СЧЕТЧИКИ НЕВИДИМЫХ ЧАСТИЦ И ИЗЛУЧЕНИЙ

Лучи, рожденные атомом

Мы познакомились с процессом возникновения световых лучей и знаем, что они являются результатом перехода внешнего электрона атома из возбужденного состояния в нормальное. Так как световое излучение может проис­ходить при возбуждении только самых удаленных от ядра электронов, то их называют оптическими электронами.

Что же произойдет с атомом, если в него попадет элек­трон, обладающий сравнительно большой энергией? В этом случае электрон может проникнуть сквозь толщу электрон­ных оболочек в глубь атома и выбить электрон с одной из глубоко лежащих электронных оболочек. На освобо­дившееся место сразу же перейдет электрон с вышележа­щей оболочки, излучив при этом высвобождающуюся энер­гию в виде кванта рентгеновского излучения. Таким обра­зом, рентгеновское излучение является результатом пере­хода электронов на внутренних оболочках. По мере пере­движения в глубь атома длина волны рентгеновского излу­чения становится короче, или, как говорят, рентгеновские лучи становятся «жестче». Наиболее «жесткие» рентгенов­ские лучи получаются тогда, когда выбивается электрон из слоя К и его место занимает электрон из слоя L, а на место этого переходит электрон из слоя М и т. д.

Рентгеновские лучи возникают также при резком тор­можении быстро летящих электронов. Известно, что вся­кое замедление движения электрического заряда должно сопровождаться излучением электромагнитной энергии. По­этому при резком торможении электрона он испускает энергию в виде кванта рентгеновского излучения. На этом принципе основано действие рентгеновских трубок, широко используемых в медицине и технике. В рентгеновской труб­ке поток электронов, испускаемый раскаленной вольфра­мовой нитью, ускоряется электрическим полем и резко тормозится на твердой поверхности металлического анти­катода трубки.

Рентгеновские лучи обладают большой проникающей способностью и являются мощным ионизатором. Ионизация рентгеновскими лучами происходит за счет энергии кванта рентгеновского излучения.

Этим не исчерпываются безграничные запасы атомных недр. В 1896 году французский ученый Анри Беккерель установил, что химические соединения урана испускают какие-то невидимые лучи, которые обладали интересными свойствами: под действием их воздух становился провод­ником электричества, закрытая от видимого света фото­графическая пленка чернела и некоторые вещества све­тились. Два года спустя ученые Пьер Кюри и Мария Кюри-Склодовская, изучая эти лучи, открыли новый эле­мент — радий, дающий более сильные излучения, чем ура­новые соединения.

Было установлено, что радий испускает три вида лу­чей, названных первыми тремя буквами греческого алфа­вита а (альфа)-, (5 (бета)- и у (гамма)-лучами. Способность вещества испускать лучи подобно радию была названа Радиоактивностью. Установлено и многочисленными опы­тами доказано, что радиоактивные излучения испускаются ядрами атомов в момент их самопроизвольного превращения (распада) в ядра атомов других элементов. Изучая при­роду этих лучей, ученые узнали, что а-лучи представляют собой ядра атомов гелия, то есть частицы, состоящей из двух нейтронов и двух протонов и несущей на себе две единицы заряда положительного электричества. Другими словами, а-частица—это двукратно ионизированный атом гелия, а-частицы выстреливаются ядром радиоактивного атома с огромной энергией, доходящей до 5 миллионов электрон-вольт (Мэв) и способны ионизировать газ путем неупругих соударений первого рода.

Второй вид лучей — (5-лучи — оказались потоком элект­ронов, обладающих энергиями в сотни тысяч электрон - вольт. Они зарождались также в недрах ядра при превра­щении нейтронов в протоны. При превращениях же про­тона в нейтрон образуется частица, подобная электрону, но имеющая положительный заряд. Эта частица называет­ся позитроном. Ядерные превращения, происходящие с ис­пусканием а - и [5-частиц, носят название соответственно а - и ^-распада. У многих радиоактивных веществ этот рас­пад сопровождается у-излучением.

Гамма-лучи имеют ту же природу, что и рентгеновские, но отличаются значительно меньшей длиной волны. Они обладают еще большей проникающей способностью по сравнению с рентгеновскими лучами. Как и в случае пре­вращений внутри электронной оболочки атома, в резуль­тате которых рождаются световые и рентгеновские лучи, так и улучи рождаются при а - и p-распадах ядер, когда последние после распада остаются в возбужденных состоя­ниях. При переходе вновь образовавшегося ядра в нор­мальное состояние излучается у-квант. Энергии у-квантов достигают нескольких миллионов электрон-вольт.

Так как все виды излучения, от радиоволн до у-лучей, являются электромагнитными волнами, их часто распола­гают в ряд в виде шкалы электромагнитных волн. Электро­магнитные волны, как и световые, в пустоте распростра­няются со скоростью, равной 300 ООО километров в се­кунду.