|
|
вопросы на ответы. 4. Что такое радиоактивность
4. Что такое радиоактивность?
При определенных условиях ядра атомов вещества и элементарные частицы подвержены превращениям – необратимым изменениям своего состава и свойств. Превращения, происходящие в результате столкновений ядер и (или) частиц, называются ядерными реакциями. Число вариантов таких превращений не ограничено. Некоторые ядра и подавляющее большинство элементарных частиц испытывают самопроизвольные превращения – распады. Самопроизвольное превращение ядер называется радиоактивным распадом, или радиоактивностью. Наиболее распространенными являются два вида радиоактивных превращений: альфа-распад и бета-распад. Альфа-радиоактивностью называется процесс испускания некоторым ядром (так называемое материнское ядро) положительно заряженных альфа-частиц – ядер гелия 2He4. Бета-радиоактивность представляет собой самопроизвольное испускание ядрами бета-частиц: электронов или позитронов. Третий вид радиоактивного излучения – гамма-излучение, в подавляющем большинстве случаев является процессом, сопровождающим альфа- или бета-распад. Термин гамма-излучение впервые появился при анализе различных типов радиоактивного излучения: так (третьей буквой греческого алфавита) было названо излучение радиоактивных ядер, не отклоняющееся в магнитном поле. По существу, это электромагнитное излучение при переходе ядер из возбужденного состояния в основное. Диапазон энергий фотонов (гамма-квантов) условно начинается с Еγ порядка 103 эВ (λ <10-9 м). Нижний предел этого диапазона перекрывает энергии характеристического рентгеновского излучения. Энергия гамма-квантов превосходит энергию химической связи и энергию ионизации внешних оболочек атомов (10 эВ). Известны и другие виды радиоактивных превращений: нейтронная, протонная радиоактивность, спонтанное деление тяжелых ядер и др. Взаимодействие различных видов радиоактивного излучения с веществом может приводить к вторичному радиоактивному излучению. Так, например, тормозное гамма-излучение возникает при торможении бета-частиц в веществе. Наоборот, гамма-излучение обуславливает фотоионизацию внутренних электронных оболочек атомов вещества, т.е. появление фотоэлектронов (бета-излучение).
8. В чем заключается различие между самогасящимися и несамогасящимися детекторами?
Различают несамогасящиеся и самогасящиеся счетчики Гейгера. Они отличаются способом обрыва длительного газового разряда. Как следствие, они отличаются составом газовой смеси и быстродействием. Относительно медленные несамогасящиеся счетчики Гейгера требуют надежного гашения разряда и подготовки детектора к регистрации следующей частицы путем применения дополнительных электронных устройств.
Это достигается специальной схемой или введением высокоомного сопротивления R в цепь питания счетчика (рис. 1, R
109 Ом). Качественно, данная конструкция приводит к следующему. На нити скапливается отрицательный заряд, разность потенциалов между катодом и анодом уменьшается, и разряд обрывается, после чего чувствительность счетчика Гейгера восстанавливается через время порядка 10-2 с (время разрядки емкости Cсч счетчика через сопротивление R). Более детально, в несамогасящихся счетчиках газовый разряд гасится выбором постоянной времени τ = RC так, чтобы она на два порядка превышала время движения положительных ионов от анода к катоду. После начала газового разряда напряжение на сопротивлении R падает настолько, что напряжение U на аноде становится меньше порогового Un (напряжение, при котором газовый разряд охватывает всю область вдоль нити). Такое напряжение анода 12 поддерживается примерно 10-2 сек. Положительные ионы первой лавины подходят к катоду через 10-4 сек., затем в газе появляются фотоэлектроны. Так как U < Un, то в газе протекает затухающий газовый разряд. В течение 10- 2 сек. газовый разряд в счетчике затухает, и счетчик снова может зарегистрировать заряженную частицу. Разрешающее время несамогасящихся счетчиков составляет 10-2 -10-3 сек. Поэтому ими регистрируют небольшие потоки частиц. В быстрых самогасящихся счетчиках разряд гасится внутри самого счетчика. Для этого к чистому газу (аргон, неон, гелий и др.) добавляют гасящую примесь газа (до 10%), состоящего из органических многоатомных молекул (метан, этилен, метилен, пары спирта). Молекулы многоатомных газов-добавок имеют более низкие потенциалы ионизации по сравнению с основными газами. Положительные ионы, сталкиваясь с молекулами примесей, отнимают у последних электроны и нейтрализуются. Образовавшиеся ионы гасителей уже не в состоянии выбить электроны с катода. Тем самым блокируется механизм фотоэффекта – генерации электронов с поверхности катода, что обеспечивает самопроизвольное гашение разряда. Кроме того, молекулы примесей сильно поглощают ультрафиолетовое излучение, но при этом не испускают фотоэлектроны, а диссоциируют на нейтральные радикалы (органические молекулы). За один газовый разряд в счетчике диссоциирует около 1010 примесных молекул. Разрушение органических молекул необратимо и ведет к ограничению срока службы счетчика. Подобные самогасящиеся счетчики Гейгера из-за диссоциации многоатомных молекул выдерживают лишь 108 -109 срабатываний. Если вместо многоатомной добавки использовать вещества, состоящих из галогенных молекул Сl2, Br2, I2 (0,1 %), а в качестве основного газа неон или гелий с примесью аргона, то срок службы счетчиков Гейгера становятся практически неограниченными. Это объясняется тем, что после диссоциации атомы галогена вновь объединяются в молекулы. Вторым преимуществом галогенных самогасящихся счетчиков Гейгера является низкое рабочее напряжение, меняющееся в пределах 200-400 В, но их быстродействие существенно ниже и определяется временем дрейфа ионизованных молекул галогенов к катоду. Время нечувствительности самогасящегося счетчика Гейгера
10-4 с.
12. Как изменится счетная характеристика счетчика Гейгера, если изменить (увеличить или уменьшить) расстояние между источником радиоактивного излучения и регистрирующим его счетчиком?
Напряженность электрического поля в датчике на расстоянии r от нити имеет вид:  , где rк и rн – радиусы катода и нити соответственно. В непосредственной близости от нити поле возрастает до такой величины, что электрон, попавший в эту область, приобретает на пути между двумя столкновениями кинетическую энергию, достаточную для ионизации атомов газа. Отсюда следует, что счетная характеристика изменяется обратно |
|
|
Скачать 47.2 Kb.