Известно, что радиоактивные излучения обладают способностью воздействовать на вещество, через которое они проходят. Например, под ударами быстролетящих заряженных частиц тонкий слой сульфида цинка обладает способностью светиться. На использовании этого явления основано, устройство так называемого сцинтилляционного счетчика Крукса.
“Существенная часть этого прибора – зернышко радиевой соли 1, укрепленное на конце металлической проволоки 2 перед экраном 3 из фосфоресцирующего цинка. В лупу наблюдают обращенную к радию сторону экрана. Глаз видит настоящий дождь светящихся точек, которые постоянно вспыхивают и вновь исчезают; экран имеет вид как бы звездного неба”, – так описала этот прибор Мария Кюри в своей докторской диссертации, защищенной в 1903 г.
Современные сцинтилляционные счётчики основаны на том же принципе, но вспышка света регистрируется не глазом, а специальным электронным устройством – фотоумножителем.
Следующий прибор, предназначенный для регистрации заряженных частиц, называется счётчиком Гейгера-Мюллера. Он состоит из трубки 1 с находящимися в ней двумя электродами 2 и 3, на которые подано высокое напряжение. Трубка заполнена разреженным газом. Заряженная частица 4 ионизирует молекулы газа, и он становится проводником. В результате в газе происходит разряд. Он преобразуется в соответствующие показания прибора.
Счетчик регистрирует b-частицы и g-излучение (a-частицы не могут пройти через корпус). В отличие от b-частиц, которые самостоятельно вызывают разряд в газе, g-излучение регистрируется косвенным образом. Электрод 3 покрывают специальным веществом, которое при попадании на него g-лучей испускает электроны.
Развивающейся атомной физике требовались приборы, которые могли бы не только регистрировать заряженные частицы, но и измерять их характеристики: массу, заряд и т.д. Первым таким прибором стала камера Вильсона. Она представляет из себя цилиндр 1, заполненный пара’ми спирта и воды. При опускании поршня 2 температура внутри камеры падает, и пары’ приобретают способность легко конденсироваться. Влетающие через отверстие 3 частицы и вызывают конденсацию паров в виде трека – туманного следа, который можно сфотографировать.
Светлые линии 4 – треки. Они имеют различную толщину, следовательно, образованы неодинаковым количеством пара. Это объясняется так. В камеру влетают частицы с различными энергиями. Чем она больше, тем большее число молекул может быть ионизировано этой частицей. А чем больше таких молекул, тем более широким будет туманный след.
Разновидностью камеры Вильсона является пузырьковая камера. Она заполнена перегретой жидкостью, например, жидким пропаном или водородом. Трек частицы в такой камере является цепочкой пузырьков насыщенного пара.
Пузырьковую камеру или камеру Вильсона можно поместить в магнитное поле. Такой прибор уже представляет собой так называемый масс-спектрограф. В магнитном поле треки частиц будут выглядеть как дуги окружностей. Частицы с различными зарядами и (или) массой будут двигаться по различным траекториям. По их виду и можно определить параметры частицы. Поэтому этот прибор используется для исследования свойств частиц в ядерной физике и для физического разделения изотопов.
