Физика нейтрино
Категория реферата: Рефераты по физике
Теги реферата: новшество, рассказы
Добавил(а) на сайт: Kvasov.
Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | Следующая страница реферата
Именно с помощью этого прибора проводил свои опыты Резерфорд.
Он вспоминал, что он не мог выдержать более трех минут наблюдений, потом
глаза начинали слезиться от напряжения, и приходилось отдыхать. Чемпионом в лаборатории считался Ганс Гейгер. Однако он пренебрег своим чемпионским
званием и, совместно с Мюллером, изобрел газоразрядный счетчик, надолго вытеснивший из практики метод вспышек, названный сцинтилляционным.
В 1944 году Керран и Бейкер использовали для счета сцинтилляций фотоэлектронный умножитель, регистрирующий световые вспышки. Свет от каждой частицы преобразовывался в электрический импульс, и затем их количество подсчитывалось. С этого момента метод сцинтилляций начал свое победное шествие в ядерной физике и физике элементарных частиц.
В 1947 году Кальман заменил экран сернистого цинка прозрачным для
собственного излучения кристаллом нафталина. Теперь свет шел не с по-
верхности, а из всего объема кристалла. Стало возможным регистрировать не
только короткопробежные [pic]- частицы, но и [pic]- и [pic]- излучение.
За короткое время было разработано множество видов сцинтилляторов.
Для регистрации нейтрино, как правило используют жидкие сцинтилл- торы. Поскольку выращивать кристаллы, органические и неорганические, - сложное и дорогое дело. А их требуется очень много. Другое дело жидкости, хотя и с ними было много трудностей. В жидких сцинтилляторах сам растворитель ( толуол, бензол, декалин и т.п.) обычно обладает очень слабыми сцинтилляционными свойствами и в него необходимо ввести специальные добавки - активаторы, которые "перехватывают" энергию от молекул растворителя и эффективно превращают ее в свет.
Отработка таких сложных по составу растворов заняла много времени. Кроме того, все компоненты жидкого сцинтиллятора должны были иметь высочайшую химическую чистоту.
Но кроме трудностей с получением сцинтилляторов существовала еще одна проблема - проблема фона. Точность любого измерения малой актив- ности всегда зависит от того насколько сильно удастся подавить фон.
А чтобы его подавить, необходимо знать природу, свойства фоновых час-
- 13 -
тиц. Можно вспомнить достаточно много случаев, когда неучтенный фон принимался за эффект, которого на самом деле не существовало. Это приводило к ошибочным результатам измерений.
Первая составляющая фона связана с космическим излучением. Оно бы- ло обнаружено по разрядке электроскопов и доставляло множество непри- ятностей физикам, занимавшимся в XIX веке опытами по электричеству.
Неуловимый вредитель стал для физиков верным союзником. До созда-
ния ускорителей элементарных частиц космические лучи являлись единс-
твенным источником излучения большой энергии. Опыты с ними позволили
понять многие закономерности микромира и обнаружить новые элементарные
частицы: позитрон, [pic]- и [pic] - мезоны. Интереснейшее явление -
космические ливни - были объяснены отечественными физиками Д.В.
Скобельцыным, Л.Д. Ландау, И.Е. Таммом и др.
Потоки частиц из космоса падают на границу земной атмосферы. Те из них, которые обладают достаточной энергией и могут избежать глубокой ловушки - магнитного поля Земли, устремляются к поверхности нашей планеты. И во взаимодействии с ядрами кислорода и азота рождают новые частицы.
При этом в лаборатории регистрируются три компоненты излучения:
электроны, позитроны и [pic]- кванты - это мягкая компонента; частицы, ко-
торые участвуют в ядерном взаимодействии - нуклоны, [pic]-мезоны - ядерная
компонента; наконец, положительные и отрицательные [pic]-мезоны -
жесткая компонента. Для устранения каждой из компонент необходима
определенная защита. Мягкая - поглощается слоем свинца толщиной в 10-15 см
( пассивная защита). Избавиться от ядерной компоненты труднее – для ее
поглощения требуется 2-3 м железа или 15-20 м воды. Поэтому, если
представляется такая возможность, детекторы помещают в подземное помещение.
Остаются мюоны больших энергий, глубоко проникающие под землю.
Борьба с ними ведется с помощью активной защиты. Установку стараются окружить, особенно сверху, либо баками с жидкими сцинтиллятором, либо пластинами из сцинтилляционной пластмассы, либо газовыми или черенковскими счетчиками. Мезоны, попавшие в основной детектор, с большой вероятностью проходят через детекторы активной защиты и регистрируются в них. Электронная схема следит за тем, когда импульсы от основного детектора и защитных совпадут по времени, и относит такое событие к фоновым. Полностью подавить мезонный фон не
- 14 -
удается, так как эффективность регистрации активной защиты не может быть
100%, но удается уменьшить его в сотни и тысячи раз.
Вторая компонента фона - естественная радиоактивность. Естественные
радиоактивные элементы находятся в рассеянном состоянии во всех
материалах установки, защиты, в воздухе и в самих экспериментаторах. В
природе существует три семейства элементов, обладающих естественной
радиоактивностью: урана-радия, тория и актиния. Каждое семейство - это
ряд атомов, претерпевающих последовательный распад и превращающихся в
другие элементы, члены ряда. Есть еще отдельные радиоактивные изотопы, создаваемые в атмосфере космическим излучением м не входящие в эти
семейства. Наконец, есть очень неприятный для ряда экспериментов изотоп
40К. Больше всего калия содержится в стеклах, в ФЭУ, в сопротивлениях
делителя ФЭУ.
Органические сцинтилляторы содержат значительно меньше радиоактив- ных загрязнений, чем неорганические кристаллы. Чаще всего их фон связан с внешней радиацией.
Третий вид фона связан с самим источником нейтрино. При делении
осколков урана в активной зоне реактора излучают самые разные частицы. Из
них сквозь биологическую защиту проникают быстрые [pic]-кванты и нейтроны.
Если считать, что в защищенных помещениях реактора число быстрых
нейтронов в сто раз меньше предельно допустимой для персонала нормы, то
вероятность их регистрации в детекторе с органическим сцинтиллятором все
еще в миллион раз больше, чем для нейтрино. Это преимущество должно быть
скомпенсировано дополнительной защитой. Ведь фон, связанный с работой
реактора, - один из самых неприятных. Его нельзя измерить отдельно от
эффекта, выключив реактор, как это делается для других видов фона. Он
возникает одновременно с нейтрино и поэтому должен быть учтен особенно
тщательно.
Как уже отмечалось, впервые зафиксировать нейтрино вдали от места его рождения удалось американским физикам Рейнесу и Коуэну в 1953 году.
Для обнаружения нейтрино, а точнее антинейтрино, была использована реакция [pic] + p [pic] n + e+.
Схема установки представлена на рис.1. Принцип регистрации заклю- чался в следующем. Нейтрино, летящее от реактора, попадает в мишень - пластиковый бак, наполненный двумястами литрами воды. В воде растворена соль кадмия CdCl3. При взаимодействии нейтрино с водородом (р) образуются нейтрон и позитрон. Последний практически мгновенно замед-
- 15 -
ляется, аннигилирует с электроном среды, и два [pic]-кванта, каждый с энергией 0,5 МэВ, разлетаются в противоположные стороны. Мишень была сделана достаточно тонкой, чтобы вылетавшие из нее кванты попадали в баки с жидким сцинтиллятором, установленные по обе стороны от мишени.
Рис. 1. Схема опыта Рейнеса и Коуэна.
Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: дипломы курсовые, конспект урока изложения.
Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | Следующая страница реферата