностических  целях,  так  и  для  лечения.        Один  из  самых распространенных  медицинских  приборов –  рентгеновский  аппарат. Получают  все  более  широкое  распространение  и  новые  сложные диагностические методы, основанные на применении радиоизотопов. Как ни парадоксально,  но  одним  из  методов  борьбы  с  раком  является  лучевая терапия. Понятно, что индивидуальные дозы, получаемые разными людьми, сильно  варьируются  от  нуля (у  тех,  кто  ни  разу  не  проходил  даже рентгенологического  обследования)  до  многих  тысяч  среднегодовых естественных  доз (  у  пациентов,  которые  лечатся  от  рака).  Иногда  для существенного  повышения  эффективности  диагностики  нужно  лишь  слегка увеличить дозу. Как бы то ни было, пациент должен получать минимальную дозу при обследовании и здесь имеются резервы значительного уменьшения облучения. Благодаря техническим усовершенствованиям аппаратуры можно уменьшить  дозы,  получаемые  пациентами.  Максимальное  уменьшение площади  рентгеновского  пучка,  его  фильтрация,  убирающая  лишнее излучение,  использование  более  чувствительных  пленок,  правильная экранировка  и  точная  фокусировка  радиоактивного  пучка –  все  это уменьшает  дозу.  Со  времени  открытия  рентгеновских  лучей  самым значительным достижением в разработке методов рентгенодиагностики стала компьютерная томография, которая находит все большее применение.

 3.Методы наблюдения и регистрации радиоактивного излучения.

 

     Практически  все  методы  наблюдения  и  регистрации  радиоактивного

излучения и  частиц  основаны  на их  способности производить  ионизацию  и возбуждение атомов  среды. Заряженные частицы вызывают  такие процессы непосредственно, а гамма-кванты и нейтроны обнаруживаются по ионизации, вызываемой возникающими в результате их взаимодействия с электронами и ядрами  атомов  среды  быстрыми  заряженными  частицами.  Вторичные эффекты,  сопровождающие  рассмотренные  процессы,  такие,  как  вспышка света,  электрический  ток,  потемнение  фотопластинки.  Позволяют рассматривать  пролетающие  частицы,  считать  их,  отличать  друг  от друга  и измерять их энергию.

      Приборы,  применяемые  для  регистрации  радиоактивного  излучения  и

частиц, делятся на две группы:

·     Для  регистрации  частиц,  проходящих  через  определенную  область

пространства;  в  некоторых  случаях  они  способны  определять

характеристики  частиц,  например,  их  энергию;  к  таким  приборам

относятся  сцинтилляционный  счетчик,  черенковский  счетчик,

импульсная  ионизационная  камера,  газоразрядный  счетчик,

полупроводниковый счетчик;

· Позволяющие наблюдать либо фотографировать следы (треки) частиц

в  веществе (камера  Вильсона,  диффузионная  камера,  пузырьковая

камера, ядерные фотоэмульсии).    

 

Рис.1.сцинтилляционный счетчик

  Сцинтилляционный  счетчик-  детектор  ядерных  частиц,  основными 

элементами  которого  являются  сцинтиллятор (кристаллофосфор)  и

фотоэлектронный  умножитель,  позволяющий  преобразовывать  слабые

световые  вспышки  в  электронные  импульсы,  регистрируемые

электронной  аппаратурой.  Сцинтилляционные  счетчики  обладают

высоким разрешением по времени (10-10 – 10-5 сек), определяемым родом

регистрируемых  частиц,  сцинтиллятором  с   разрешающим  временем

используемой  электронной  аппаратуры.  Для  данных  счетчиков

эффективность  регистрации –  отношение  числа  зарегистрированных

частиц  к  их  полному  числу -  примерно 100%  для  заряженных  частиц  и

30%  для  гамма-квантов.  Для  многих  сцинтилляторов  интенсивность

световой  вспышки  пропорциональна  энергии  первичной  частицы,  и

счетчики  на  этих  сцинтилляторах  могут  применяться  для  определения

энергии регистрируемых частиц.

     Черенковский счетчик регистрирует частицу практически мгновенно (

при движении  заряженной частицы в среде  со  скоростью, превышающей

фазовую  скорость  света  в  данной  среде,  возникает  вспышка, преобразуемая  с  помощью  фотоумножителя  в  импульс  тока).  Он

позволяет  отделить  элементарные  частицы  друг  от  друга  при  энергиях

порядка 10  ГэВ.  Время  разрешения  счетчиков  достигает 10-9  сек.

    Черенковские  счетчики  устанавливаются  на  космических  кораблях  для

исследования космического излучения.

 

Рис.2.Черенковский счетчик

 

      Импульсная  ионизационная  камера –  это  детектор  частиц,  действие

которого  основано  на  способности  заряженных  частиц  вызывать

ионизацию  газа.  Ионизационная  камера  представляет  собой

электрический  конденсатор,  заполненный  газом,  к  электродам  которого

подается  постоянное  напряжение.  Регистрируемая  частица,  попадая  в

пространство  между  электродами,  ионизирует  газ.  Ионизационные

камеры  бывают  двух  типов: интегрирующие (измеряют  суммарный

ионизационный ток) и импульсные, являющиеся по существу счетчиками

(они регистрируют отдельную частицу и измеряют ее  энергию, правда,  с

небольшой точностью из-за слабого выходного сигнала).

 

 

Рис.3.Импульсная ионизационная камера

 

     Газоразрядный  счетчик обычно  выполняется  в  виде  наполненного

газом  металлического  цилиндра (катода)  с  тонкой  проволокой (анодом),

натянутой  вдоль  его  оси.  Хотя  газоразрядные  счетчики  конструктивно

похожи  на  ионизационную  камеру,  однако  в  них  основную  роль  играет

вторичная ионизация, обусловленная столкновениями первичных ионов с

атомами  и  молекулами  газа  и  стенок.  Различают  два  вида  счетчиков:

пропорциональные (в  них  газовый  разряд  несамостоятельный,  т.е.  гаснет

при прекращении действия ионизатора) и счетчики Гейгера-Мюллера ( в

них  разряд  самостоятельный,  т.е.  поддерживается  после  прекращения

действия  ионизатора).  Пропорциональные  счетчики  не  только

регистрируют  частицу,  но  и  измеряют  ее  энергию.  При  этом  импульсы,

вызываемые отдельными частицами, усиливаются в 103 –104 раз (иногда в

106 раз). Счетчики Гейгера-Мюллера регистрируют частицу без измерения

ее энергии. Коэффициент усиления их составляет около 108, а временное

разрешение – 10-3 – 10-7 сек. Для газоразрядных счетчиков эффективность регистрации  равна  примерно 100 %  для  заряженных  частиц  и  примерно

5% для гамма-квантов.

 

 

Рис. 4. Газоразрядный счетчик в металлическом корпусе: 1 - корпус счетчика (катод); 2- нить счетчика (анод); 3— выводы; 4 — изоляторы

 

    Полупроводниковый  счетчик –  это  детектор  частиц,  рабочим

элементом которого служит полупроводниковый диод. Время разрешения

их  составляет  примерно 10-9сек. Полупроводниковые  счетчики  обладают

высокой надежностью и могут работать в магнитных полях. Однако малая

толщина  их  рабочей  области (порядка  сотни микрометров)  не  позволяет

применять их для регистрации высокоэнергетических частиц.

 

 

Рис.5. Полупроводниковый счётчик

 

     Камера Вильсона – старейший  и  на  протяжении  многих  десятилетий

(вплоть  до 50-60  годов)  единственный  тип  трекового  детектора.

Выполняется  обычно  в  виде  стеклянного  цилиндра  с  плотно

прилегающим  поршнем.  Цилиндр  наполняется  газом (гелием  или

аргоном),  насыщенным  парами  воды  или  спирта.  При 

 

рис.6. камера Вильсона

 

резком адиабатическом  расширении  газа  пар  становится  перенасыщенным  и  на траекториях  частиц,  пролетающих  через  камеру,  образуются  треки  из тумана. Образовавшиеся треки для воспроизводства их пространственного

расположения  фотографируются  стереоскопически,  т.е.  под  разными

углами.  По  характеру  и  геометрии  треков  можно  судить  о  типе

прошедших  через  камеру  частиц (например,  альфа-  частица  оставляет

сплошной  след,  бета-частица –тонкий),  об  энергии  частиц (  по  длине

пробега), о плотности ионизации (по количеству капель на единицу длины

трека), о числе участвующих в реакции частиц.

    Российский ученый Д. В. Скобельцын (1892-1990) значительно расщирил возможности камеры Вильсона, поместив ее в сильное магнитное поле (1927). По искривлению траектории заряженных частиц в магнитном поле, т. е. по кривизне трека, можно судить о знаке заряда, а если известен тип частицы (ее заряд и масса), то по радиусу кривизны трека можно определить энергию и массу частицы даже в том случае, если весь трек в камере не умещается (для реакций при высоких энергиях вплоть до сотен мегаэлектрон-вольт). Недостаток камеры Вильсона - ее малое рабочее время, составляющее примерно 1% от времени, затрачиваемого для подготовки камеры к последующему расширению (выравнивание температуры и давления, рассасывание остатков треков, насыщение паров), а также трудоемкость обработки результатов.

    Диффузионная  камера- Разновидность  камеры  Вильсона.  Рабочим

веществом  в  ней  также  является  перенасыщенный  пар,  но  состояние

перенасыщения создается диффузией паров спирта от нагретой (до 100

 С) крышки ко дну, охлажденному (до – 600 С) твердой углекислотой. Вблизи дна  возникает  слой  пересыщенного  пара  толщиной  примерно 5  см,  в котором пролетающие заряженные частицы создают треки.

 

 

Рис.7. Диффузионная камера

 

    Пузырьковая  камера содержит  рабочее  вещество  в  виде  перегретой

(находящейся  под  давлением)  прозрачной  жидкости (Жидкий  водород, пропан,  ксенон).  Запускается  камера  так  же,  как  и  камера  Вильсона –

резким  сбросом  давления,  переводящим  жидкость  в  жидкое  перегретое

состояние.  Пролетающая  через  камеру  заряженная  частица  вызывает

резкое вскипание жидкости, и траектория частицы обозначается цепочкой

пузырьков  пара –  образуется  трек,  который,  как  и  в  камере  Вильсона,

фотографируется.  Пузырьковая  камера  работает  циклами.  Размеры

пузырьковых  камер  примерно  такие  же,  как  и  камеры  Вильсона (от

десятков сантиметров до 2 м), но их эффективный объем на 2-3 порядка

больше,  так  как  жидкости  гораздо  плотнее  газов.  Это  позволяет

использовать  пузырьковые  камеры  для  исследования  длинных  цепей

рождения и распадов частиц высоких энергий.

 

 

Рис.8 Пузырьковая камера: а - внешний вид, б - фотография события в камере, в - расшифровка события

 

    Ядерные  фотоэмульсии – это  простейший  детектор  заряженных

частиц.  Прохождение  заряженной  частицы  в  эмульсии  вызывает

ионизацию,  приводящую  к  образованию  центров  скрытого  изображения.

После  проявления  следы  заряженных  частиц  обнаруживаются  в  виде

цепочки  зерен  металлического  серебра. Фотоэмульсии  применяются  для

изучения  реакций,  вызываемых  частицами  в  ускорителях  сверхвысоких

энергий и в космических лучах.

    Методы  наблюдения  и  регистрации  заряженных  частиц  и  излучений

настолько разнообразны, что их детальное описание невозможно. Но тем

не  менее  следует  упомянуть  еще  об  одном  приборе – искровой  камере,

сочетающей  в  себе  преимущества  счетчиков (быстрота  регистрации)  и

трековых  детекторов (полнота  информации  о  частицах).  По  своему

принципу действия она представляет собой набор большого числа мелких

счетчиков.  Для  регистрации  мощности  экспозиционной  дозы  широко

применяются бытовые  дозиметры.  Рабочим  элементом  большинства

модификаций  бытовых  дозиметров  служит  полупроводниковый  диод.

Бытовые дозиметры позволяют измерять мощность экспозиционной дозы

гамма - и бета-излучений. Диапазон измеряемой мощности составляет от 10  до 1000  мкР/ч.  Радиоактивное  излучение  регистрируется  в  диапазоне

энергий0.1- 1.25 МэВ. Время измерений – 20-30 сек. Бытовые дозиметры

снабжены  цифровой  индикацией.  Они  имеют,  как  правило,  портативное

исполнение.

    Естественный  радиоактивный фон  был  обнаружен  еще  в  середине 20

века. Проведенные  в  последние  годы  опыты  с  растениями  и животными

показали,  что  изоляция  живого  организма  от  естественной  радиации

вызывает  в  нем  замедление  самых  фундаментальных  жизненных

процессов.  Вызванное  малыми  дозами  радиоактивного  излучения (на

уровне  естественного,  природного  фона)  возбуждение  молекул

способствует развитию клеток и всего организма в целом. Оно усиливает

иммунитет, повышает всхожесть семян, увеличивает рост растений и т.д.

  Естественный  радиоактивный  фон  удобно  измерять  бытовым

дозиметром.  Радиоактивный  фон  в  помещении  измеряется  обычно  в

разных его точках. Бытовой дозиметр очень прост в использовании.

 

 

 

 

 

 

 

 



Заключение

 

     В данной работе мы рассмотрели различные методы регистрации радиоактивных излучений и частиц, границы их применимости и принципы действия приборов. Наглядно были представлены модели этих приборов – сцинтилляционного счетчика, пузырьковой камеры, камеры Вильсона и т.д.

    Рассмотрели влияние излучения на организм человека, применение приборов для регистрации частиц в различных областях, к примеру в медицине.

    Земные  источники радиации  в  сумме  ответственны  за  большую  часть  облучения,  которому подвергается  человек  за  счет  естественной  радиации.  Остальную  часть  вносят  космические лучи,  главным  образом  путем  внешнего  облучения.

    Современные  исследовательские  установки –  настоящие  монстры.  Например, один из блоков  тяжелоионного  синхротрона в Дармштадте (ФРГ) – инжектор – представляет  собой  туннель  длиной 150 метров  с  вакуумом 10-11 мм.  рт.  ст. Понятно,  что новые методики исследования в области ядерной физики – весьма дорогостоящие «забавы».Так  при  попытке  создания  суперколлайдера  в  Эллис  Каунте (Техас)  Джордж Буш,  тогдашний президент США, «выбил» из Японии 1 млрд. долл. США и  только в одном 1992  году  вложения  составили 592  млн.  долл. Можно  представить  масштабы стройки: площадь лаборатории разработки магнитов – 10000 м2

     На том месте, где должен быть второй главный детектор частиц выкопана шахта шириной 48 м и глубиной 80 м, с целью изучения грунта под фундамент.

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Булдаков Л.А.,Калистратова В.С., «Радиоактивное излучение и здоровье» , Информ-Атом., 2003г.

2. П. А. Игнатов, А. А. Верчеба,  «Радиогеоэкология и проблемы радиационной безопасности», "ИнФолио",2010г.

3. Детлаф А.А.Курс физики.-М.,1973г.

4. Курчатов И. В. Том 2. «Взаимодействие нейтронов с ядрами. Искусственная радиоактивность. Физика деления» - Издательство: "Наука", 2007г.

5.Свободная энциклопедия Виккипедия.

Интернет ресурсы

 



57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)


Автор
Дата добавления 26.10.2016
Раздел Физика
Подраздел Научные работы
Просмотров40
Номер материала ДБ-292261
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх