Зарядталған бөлшектерді санауыш

Ядролық физиканы зерттеу кезінде зарядталған бөлшектерді есептеу, жеке зарядталған бөлшектерді тіркеу жəне бақылау кеңінен шешуін тапты.

Есептегіштердің жұмыс істеу принципіне жəне əсерлер-лесуіне байланысты: иондалу, жартылай өткізгіштік (кристал-дық), сцинтилляциялық жəне черенковтық болып төрт топқа бөлінеді.

Осыларға жеке тоқтала кетейік:

Иондаушы санауыш. Санауыштың бұл түріне: пропорцианал-дық санауыш жəне өздігінен разрядталу санауышы Гейгер-Мюллер есептегіші жатады.

Пропорцианалдың санауыш (7.7а-сурет). Егер иондаушы камера қанығу ток режимінде жұмыс істесе, онда жеке бөлшектердің тіркелуі жоғары болмайды. Егер иондау камерасы үдетілген газ режимі де жұмыс істесе, онда сезгіштігі бір шама артады. Жоғары кернеу облысында (СD – аралығы, 7.7б-сурет) иондалу соқтығысу нəтижесінде орындалса, онда

~ 260 ~

7.7-сурет

бу көшкінінің саны көбейеді жəне бастапқы құрылған иондаушы зарядталған бөлшектер санының (no) əсерінен бу ионы kno -ге дейін артады. Мұндағы k – үдетуші, газ коэффициенті. Электродтардың арасындағы кернеудің артуына байланысты үдетілген газ коэффицентінің артуы орындалады.

Алғаш k коэффиценті иондаушы бөлшектер құрған бастапқы иондар санына (no) тəуелді болмайды. Əрі қарай кернеудің (U) артуына байланысты, no – артады да, үдетуші коэффицент кеми бастайды. Газдың үдеу аймағында коэффицент (k), no – иондар санына байланысты болмайды, оны пропорционалдық есептегішке пайдаланады. Сондықтан да санауыштан алынатын импульс шамасы, газ санауышынан алғаш ұшып шыққан зарядталған бөлшектер саны бастапқы иондар санына пропорционал болады.

Бастапқы пайда болған бу иондарының саны – no, оның иондалған кездегі - kno саны санағыштағы бөлшектерді тіркеу үшін шығындаған энергиясына пропорцианал болады. Сондықтанда санауыш арқылы өткен зарядталған бөлшектердің иондалу тогының шамасы да шығындалу энергиясына пропорционал болады. Сонымен пропорционал есептегіш көмегі мен тек өткен бөлшектерді тіркеп қана қоймайды, сонымен бірге энергия мөлшерін де анықтай алады.

Санағыш өзінің конструкциясы бойынша, диаметрі бірнеше сантиметр цилиндр формадағы шыны немесе металл балоннан жəне бойлай тартылған жіңішке металл қылдан (анод) жасалған болады. Қылдың диаметрі тəртіп бойынша 1 мм-ден аспайды. Қыл сымның цилиндр қабырғасына қосылған жері мұқият

~ 261 ~

изоляцияланады жəне кедергі арқылы жермен қосылады. Цилиндрлік түтік газбен, əдетте аргонмен (немесе газдардың қоспасымен) белгілі қысым да толтырылады. Цилиндр қабырғасымен есептегіш катод қыл сым (есептегіштің аноды) аралығына 10² – 10³в шамасында потенциал айырымы беріледі. Қыл сымға жақын аймақта күшті электр өрісі пайда болады да газдың үдетілуі орындалады. Газдың үдетілу коэффициенті 10⁴-нен аспайды. Пропорционалды санағышта разрядталу процесі өздігінше орындалмайды жəне ол барлық электрондар мен иондарда газ үдетілген кезде ғана электродтарды сəйкестендіру мəніне жетеді.

Процесс ұзақтығы 10^-4сек, ол баяу иондардың орын ауыстыру жылдамдығы арқылы анықталып цилиндр өлшемімен (диаметрі) есептеледі.

Жартылай өткізгіштік (кристалдық) санауыш. Разрядты иондаушы есептегішке жартылай өткізгіштер санауышы жатады. Оларды əдебиеттерде жиі кристалды деп атайды. Жартылай өткізгіштік санауыштың жұмыс істеу принципі иондау санауышына негізделген. Кристалдық есептегіште ұшып келе жатқан бөлшек өткізгіштегі электронды бөліп шығарады да, жартылай өткізгіште «кемтік» пайда болады.

Жартылай өткізгіш материалына – күкіртті кадмий (Cds), күкіртті цинк (ZnS), алмаз хлоры күміс (Ag Cl) тағы басқалар жатады. Жартылай өткізгішке еніп соқтығысқан бөлшек ондағы көптеген ток тасымалдаушыларды орнынан тайдырып; «кемтік» немесе «электрондық» өткізгіштік туғызады. Жартылай өткізгіштен жасалған пластинкадан өткен электр тогы лезде үдетіліп өлшеуіш құралына беріледі де, пластинка өткізгіштік қабілетке ие болады. Өлшеуіш құралы бөлшектерді тіркеуге арналып градуирленген, сондықтан да ол жартылай өткізгіш пластинкасындағы ток күші емес бөлшек санын көрсетеді. өткізгіштер зонасындағы электронның өмір сүру уақыты 10^-8 – 10^-7 сек. құрайды. Сонымен жартылай өткізгіш пластинкасына енетін əрбір бөлшек «өз порциясындағы» бөліп шығарған ток тасымалдаушының ток импульсін өлшеуіш құралына береді. Пластинкадағы импульстер санын бақылау арқылы бөлшек санын анықтай аламыз.

Кристалдық есептегішті басқа құралдармен салыстырғанда құрылысы өте қарапайым, өлшемдері кіші, өткізгіштігі жоғары

~ 262 ~

жəне ток импульсінің өсуі жылдам, күтімі жеңіл, сенімді, салыстыруға тұрарлықтай құрал.

β жəне γ спектрометрі. Ядролық түрленулер кезінде көп мөлшерде бета жəне гамма сəулелері шығарылады. Əртүрлі жағдайларда осы сəулелерге сəйкес келетін электрондар мен фотондар бір-бірінен энергиялары арқылы ажыратылады. Сондықтан да электрондар мен фотондардың біртекті емес ағындарының энергиясы бірдей құраушыларға жіктеледі немесе былайша айтқанда спектрлерге жіктеледі (бета-спектр жəне гамма- спектр). Гамма сəулесімен рентген сəулесінің табиғаты бірдей болғандықтан, гамма- спектрін алу үшін (энергиясы өте жоғары емес гамма фотон), осындай əдісті пайдалануға болады. Одан басқа жоғарыда қарастырылған сцинтилляциалық гамма спектрометрін де пайдалануға болады.

Бета спектрін алу үшін магнитті бета-спектрометр қолданылады. Оның жұмыс істеу принципі масса-спектрометрмен бірдей. Өзгешелігі тек бета-спектрометрде иондар орнына электрондарды анализдейді (қарастырады). Бұл кезде электрондар мен позитрондардың энергиясы бета бөлшектердің энергиясының шамасымен мөлшерленеді. Гамма жəне бета-спектрометрлердің көптеген түрлері бар, бірақ олардың жұмыс істеу принципімен анықтайтындары бірдей болып келеді.