Урок физики по теме: «Изотопы», 11 кл.
advertisement
Урок физики по теме: «Изотопы», 11 кл. МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НИИ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ЛАБОРАТОРИЯ ОБЩИХ ЯДЕРНОГО И АТОМНОГО ПРАКТИКУМОВ Контрольный лист инструктажа по технике безопасности школьников, посещающих Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ. Инструктаж проводится на основании «Кратких инструкций по технике безопасности для студентов, работающих в общем ядерном практикуме №№ 1,2,3,4,5,6,7,8,9», утвержденных директором НИИЯФ в ноябре 2013 г., и правил использования ЭВМ в ОЯП провел ____________________________________________________________ (должность, Ф.И.О.) дата проведения инструктажа « _____________»____________ 201 Группа Фамилия, имя, отчество полностью года Подпись студента / ученика Подпись Инструктирующего Краткая общая инструкция № 1 по технике безопасности для обучающихся, работающих в общем ядерном практикуме В помещениях общего ядерного практикума работают студенты, изучающие курс общей ядерной физики. Помещения практикума являются помещениями с повышенной опасностью. Питание сети, подаваемое на электрощиты, – 80/220 В. Аппаратура питается напряжением 220 В (напряжение между нулем и фазой). В практикуме на установках находятся альфа-, бета- и гаммаисточники, а также источники нейтронного излучения, но используются только закрытые р/а источники, т.е. источники, в которых р/а вещество защищено специальными герметическими покрытиями и находится в особых защитных контейнерах. Замена р/а источников на установках производится только лаборантом. Приступая к выполнению задания, студент обязан знать общие правила работы с энергоустановками и р/а веществами, а также изучить установку и порядок выполнения лабораторной работы, которую он будет выполнять по описанию ее в книге «Практикум по ядерной физике». В помещениях практикума категорически воспрещается: - трогать, включать и выключать без разрешения преподавателя или дежурного сотрудника практикума аппаратуру; - самостоятельно менять предохранители и кабели; - вскрывать приборы и производить ремонт на установках; - оставлять без присмотра включенную аппаратуру; - ходить без дела по лаборатории; - вскрывать систему защиты от р/а излучения и извлекать источники из установок; - опускать в коллиматоры и пазы, ведущие к р/а источникам, какие-либо посторонние предметы; - держать руки на пути пучка; - заглядывать в коллиматоры; - принимать пищу в помещениях; - вносить верхнюю одежду в помещения, где проводится работа с р/а изотопами; - без разрешения преподавателя занимать места на установках, на которых находятся р/а источники. Студент обязан выполнять только ту работу, которая связана с выполнением его задания. В случае аварии при разгерметизации р/а источника студент обязан прекратить работу на установке и сообщить преподавателю или дежурному сотруднику практикума. Место радиоактивного загрязнения должно быть огорожено, и должны быть выставлены знаки опасности. Срочно должна быть вызвана служба дозиметрии. Студент должен тщательно вымыть руки, снять халат и выйти в безопасное помещение. Уходить до прихода службы дозиметрии запрещается. Экстренные меры по ликвидации р/а загрязнения проводятся по указанию службы дозиметрии. По окончании работы необходимо выключить установку, привести в порядок свое рабочее место и сообщить сотруднику лаборатории об окончании своей работы. Инструкцию составил: вед. программист ЛОЯАП Гришин В.С. Новые виды радиоактивности Член-корреспондент АН СССР В. Гольданский. В последние годы то и дело приходится слышать, что время ядерной физики прошло и проблематика не исчерпана: выяснение природы ядерных сил попало в ведение новой науки — физики элементарных частиц, а изучение и систематизация свойств атомных ядер и различных их энергетических состояний превращаются-де в некое подобие систематики растений и животных и уже не сулят никаких принципиально новых открытии. Действительно, среди работ по ядерной физике попадается немало таких, которые правоверные физики презрительно называют «зоологией». Но это отнюдь не означает «кризиса жанра»: предстоит большая и интересная работа, некоторые направления которой я и постараюсь здесь обрисовать. На рисунке представлены изотопы всех элементов менделеевской системы — от водорода до еще не открытого аналога платины — элемента № 110. Числа на горизонтальной оси показывают количество протонов в ядре, его заряд, на вертикальной оси — число нейтронов в ядре. Черной краской отмечены все изотопы, известные на сегодня. Таких немногим более полутора тысяч. Верхней границей отделена область, в которой изотопы обладают отрицательной энергией связи нейтронов, нейтроно нестабильны, нижней границей — область протонной нестабильности, где отрицательной становится энергия связи протонов в ядрах. Между верхней — нейтроноизбыточной — и нижней — нейтронодефицитной — границами должно находиться около 5 тысяч изотопов. Это значит, что сейчас мы знаем менее трети всех возможных изотопов. Познакомившись с неоткрытыми изотопами, мы, несомненно, увидим и новые физические явления. Обратимся в этой связи к нижней (нейтронодефицитной) границе. Для элементов середины и конца периодической системы Менделеева эта граница недостижима, ибо, прежде чем испускание протонов станет энергетически выгодно для нейтронодефицитных тяжелых ядер, эти ядра окажутся весьма неустойчивы к альфа-распаду, а начиная примерно с урана — и к спонтанному делению. Спонтанное деление ядер — это очень своеобразный и интересный процесс, открытый, как известно, в нашей стране Г. Н. Флеровым и К. А. Петржаком. Совсем недавно С. М. Поликанов с сотрудниками в лаборатории Г. Н. Флерова в Дубне обнаружил новое любопытное явление — существование возбужденных состояний атомных ядер, испытывающих спонтанное деление с очень коротким временем жизни. Уже из одного этого примера видно, что спонтанное деление — далеко еще не полностью прочитанная страница ядерной физики. Но сейчас мы не будем подробно останавливаться на этом явлении, а обратимся к еще не открытым нейтронодефицитным изотопам легких элементов: от водорода до олова. Для предсказания свойств этих изотопов можно воспользоваться одной из наиболее характерных особенностей ядерных сил — их независимостью от электрического заряда, или, как принято говорить, их изотопической инвариантностью. Опираясь на изотопическую инвариантность, можно для нейтронодефицитных изотопов предсказать, какова будет энергия связи нейтрона и протона в ядре, вид радиоактивного распада, энергию испускаемых частиц, период полураспада. Для таких изотопов оказываются характерными два новых, еще никем пока не наблюдавшихся вида радиоактивности, два новых способа самопроизвольного превращения элементов: протонная и двухпротонная радиоактивность. Существование протонной радиоактивности казалось несомненным еще многие десятки лет назад. Известно, например, что Резерфорд принимал вначале альфараспад за испускание ядрами протонов. В самом деле, совершенно ясно, что раз по мере усиления нейтронного дефицита энергия связи протонов падает, то рано или поздно она должна стать отрицательной. Но кулоновский потенциальный барьер, определяющий, как известно, свойства альфа-распада и препятствующий как попаданию медленных альфа-частиц извне внутрь ядра, так и их вылету наружу, будет замедлять также и испускание ядрами протонов. По этой причине и оказывается возможным сравнительно долгое существование ядер с отрицательной энергией связи протонов, возможна протонная радиоактивность. Почему же это явление до сих пор не наблюдалось? Во-первых, по той причине, что для обеспечения протонной радиоактивности надо весьма своеобразно воздействовать на ядро, сильно уменьшив его массу, но не изменив заряд. Осуществление подобных ядерных реакций стало возможным лишь в последние годы благодаря прогрессу ускорительной техники, но даже и сейчас оно остается очень трудным делом: мешают другие ядерные взаимодействия. Во-вторых, протонная радиоактивность будет относительно легко наблюдаема лишь в очень узком интервале энергии испускаемых протонов. Слишком быстрые протоны покинут ядро почти мгновенно, слишком медленные вообще не успеют вылететь, ибо раньше произойдет позитронный распад. Так, например, время жизни протоннорадиоактивных изотопов меди заключено в интервале между 10 –12 с и 10 с лишь в том случае, если энергия испускаемых протонов будет лежать между 0,7 и 0,2 Мэв, что довольно-таки маловероятно. Рассмотрение свойств нейтронодефицитных ядер легких элементов приводит к выводу о существовании для четных элементов от неона до олова еще одного, значительно более интересного и своеобразного вида радиоактивного распада — двупротонной радиоактивности. Подобно электронам в атомах и молекулах, протоны и нейтроны в атомных ядрах обладают тенденцией к спариванию— образованию пар частиц с противоположно направленными спинами. Энергия, высвобождающаяся благодаря такому спариванию нуклонов в атомном ядре, весьма велика — около 2 Мэв. Поэтому во многих нейтронодефицитных изотопах с четным числом протонов легче будет происходить одновременное испускание двух протонов, чем отрыв одного из них от другого. Ядро оказывается устойчивым к потере одного, по неустойчивым к вылету пары протонов — возникает двухпротонная радиоактивность. Число изотопов, склонных к двухпротонной радиоактивности, довольно велико — более тридцати. К тому же в отличие от протонной радиоактивности испускание пары протонов не может происходить мгновенно, а это увеличивает шансы на его экспериментальное обнаружение в недалеком будущем. (Например, время жизни двупротонно-радиоактивных изотопов олова Sn97 и Sn98 должно быть не меньше чем 10–3 с) Благодаря различным ускорителям, и в первую очередь ускорителям тяжелых ионов, а также использованию новых методов регистрации ядерных частиц (полупроводниковые поверхностно-барьерные детекторы) в Дубне (Россия), а затем и в Монреале (Канада) уже наблюдалось испускание запаздывающих протонов. (Это явление — двухстадийный процесс, состоящий в том, что при позитронном бетараспаде нейтронодефицитных ядер образуется «дочернее» ядро и возбужденном состоянии, мгновенно выбрасывающее протон. Запаздывание обусловлено длительностью бета-распада, а не задержкой протона кулоновским барьером.) Мы находимся сейчас на подступах к протонной и двухпротонной радиоактивности. ТУРИНСКАЯ ПЛАЩАНИЦА: НАУЧНОЕ РАССЛЕДОВАНИЕ ЗАГАДОЧНОЕ ПОКРЫВАЛО В итальянском городе Турине, в церкви Святого Иоанна, хранится кусок полотна длиной 4,36 м и шириной 1,09 м, в который, по преданию, был завернут Иисус Христос после снятия с креста. Ткань будто бы пропитана пыльцой и вроде бы обрисовывает слабые контуры цветов, листьев и других частей растений. На ткани имеются два однотонных красновато-коричневых изображения человека (вид спереди и сзади). Без сомнения, изображен мужчина ростом около 1,8 м. Судя по ранам на голове, руках и ногах, можно заключить, что он перенес распятие на кресте. Характер изображенных ран позволяет предположить, что на мужчину надевали венок из веток с колючками, что его били палками и плетьми, пронзили копьем бок. Все эти пытки, согласно Новому Завету, вынес Иисус. В течение столетий полотно было собственностью Савойской династии. Наиболее ранние сведения о нем датируются приблизительно 1350 годом: есть письменное свидетельство, что обладателем полотна был французский рыцарь Жофруа де Шарни, участвовавший в Крестовых походах. В 1453 году его внучка, Маргарет де Шарни, продала покрывало Луи и Анне Савойским, которые сначала держали его в Шамбери, а затем в Пьемонте. В 1532 году при пожаре покрывало было повреждено расплавленным серебром. В 1578 году оно было перевезено туда, где хранится поныне, — в Турин. В 1983 году, после смерти последнего короля Италии Умберто II, плащаница перешла во владение католической церкви. Загадочное полотно вызвало недоверие уже в то время, когда его впервые предъявили общественности. Это произошло в 1355 году, когда Жофруа де Шарни передал плащаницу для показа публике в приходе Лире, к юго-востоку от Парижа. Вскоре это местечко наводнили паломники. В честь события были изготовлены специальные медальоны. О сомнениях в подлинности плащаницы свидетельствуют архивные документы, собранные французским священником Улиссом Шевалье и опубликованные в 1900 году в сочинении «Критическое исследование происхождения святой плащаницы из Лире-Шамбери-Турина». В них говорится, что существовал художник, создавший загадочное полотно, и что хозяин покрывала не смог привести правдоподобных сведений о том, как приобрел плащаницу. Приводится и такой факт: в 1389 году французский епископ Пьер Дарси докладывал папе, что церковь наживается на покрывале, нарисованном «хитрым способом». КТО ИЗОБРАЖЕН НА ПОЛОТНЕ? В XX веке плащаница несколько раз выставлялась для публичного обозрения; последние ее показы проводились в 1978, 1998 и 2000 годах. После выставки 1978 года был разрешен ограниченный доступ исследователей к плащанице. Тогда группа ученых, в основном из США, произвела первое всестороннее обследование реликвии. Был сделан вывод, что на плащанице изображена реальная фигура человека, подвергнутого избиению плетьми и распятию на кресте. Отмечалось, что пятна крови содержат гемоглобин. Для верующих в историческую подлинность плащаницы это стало мощным аргументом «за». Однако католическая церковь никогда не делала официального заявления по поводу подлинности Туринской плащаницы. Во время публичного показа плащаницы в Турине 24 мая 1998 года папа Иоанн Павел II сказал: «Плащаница бросает вызов нашему интеллекту. Она открывает свой сокровенный посыл только тем, кто наиболее близок ей своим смиренным и в то же время живым умом. Ее таинственное свечение ставит вопросы о происхождении и жизни исторического лица — Иисуса из Назарета. И так как это не имеет никакого отношения к вопросам веры, то церковь не может взять на себя смелость и ответить на них. Она доверяет науке задачу исследования того, что же случилось с полотном, в которое, по преданию, было завернуто тело нашего Спасителя. И церковь при этом настаивает, чтобы результаты исследования плащаницы были представлены общественности. Она предлагает ученым работать с чувством внутренней независимости и в то же время со вниманием к чувствам верующих». Однако многие верующие относятся к Туринской плащанице как к святой реликвии. К выставке 1998 года было опубликовано несколько книг, авторы которых старались доказать подлинность покрывала в смысле его причастности к биографии Христа. Эти исследователи называют плащаницу словом «синдон», а себя — синдонологами. «Синдон» — слово греческого происхождения, изначально означавшее кусок ткани, который можно использовать и как плащаницу, что отличает ее от лицевого платка для вытирания пота. (Другое толкование этого названия — по предполагаемому месту происхождения плащаницы, которое называлось Сидон.) Среди сторонников подлинности плащаницы основную роль играет группа STURP (Shroud of Turin Research Project — проект исследования Туринской плащаницы) из США, созданная в 1970-х годах Джоном Джексоном и Эриком Джампером. Синдонологи считают, что после снятия с креста Иисуса положили на покрывало, в которое затем и завернули. Поэтому контур тела отпечатался на холсте. Профессор теологии из Зальцбурга Вольфганг Вальдштейн предлагает другое объяснение. Он утверждает, что Христос «оставил своей церкви образ: поскольку тогда не существовало фоторепортеров, он сотворил чудо. В момент своего воскрешения в пасхальное утро он произвел вспышку света, вспышку огромной энергии». Для доказательства того, что на покрывале изображен именно Иисус Христос, синдонологи ссылаются на большое количество признаков, которые согласуются с библейскими сведениями. Поклонники плащаницы также указывают на другие предметы с изображением Христа, которые существовали до XIV века: монеты, медальоны... Они убеждены: сходство изображенных ликов Христа доказывает, что еще до XIV века Туринская плащаница использовалась как оригинал для изготовления монет и других произведений искусства. Однако скептики с этим не согласны. Если внимательно приглядеться, говорят они, то сходство старинных изображений Христа с отпечатком на плащанице не так уж велико. Единственное совпадение состоит в том, что везде изображен длинноволосый, бородатый мужчина. Кроме того, возникает вопрос: а не было ли само покрывало создано по какому-либо художественному оригиналу? Иными словами, все совпадения можно объяснить общностью традиций и стремлением к их сохранению. Еще великий теолог Августин жаловался, что нет никакой возможности узнать, как выглядел Иисус. С течением времени представление художников об облике Христа менялось. До III века Иисуса изображали с короткими волосами и без бороды. И только позже появились изображения бородатого, длинноволосого Христа. Изображение на Туринской плащанице довольно точно соответствует традициям искусства XIV века. Тот факт, что в то время были модны одноцветные изображения, усиливает предположение о том, что здесь мы имеем дело с работой художника. Разумеется, искусствоведческий анализ — дело тонкое и неоднозначное. Тем не менее такой анализ был проведен итальянской комиссией, созданной в 1973 году. Она пришла к заключению, что это «работа художника». Искусствоведы считают, что внешний вид изображения на плащанице соответствует представлениям, принятым после 1300 года. С ними соглашаются историки; они отмечают, что в библейские времена евреи хоронили своих покойников со скрещенными на груди руками. Руки, сложенные на гениталиях, как изображено на плащанице, впервые появились на картинах с XI века и были уступкой стыдливости того времени. Покойников во времена Христа хоронили голыми, обрезанными и бритыми, что тоже не соответствует изображению на плащанице. ВОЗРАСТ ПОЛОТНА Современные научные методы предлагают много способов датировки исторического памятника: физико-химический, археологический, искусствоведческий, теологический (соотнесение библейских текстов с изображением на полотне) и другие. Но мне, как естествоиспытателю, наиболее надежным кажется именно физико-химический радиоуглеродный метод, основанный на распаде радиоактивного изотопа углерода и давно принятый на вооружение историками и археологами. Суть его такова. В земной атмосфере атомы углерода присутствуют в виде трех изотопов: 12С, 13С и 14С. Легкие изотопы 12С и 13 С стабильны, а тяжелый изотоп 14С радиоактивен, время полураспада составляет 5730 лет. Однако его содержание в атмосфере Земли сохраняется приблизительно постоянным (один атом 14С на 1000 млрд атомов 12С), поскольку изотоп 14С постоянно образуется в атмосфере из атомов азота под действием космических лучей. Растения, животные и другие организмы, поддерживающие газовый обмен с атмосферой, усваивают 14С и при жизни содержат его примерно в той же пропорции, что и земная атмосфера. Но когда организм умирает, его обмен с атмосферой прекращается, 14С больше не поглощается тканями и его содержание начинает медленно уменьшаться в результате радиоактивного распада. Если измерить в образце соотношение 14С и 12С, то можно определить возраст образца, точнее, время, прошедшее с момента его смерти. Чем меньше осталось атомов 14С, тем старше объект. Разумеется, детальная технология применения метода не так проста. В принципе, если бы было известно первоначальное содержание 14С, можно было бы прямо вычислить возраст образца, исходя из закона радиоактивного распада. Но сначала следует убедиться, что образец не загрязнен более поздним углеродом. Затем нужно учесть, что атмосферное содержание 14С колеблется, поскольку жесткое космическое излучение непостоянно; к тому же имеются переменные источники углерода (например, вулканы, а в современном мире — сжигание угля и нефти), влияющие на относительное содержание 14С. Чтобы избавиться от этих неточностей, проводят калибровку метода с помощью древесных образцов, возраст которых точно известен по их годичным кольцам. Таким образом, определение возраста происходит в три этапа: 1. Образец очищают от случайных, более поздних примесей. 2. Измеряют содержание изотопов углерода и с помощью закона распада вычисляют так называемый радиоуглеродный возраст (привязанный к 1950 году), который исчисляется в величинах «yr.BP» (years before present — лет до настоящего времени). Но этот радиоуглеродный возраст не рассматривается как истинный возраст образца, а выступает лишь как мера содержания 14С. И при этом не имеет значения, что вместо реального времени полураспада 5730 лет используется так называемое время полураспада Либби (по имени создателя этого метода Уилларда Либби), принятое равным 5568 годам. 3. По радиоуглеродному возрасту с помощью калибровочной кривой определяют календарную дату образца, которая приводится в привычных значениях: годах нашей эры или до нашей эры. Все эти детали давно известны специалистам; соотношение изотопов откалибровано по всей исторической шкале времени с использованием уверенно датированных образцов, в том числе и исторических памятников. Принципиальных проблем радиоуглеродный метод не имеет. Именно этим методом можно наиболее точно установить возраст льняной Туринской плащаницы, как это делают историки и археологии в отношении всех подобных памятников животного и растительного происхождения. В 1970-е и 1980е годы ученые неоднократно просили у владельцев плащаницы разрешения на проведение точной датировки. Однако им отказывали под тем предлогом, что для проведения исследования нужно было использовать большое количество ткани покрывала. Действительно, в те годы измерение изотопа 14С проводили традиционным методом, определяя радиоактивность образца с помощью счетчика распадов. Но поскольку активность невелика, требовались образцы относительно большой массы: применительно к текстилю — 20—50 граммов, причем ткань пришлось бы измельчить. Однако, затем соотношение изотопов стали определять методом масс-спектрометрии, основанным на разделении отдельных атомов в электрическом и магнитном полях. Чувствительность масс-спектрометрии очень высока, поэтому достаточно иметь полоску ткани размером 7х10 см, чтобы провести 12 измерений. Это обстоятельство облегчило принятие католической церковью в 1988 году решения об определении возраста плащаницы. Первоначально для исследований выбрали семь лабораторий. Их перечень зафиксирован в так называемом Туринском протоколе. Однако затем начались трения между учеными и священнослужителями, и число лабораторий сократили до трех. У исследователей возникли опасения, что возможные случайные ошибки при исследовании одного из образцов дадут повод сомневаться в надежности исследований (семь образцов значительно повысили бы достоверность). К счастью, во всех трех лабораториях были получены близкие результаты, из которых следовало, что покрывало возникло в период между 1260 и 1390 годами. К этому мы еще вернемся. Однако из-за отклонений от Туринского протокола, на которых настояла церковь, была изменена процедура отбора образцов. Ученым не разрешили присутствовать при взятии ткани, не была проведена непрерывная и документированная идентификация образцов, процедура не фиксировалась фотокамерой. Все это неизбежно привело к возникновению сомнений. Хотя опасение, что случайное отклонение, полученное в одной из трех лабораторий, поставит под вопрос общий результат, не оправдалось, отсутствие безукоризненно выполненного протокола исследования все же дает повод для различных спекуляций (см. таблицу 1). Но вернемся к исследованию. Итак, образец плащаницы размером в несколько квадратных сантиметров разделили на три части и отправили в три независимых научных учреждения: в лабораторию геофизики Аризонского университета (США); в лабораторию археологии и истории искусства Оксфордского университета, выполнившую эту работу совместно с исследовательской лабораторией Британского музея (Великобритания); а также в Институт физики в Цюрихе (Швейцария). В каждой из этих лабораторий образцы поделили еще раз, очистили разными способами и проанализировали их углеродный состав. Всего было сделано 12 измерений. Сравнение результатов трех лабораторий дало радиоуглеродный возраст 691% 31 yr.BP. Календарный возраст, полученный с помощью калибровочной кривой, свидетельствует: с 95%-ной вероятностью время происхождения образцов лежит между 1262 и 1312 или 1353 и 1384 годами (здесь проявилась объективная неоднозначность калибровочной кривой). Возраст 2000 лет при этом практически исключается. Напомню, что наиболее ранние надежные сведения о плащанице датируются приблизительно 1355 годом. Средневековое происхождение плащаницы ни у кого из участников радиоуглеродной датировки не вызывает сомнений. Результат убедительно подтверждает гипотезу о том, что Туринская плащаница — работа художника XIV века. Казалось бы, научное исследование плащаницы на этом должно завершиться; но, как выяснилось, точку в этой истории ставить рано. Кандидат физико-математических наук В. СУРДИН. Альфа-спектрометр Описание установки Установка состоит из камеры с тремя α - источниками, кремниевого детектора и регистрирующей электронной аппаратуры. В качестве детектора в установке используется полупроводниковый кремниевый детектор. Источники расположены на турели, которая имеет три фиксированных положения поворота и может перемещаться в камере относительно детектора. В режиме измерения крышка камеры должна быть закрыта, чтобы на детектор не попадал свет. Электронная регистрирующая аппаратура состоит из зарядочувствительного предусилителя, усилителя. Импульсы с усилителя поступают в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), который служит интерфейсом ЭВМ. Зарядочувствительный предусилитель служит для преобразования информации о заряде, образовавшемся в чувствительной области детектора в амплитуду импульса. Усилитель усиливает и формирует сигналы для улучшения соотношения сигнал шум. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) служит для измерения амплитуд импульсов, т.е. для перевода аналоговой информации в цифровую. Он генерирует число линейно зависимое от амплитуды входного сигнала. Событие, обработанное АЦП, фиксируется в соответствующей определенному диапазону амплитуд ячейке памяти (канале). Каналы последовательно нумеруются так, что большим амплитудам соответствуют большие номера каналов. По мере набора статистики в памяти ЭВМ формируется распределение номер канала - количество событий, которое после проведения измерений можно наблюдать на мониторе или распечатать. Источник напряжения смещения детектора служит для создания электрического поля, под воздействием которого собираются заряды, образовавшиеся в детекторе при ионизации, производимой в чувствительном слое регистрируемой частицей. Блок схема альфа – спектрометра: Сцинтилляционный спектрометр Для регистрации -квантов часто используются сцинтилляционные детекторы. Когда гамма-квант попадает в детектор, в результате трех процессов: фотоэффекта, эффекта. Комптона и образования, электрон-позитронных пар-образуются заряженные частицы. В сцинтилляторах при прохождении через них заряженных частиц возникают световые вспышки. Интенсивность световой вспышки пропорциональна энергии, потерянной частицей в сцинтилляторе. Сцинтилляционный спектрометр состоит из сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя. Для регистрации - излучения в сцинтилляционных спектрометрах используют взаимодействия - квантов с веществом сцинтиллятора. Результатом всех трех основных процессов взаимодействия -квантов с веществом (фотоэффекта, комптоновского рассеяния и рождения пар) является передача энергии -кванта вторичным частицам -электронам и позитронам. При прохождении заряженных вторичных частиц через вещество их энергия тратится на возбуждение и ионизацию среды. Переходы с возбужденных состояний сцинтиллятора на более низкие уровни энергии сопровождаются излучением фотонов: в сцинтилляторе возникает световая вспышка. Таким образом, сцинтиллятор трансформирует энергию падающего - кванта в большое количество вторичных -квантов низких энергий-фотонов флюоресценции. Возникшие в сцинтилляторе под действием падающего пучка -квантов вторичные фотоны попадают на фотокатод. Фотокатод нанесен на внутреннюю торцевую поверхность стеклянного баллона ФЭУ, в котором создан вакуум, необходимый для свободного движения электронов. Под действием фотонов происходит фотоэффект на фотокатоде с вылетом электронов, которые попадают в электронно-оптическую систему фотокатод-диноды (электроды). В результате вторичной электронной эмиссии на динодах электроны выбивают из них вторичные электроны, образуя нарастающую от динода к диноду электронную лавину. Форма динодов подобрана для эффективного ускорения и фокусировки вторичных электронов. Между динодами поддерживается разности потенциалов 100-150 В. Общий коэффициент усиления ФЭУ, имеющих обычно от 10 до 14 динодов, достигает величин порядка 106-109. Амплитуда импульса напряжения, создаваемого на нагрузке последнего динода (анода) ФЭУ, обычно составляет несколько десятых вольта и пропорциональна энергии, потерянной частицей в сцинтилляторе. Описание установки Блок-схема установки показана на рис.2. Регистрация -квантов осуществляется шестью неподвижными сцинтилляционными спектрометрами, установленными друг напротив друга. Регистрация аннигиляционных фотонов происходит в двух режимах: счетном и аналитическом. В счетном режиме регистрация фотонов проводится с помощью пересчетного устройства ПСО 2.2 eM. Выбор ФЭУ осуществляется тумблерами на передней панели установки, вынесенной в отдельный блок. Так же схема совпадений позволяет проводить измерения одновременно для двух ФЭУ. В аналоговом режиме можно получить энергетический спектр регистрируемых фотонов с помощью многоканального анализатора. рис.2
