ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Штучна радіоактивність. Трансуранові елементи

 

Штучна радіоактивність була відкрита в 1934 році французьким подружжям Ірен і Фредеріком Жоліо-Кюрі. Вони досліджували вплив α-частинок на ядро алюмінію. Після того, як опромінення алюмінієвої фольги α-частинками було припинено, фольга залишалася радіоактивною, випромінювала за законом радіоактивного розпаду і мала позитивну радіоактивність.

Явище самовільного розпаду ядер штучно добутих ізотопів має назву штучної радіоактивності:

Згодом Фермі почав опромінювати нейтронами всі елементи по черзі з періодичної системи, внаслідок чого отримав радіоізотопи майже для всіх елементів; на сьогоднішній день їх нараховується понад 1,5 тис., тобто кожен елемент має свої радіоізотопи, які можливо штучно отримати.

До 1925 року періодична система закінчувалася ураном-92, але ще були й пусті місця в таблиці з номерами 43, 61, 85, 87 тощо. Першим елементом, отриманим штучно, яким була заповнена 43 клітинка в таблиці, був технецій:

.

За допомогою штучної радіоактивності були заповнені всі пусті місця періодичної системи.

Елементи, які були одержані після урану, були названі трансурановими.


Експериментальні методи ядерної фізики

Методи ядерної фізики

1. Сцинтиляційний метод. При потраплянні швидких α-та β-частинок радіоактивного випромінювання на деякі люмінофори (наприклад, екран, вкритий сірчаним цинком) вони спричиняють такі інтенсивні збудження та випромінювання люмінофора, що в темряві їх можна спостерігати неозброєним оком у вигляді окремих спалахів − сцинтиляцій. Кожен спалах відповідає удару однієї частинки по екрану. Практично спалахи на екрані Р, зумовлені випромінюванням досліджуваної речовини R, спостерігають у закритій трубі М мікроскопа незначного збільшення (рис. 3.5); для зручності розрахунку в окуляр мікроскопа вводять окулярну сітку. Такий прилад називають спінтарископом Крукса.

Підрахувавши кількість спалахів в одній клітинці окуляра за певний проміжок часу, можна визначити повне число частинок, які випромінюються радіоакти­вним зразком у всіх напрямах. Для цього число спостережуваних сцинтиляцій треба помножити на , де w – тілесний кут, під яким видно клітину екрана. Так було встановлено, що 1 г радію випромінює за секунду частинок. Від b- частинок можна звільнитися, розміщуючи прилад у сильному магнітному полі. Як відомо, метод сцинтиляцій Е.Резерфорд використав для дослідження розсіювання a- частинок при їх проходженні крізь металічну фольгу.

2. Камера Вільсона– прилад, за допомогою якого можна спосте­рігати і фотографувати треки елементарних частинок. На своєму шляху заряджена частинка іонізує середовище і залишає після себе слід (трек) у вигляді пар позитивних і негативних іонів. У середовищі пересиченої пари іони стають центрами конденсації пари і на них утворюються краплини рідини, які залишають видимий трек частин­ки. При підсвічуванні його можна спостерігати візуально та фотогра­фувати.

Камера Вільсона працює за принципом адіабатичного розширення й охолодження суміші повітря з насиченою парою води, спирту або ефіру. Газ у камері розширюється завдяки руху поршня, гумової діафрагми або рухомого дна (рис. 3.6.а). При цьому насичена пара перетворюється в пересичену і конденсується на іонах.

 
 

Спостерігають треки частинок через скляну кришку камери.

Щоб виділити іони з робочого об'єму, між корпусом камери і її кришкою, покритою знизу желатиною, прикладають електричну на­пругу 150 - 200 В.

Можливості камери Вільсона були розширені російським фізи­ком Д.В.Скобельциним, який випробував камеру в сильному магнітному полі, паралельному її осі, та американським вченим Андерсоном, який розробив до камери автоматичний пристрій для її запуску і фотографування в той момент, коли частинка попадає в камеру.

Чіткість треків у камері Вільсона залежить від іонізуючої здатності частинок, зокрема сліди b- частинок порівняно тонкі, сліди протонів р товстіші, а a- частинок товсті (рис. 3.6.б). У магнітному полі завдяки малій масі сліди b- частинок більш викривлені, ніж сліди a- частинок; вони відхиляються у протилежні сторони, бо заряди їх мають різні знаки. Довжина сліду частинок того самого типу може бути мірою їхньої енергії.

У магнітному полі на рухому заряджену частинку діє сила Лоренца; якщо частинка рухається в напрямі перпендикулярному до магнітного поля, то сила Лоренца відіграє роль доцентрової сили:

.(3.5)

За фотознімками для даних частинок при різних значеннях індукції поля В і відомим радіусом кривизни траєкторії можна скласти три рівняння (3.5) і визначити характеристики частинок.

За допомогою камери Вільсона було відкрито елементарні час­тинки (позитрон та мезон), зафіксовано ядерні реакції, явище пере­творення фотона в пару електрон - позитрон тощо.

3. Бульбашкова камера. Недоліком камери Вільсона є мала густина і мала гальмуюча здатність її середовища, через що швидка частинка пролітає камеру, не викликаючи в ній помітних змін. Цей недолік усувається в бульбашковій камері, сконструйованій у 1952 р. Д.Глезером. Вона є прозорою циліндричною посудиною, наповненою ефіром, фреоном або пропаном при температурі кипіння. Підвище­ний тиск у камері до Па (залежно від рідини) затримує кипіння. Заряджена частинка, пролітаючи через камеру, залишає іонний слід. Після раптового зниження тиску до нормального рідина в камері починає кипіти і на іонах, як центрах кипіння, утворюються пухирці пари. Саме вони дають слід частинки, який при підсвічуванні можна спостерігати візуально та фотографувати.

Оскільки густина рідини значна, в ній довжина пробігу досліджуваної частинки значно менша, ніж у газах. Саме тому за допомогою бульбашкової камери можна досліджувати частинки дуже високих енергій.

4. Іонізаційний лічильник прилад, в якому заряджена частинка реєструється за імпульсом газорозрядного струму, що зумовлюється іонізаційною дією частинки в газах.

Найбільш поширеним є газорозрядний лічильник Гейгера - Мюллера (рис. 3.7. а).У ньому вмонтовано два електроди: один – це провідний шар на внутрішній поверхні скляного циліндра або просто металевий циліндр 1, другий – металева нитка 2, натягнута вздовж осі циліндра. На електроди лічильника подається елект­рична напруга, яка близька до розрядної. Завдяки цьо­му розряд починається ли­ше тоді, коли в лічильник попаде елементарна частин­ка або g- фотон, які спри­чинять початкову іонізацію газу.

Ядерні частинки або g- фотони можна реєструвати лише за початком газового розряду, бо коли розряд уже почався, попадання нових частинок у лічильник істотно не впливатиме на розрядний струм і їх не можна виявити. Тому після кожної частинки, що потрапила в лічильник і зумовлювала розряд, треба автоматично припинити розряд; це зробить лічильник придатним до реєстрації наступної частинки.

За способом припинення розряду лічильники поділяються на несамогасні і самогасні.

У несамогасних лічильниках у коло послідовно з анодом вмикається дуже великий опір ~ 109 Ом. При виникненні розрядного струму на ньому падає переважна частина напруги джерела струму, тоді як між електродами вона різко зменшується і розряд припиняється. Цей процес триває близько с (мертвий час). Отже, максимальна швидкість лічби таких лічильників не перевищує 100 імп/с.

Конструктивно простіші і мають більшу швидкість лічби самогасні лічильники. Припинення розряду в них досягається спеціальним підбором газів; наприклад, беруть 90 % аргону і 10 % пари етилового спирту чи інший багатоатомний газ, іонізаційний потенціал якого менший, ніж для аргону. Загальний тиск їх становить близько 1 кПа.

Суть гасіння розряду така. У лічильнику електричне поле стає сильнішим з наближенням до осі, тут електрони здійснюють ударну іонізацію газу. Проте початковий імпульс іонізації, зумовлений ядер­ною частинкою, швидко закінчується; електрони вмить досягають анода, а малорухливі позитивні іони ще деякий час оточують нитку анода і настільки послаблюють біля неї поле, що ударна іонізація стає неможливою, лічильник не реагує на нові досліджувані частинки. З наближенням позитивних іонів до катода іони одноатомного газу нейтралізуються внаслідок виривання електронів з багатоатомних молекул. Останні перетворюються у важкі іони, які при наближенні до катода виривають електрони з металу і перетворюються в нейтральні молекули. Мертвий час самогасних лічильників ~ 109 с.

Для реєстрації b- частинок малих енергій, порядку 0,2 - 0,1 МеВ, та a- частинок, проникна здатність яких дуже мала, використовують торцеві лічильники (рис. 3.7. б). У них нитку аноду замінено голкою, а в передній кінець трубки вмонтовано слюдяне віконце такої товщини, щоб частинки могли проникати в лічильник. Слюдяне віконце в лічильниках для b- частинок має товщину близько 0,01 мм, для a- частинок – близько 0,005 мм.

5. Метод товстошарових фотопластинок.Цей метод розробили російські фізики Л.П.Мисовський і А.П.Жданов у 1927 p., але особливого поширення він набув з 1945 p., коли було розроблено технологію виготовлення пластинок зі спеціальними емульсіями. Ці пластинки відрізняються від звичайних фотопластинок значно більшою товщиною емульсії (від 0,6 до 1,2 мм проти 0,1 мм у звичайних), більшим вмістом бромистого срібла (до 85 - 87 % за масою). Вони більш дрібнозернисті (розміри зерен бромистого срібла ~ 0,1 мкм проти 0,5 - 5 мкм у звичайних), а також більш однорідні.

 
 

Товстошарові пластинки реєструють заряджені частинки, які проходять крізь шар емульсії. Під дією зарядженої частинки на шляху її руху в емульсії відбувається порівняно легке вивільнення електронів з іонів брому. Ці електрони, приєднуючись до іонів срібла, перетворюють останні в нейтральні атоми срібла. Після проявлення і закріплення приховане зображення у вигляді скупчення атомів срібла стає видимим. На світлому фоні пластинки з'являється чорний слід – трек.

Треки вивчають за допомогою мікроскопа великого збільшення. Аналіз треків дає змогу з високим ступенем точності визначити заряд і масу час­тинки, напрям її руху, енергію і час життя. Зокрема, чим більша енер­гія частинки, тим більша довжина її пробігу в емульсії; чим більший заряд, тим ширший трек (рис. 3.8). Отже, за треком частинки можна провести повну її ідентифікацію. За допомогою пластинок відкрили p- і m- мезони, зафіксували «вибухове» розщеплення ядра атома сріб­ла, спричинене космічною частинкою великої енергії (рис. 3.9) та ін.

6. Лічильник Черенковаґрунтується на фіксуванні світіння, яке випромінює заряджена частинка (електрон, позитрон, протон тощо) в будь-якому прозорому середовищі тоді, коли швидкість частинки більша від фазової швидкості світла в даному середовищі, тобто при

.

Схему лічильника Черенкова зображено на рис. 3.10. Він складається з плексигласового або люцитового блока 1 (у ньому виникає світіння швидкої зарядженої частинки), оптичної збиральної сис­теми 2 та фотопом­ножувача 3. Лічильник реагує лише на частинку, що переміщується вздовж його осі зліва направо. Від неї світло випромінюється під кутом q до швидкості, зазнає на стінках блока повного внутрішнього відбивання і лінзою спрямовується на катод фотопомножувача. За імпульсом струму від фотопомножувача реєструються заряджені частинки, але такі, що мають велику швидкість (енергію) і спричиняють світіння Черенкова (електрони з енергією понад 0,18 МеВ, протони – понад 320 МеВ).

Лічильник Черенкова є єдиним лічильником, який завдяки реєстрації напрямленого випромінювання світла дає змогу встановити точний напрям руху реєстрованої частинки.

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти