СЧЕТЧИКИ НЕВИДИМЫХ ЧАСТИЦ И ИЗЛУЧЕНИЙ

Взаимодействие излучений с веществом

Из всех видов излучений нас интересуют те, которые можно обнаружить с помощью газоразрядных ионизацион­ных счетчиков, а также те, которые имеют значение при изучении механизма работы последних.

Как уже указывалось, световое излучение (от инфра­красных до ультрафиолетовых лучей включительно) не об­ладает способностью проникать через толщи различных тел (за исключением прозрачных). Оно способно возбуж­дать атомы газа и даже ионизировать пары некоторых веществ, потенциал ионизации которых не превышает энер­гии самых коротких из них—ультрафиолетовых лучей. При воздействии светового излучения на поверхность металла из нее вылетают электроны. Это явление получило название фотоэффекта. Для получения фотоэффекта величина энер­гии фотонов, падающих на поверхность металлов, должна быть равна или быть больше величины работы выхода элек­тронов из данного металла. Явление фотоэффекта широко ис­пользуется в технике при конструировании фотоэлементов и фотоэлектронных умножителей. Световое излучение ока­зывает химическое действие, что лежит в основе фотографии.

Рентгеновское излучение, как мы уже говорили, обла­дает значительной способностью проникать в толщу ве­щества. С уменьшением длины волны эта способность уве­личивается. Это же относится и к у-лучам. Вообще говоря, принципиальная разница между рентгеновскими и у-лу- чами заключается только в их происхождении.

Первые рождаются во внешней части атома, в его элек­тронной части, вторые возникают в ядре. По характеру же взаимодействия с веществом разницы между ними нет и отличаются они только длинами волн. Так, рентгеновские лучи занимают по шкале длин волн от Ю-6 до Ю-9 см (от 100 до 0,1 А), что соответствует

Интервалу энергии кван­тов от 100 до 105 эв, а у-лу­чи имеют длины волн от ЗЛО"9 (0,ЗА) и менее, что соответствует энергии квантов от 4-104 эв и более.

Поэтому все, что мы расскажем о у-лучах, будет относиться и к рентгенов­ским лучам.

При прохождении у-из - лучения через вещество различают три вида взаи­модействия : фотоэлектри­ческое поглощение, комп - тоновский эффект и обра­зование пар (рис. 5).

В случае фотоэлектри­ческого поглощения у-квант полностью поглощается атомом, и приэтом выбивает тт-квант, из него электрон. Так как ~ ^ энергия, необходимая для отрыва электрона от атома, исчисляется десятками электрон-вольт, а энергия у-квантов — миллионами электрон-вольт, то почти вся энергия передается эле­ктрону в виде кинетической энергии. За счет этой энергии быстро движущийся электрон производит путем неупругих столкновений первого рода ионизацию большого числа нейтральных частиц газа. Вы­битые у-квантами электроны летят по направлениям, пре­имущественно перпендикулярным к направлению движе­ния у-кванта.

При комптоновском эффекте у-квант отдает атому часть своей энергии, превращаясь таким образом в у-квант с меньшей энергией, т. е. с большей длиной волны. Следо­вательно, в этом случае после встречи у-кванта с атомом появляется электрон, обладающий некоторым запасом энер­гии, и рассеянный у-квант. Последний после многократного рассеяния заканчивает свое существование фотоэлектри­ческим поглощением.

Наконец, при встрече у-кванта с энергией, превышаю­щей 1 Мэв, с ядром атома происходит образование пары частиц — позитрон — электрон, одинаковых по массе, но с разными знаками зарядов. Однако этот процесс начинает заметно преобладать над первыми двумя лишь при очень больших энергиях у-квантов. Так, например, для меди при облучении ее у-квантами с энергией до 150 ООО эв пре­обладает фотоэлектрическое поглощение; до 5 Мэв компто - новский эффект и выше 5 Мэв—процесс образования пар.

Таким образом, во всех случаях в результате прохожде­ния у-лучей через вещество появляется электрон.

Бета-частицы могут обладать энергией от 0 до 3 Мэв. В связи с этим и их скорости могут быть в пределах от нуля до скоростей, близких к скорости света. Поток р-ча - стиц, проходя через вещество, ионизирует его атомы. Обра­зовавшиеся при этом электроны могут обладать значитель­ными скоростями и также могут ионизировать атомы ве­щества. При прохождении через вещество р-частица на своем пути оставляет десятки тысяч пар ионов (ион-электрон, называют парой ионов). По мере прохождения [5-частицы через вещество ее скорость все больше падает и, наконец, становится тепловой. В этом случае р-частица может пойти либо на рекомбинацию иона, либо «примкнуть» к нейтраль­ному атому и образовать отрицательный ион. Чем больше начальная энергия p-электрона, тем больший путь он пройдет в веществе. Расстояние, на котором р-частицы пол­ностью поглощаются слоем вещества, называется макси­мальным пробегом. Величина пробега зависит от плот­ности вещества и возрастает с увеличением энергии р-час - тиц. Практически р-частицы полностью поглощаются, на­пример, оконным стеклом, любой металлической пластин­кой толщиной в несколько миллиметров. Поэтому характер­ной особенностью конструкции счетчиков р-частиц является наличие тонкого окна, через которое могли бы пройти р-ча­стицы малых энергий («мягкие» р-лучи).

Энергия а-частиц, испускаемых некоторыми радиоак­тивными элементами, изменяется в пределах от 2 до 8 Мэв. При этом частицы обладают значительными скоростями. Так, а-частица с энергией 5 Мэв имеет начальную скорость примерно 15 ООО кжсек. По мере прохождения а-частицы через вещество ее скорость, так же как и в случае р-частиц, постепенно падает вследствие бесчисленных соударений с атомами вещества и, наконец, становится равной ско­рости движения атомов среды (тепловой скорости). После этого ос-частицы присоединяют к себе электроны, превра­щаясь в атомы гелия.

При встрече а-частиц с атомами вещества наблюдается ионизация последних., причем число пар ионов, образован­ных на пути пробега а-частицы, значительно больше, чем в случае р-частиц и составляет 100 ООО—200 ООО. Такая большая ионизационная способность а-частиц приводит к тому, что длина пути их пробега даже в воздухе не пре­вышает нескольких сантиметров. Даже тонкий лист бумаги почти полностью поглощает их. Отсюда понятны конструк­тивные трудности при изготовлении счетчиков а-частиц. В самом деле, из чего же сделать окно, не разрушающееся от давления внешнего воздуха и в то же время пропускаю­щее а-частицы?