Виктор Михайлов - Физические основы получения атомной энергии

Можно применять ионизационную камеру, не отключая ее от батареи. В этом случае напряжение между электродами будет оставаться постоянным. В отсутствие радиоактивного излучения воздух, заполняющий камеру, является непроводником электричества, и поэтому ток в цепи батарея — камера будет отсутствовать. При воздействии излучения воздух ионизируется, то есть становится проводником, и в цепи появляется ток, называемый ионизационным током. По силе тока и судят о количестве излучения.

Так как ионизационный ток очень слаб, то для непосредственного его измерения требуется слишком чувствительный прибор. Поэтому этот ток сначала обычно усиливается с помощью усилителя, а уж потом подается для измерения на стрелочный прибор обычного типа.

Описанным здесь способом ионизационные камеры используются в некоторых дозиметрических приборах. Конструкции их могут быть самыми разнообразными. Применяемый усилитель ионизационного тока собирается на электронных лампах, подобных имеющимся в каждом ламповом радиоприемнике.

Газовый счетчик.Если радиоактивное излучение слабое, то вместо ионизационной камеры применяют газовые счетчики, позволяющие обнаружить появление отдельной ионизирующей частицы.

Простейший счетчик представляет собой стеклянный или металлический цилиндр Ц , по оси которого на изоляторах натянута тонкая проволока (рис. 14). Вся эта система наполняется обычно инертным газом (отсюда и само название «газовый счетчик») при давлении в несколько десятков миллиметров ртутного столба.

Показанный на рис. 14 стеклянный газовый счетчик предназначен для измерения гамма-излучений. Внутренняя поверхность стеклянного цилиндра покрыта тонким слоем металла, который соединяется с отрицательным полюсом батареи высокого напряжения Б . Второй электрод (проволока) присоединяется через большое сопротивление R к положительному полюсу. Напряжение батареи подбирается так, чтобы оно было немного меньше того напряжения, при котором в счетчике может произойти электрический пробой. При таком напряжении в отсутствие ионизирующих частиц тока между электродами счетчика не будет. При попадании же в счетчик такой частицы, образующей внутри его ионы, между электродами возникает разряд, и в цепи протекает ток. Напряжение на счетчике при этом уменьшается вследствие падения напряжения на сопротивлении R , и вспыхнувший разряд гаснет. Таким образом, каждая попавшая в счетчик ионизирующая частица вызывает в нем лишь кратковременный импульс тока, который, протекая по цепи, создает на сопротивлении R импульс напряжения. Этот импульс может быть зафиксирован после надлежащего усиления с помощью обычного микроамперметра или электромеханического счетчика-нумератора.

Газовый счетчик с усилителем электрических импульсов и микроамперметром может быть использован в дозиметрическом приборе. Такой прибор может состоять из двух основных частей — зонда и измерительного пульта, соединенных между собой гибким кабелем. Для счета импульсов на слух прибор может снабжаться головными телефонами.

Сцинтилляционный счетчик.Для обнаружения и измерения проникающих излучений может быть использован метод сцинтилляций, основанный на свойстве частиц радиоактивных лучей вызывать кратковременные точечные вспышки света в некоторых веществах при попадании в них. Для этой цели годятся сернистый цинк, иодистый калий, нафталин, антрацен и другие вещества. Вспышка света, или сцинтилляция, возникает в той точке облучаемого вещества, в которую попадает частица. Подсчитывая число световых вспышек, можно подсчитать тем самым число частиц, ударяющихся в слой вещества. Это свечение по своей природе подобно свечению экрана телевизора, возбуждаемому бомбардирующими его электронами, и называется люминесцентным. На рис. 15 показано устройство простого физического прибора — спинтарископа, позволяющего видеть световые вспышки, возбуждаемые отдельными альфа-частицами. Вблизи от экрана, покрытого люминесцирующим веществом (например, сернистым цинком), укреплена стрелка, на кончике которой находится ничтожное количество соли радия; каждая альфа-частица, попавшая из радия на кристаллик сернистого цинка, вызывает вспышку света, хорошо заметную в темноте сквозь лупу.

Обнаружение отдельных ионизирующих частиц по световым вспышкам — сцинтилляциям, регистрируемым глазом, используется в ядерной физике давно. Этим методом пользовался Резерфорд, установивший существование в атоме ядра. Этим методом было установлено, что 1 г радия испускает каждую секунду 37 млрд. альфа-частиц.

В настоящее время метод сцинтилляций, возрожденный на новой технической основе, используют в так называемых сцинтилляционных, или люминесцентных, счетчиках. В таком счетчике сцинтилляции, возникающие в люминесцирующем экране или кристалле, регистрируются не глазом, а весьма чувствительным к свету прибором — фотоэлектронным умножителем, изобретенным в 1930 г. советским инженером Л. А. Кубецким. Фотоэлектронный умножитель (кратко фотоумножитель) — это прибор в виде небольшого цилиндрического баллона из стекла, заключающего в себе фотоэлемент с фотокатодом и ряд электродов — эмиттеров, образующих собственно электронный умножитель.

Вспышка света (сцинтилляция) вызывает в фотоэлементе слабый импульс электрического тока, который затем усиливается в умножителе. Для усиления тока пользуются тем обстоятельством, что каждый электрон, испущенный фотокатодом, ударяясь о поверхность ближайшего электрода-эмиттера, выбивает из него при соответствующих условиях до десяти новых (вторичных) электронов. На эмиттере происходит таким образом «умножение» числа электронов и соответственно усиление тока. Это умножение многократно повторяется благодаря тому, что поток электронов с первого эмиттера направляется на второй эмиттер, затем на третий, четвертый и т. д. В результате слабый ток, первоначально вызванный сцинтилляциями в фотоэлементе, усиливается в несколько миллионов раз. После такого усиления импульсы тока можно уже регистрировать с помощью микроамперметра или какого-либо другого прибора подобно тому, как это делается в схемах с газовыми счетчиками. Простейшая блок-схема сцинтилляционного счетчика приведена на рис. 16.