Експериментальні методи ядерної фізики Методи реєстрації елементарних частинок. Прискорювачі заряджених частинок Поглинена доза випромінюваний, її біологічна дія. Способи захисту від випромінювання

Одним із найпростіших приладів для реєстрації елементарних частинок є іонізаційна камера. Це заповнена газом посудина з двома електродами, на які подають напругу. Частинка, що влітає до камери, утворює певну кількість іонів, газ стає провідником і через нього проходить струм. За силою струму можна визначити наявність випромінювання.

Для підсилення слабких іонізаційних струмів, обумовлених тим, що через газ пролітає частинка, можна використати явище ударної іонізації. Це здійснено в лічильнику Гейгера-Мюллера. Він складається зі скляної заповненої аргоном трубки, покритої всередині шаром металу (катод), і тонкої металевої нитки, що йде вздовж осі трубки (анод). Заряджена частинка, пролітаючи в газі, вибиває з атомів електрони, створюючи позитивні іони та вільні електрони. Електрони прискорюються електричним полем до енергій, при яких починається ударна іонізація (тобто кожен електрон вибиває ще хоча б один). Виникає лавина іонів і струм різко зростає. Імпульс напруги подається до реєструючого пристрою. Лічильники Гейгера-Мюллера дешеві, прості та надійні в експлуатації.

Поширеним є також фотоемульсійний метод. Він грунтується на тому, що заряджена частинка при русі в фотоемульсійному шарі руйнує молекули бромистого срібла в тих зернах, через які вона пролетіла. За характером сліду можна довідатись про властивості частинки.

Безпосередньо спостерігати і фотографувати сліди частинок можна в камері Вільсона. Це герметичний циліндр з поршнем, заповнений газом і парами рідини, близькими до насичення. Під час швидкого збільшення об'єму пара перетворюється в перенасичену. Пролітаючи. заряджена частинка іонізує молекули газу, і на цих іонах конденсується пара у вигляді краплинок рідини, які утворюють туман і роблять видимою траєкторію частинки – трек. За довжиною цих треків можна визначати енергію частинки, за кількістю краплинок можна оцінити її швидкість, за характером треку визначається вид частинки. Якщо камеру Вільсона помістити в магнітне поле, то за кривизною треку частинки можна визначити її масу, імпульс, знак заряду, а також швидкість.

Для дослідження швидких частинок застосовують бульбашкові камери, в яких використовують перегріту рідину. У такій рідині на іонах, що утворюються під час руху частинки, виникають бульбашки пари, які роблять трек видимим.

Іонізація, що виникає при взаємодії випромінювання з живою тканиною, біологічно шкідливо впливає на організм. Найчутливішими до радіації є ядра клітин. Радіація в людському організмі вражає насамперед кістковий мозок, від чого порушується процес утворення крові. Опромінювання впливає на спадковість, вражаючи гени в хромосомах.

Вплив радіації на живий організм характеризує доза опромінення. Поглинутою дозою опромінення називають відношення поглинутої енергії Е іонізуючого проміння до маси т речовини, що опромінюється:

У СІ поглинуту дозу опромінення виражають у греях. 1 Гр дорівнює такій поглинутій дозі опромінення, що речовині масою 1 кг передається 1 Дж енергії іонізуючого проміння: 1Гр=1Дж/кг.

У практиці широко користуються такою одиницею дози опромінення, як рентген (Р). Доза опромінення дорівнює 1 Р. коли в 1 см сухого повітря при температурі 0°С і тиску 760 мм. рт. ст. виникає 2-10* пар іонів. 1Р еквівалентний дозі опромінення 0,01 Гр. Враховуючи небезпеку для людини радіоактивних випромінювань, встановлено гранично допустимі дози опромінення. Під час роботи з джерелом радіації необхідні заходи радіаційного захисту. Найпростіший метод захисту – віддалення персоналу на велику відстань від радіоактивних джерел. Встановлюють також захист з речовин, що добре поглинають випромінювання. Джерела гамма-випромінювання помішують у свинцеві контейнери або використовують «будиночки» із свинцевих плит з віконцями із спеціального скла, що містить свинець. Для захисту від особливо потужних джерел випромінювання (реакторів, прискорювачів) будують захисні стіни з бетону, товщина яких може досягати кількох метрів.