Радиоактивные изотопы и их применение - [20]
В настоящее время наиболее распространенным прибором для регистрации радиоактивного излучения является счетчик Гейгера-Мюллера. При различного рода исследованиях применяют счетчики различных конструкций. Одна из них представляет собой тонкостенный стеклянный баллон диаметром, равным 1–2 сантиметрам, и длиной в 10–20 сантиметров. Стенки баллона изнутри покрыты слоем металла, концы баллона запаяны, и по оси его натянута металлическая нить, изолированная от покрытия стенок. Баллон наполнен смесью аргона и паров спирта при давлении, равном приблизительно 10 сантиметрам ртутного столба. Покрытие стенок присоединяется к источнику высокого напряжения в 1000–2000 вольт, а нить через высокое сопротивление заземлена (рис. 16).
Если в такой счетчик проникает электрон, то он ионизирует некоторое количество молекул газа, находящегося внутри счетчика. Образовавшиеся при этом электроны вследствие высокой разности потенциалов между электродами счетчика с большей скоростью устремляются к нити, производя при этом ионизацию новых молекул газа. Таким образом, число электронов растет подобно снежной лавине, начинающейся с падения небольшого комка снега. В итоге происходит разряд. В момент разряда по сопротивлению к земле будет течь ток. Вследствие этого на сопротивлении возникнет импульс напряжения, который усиливается специальным прибором и регистрируется с помощью электросчетчика. Электросчетчик отвечает на каждую проникшую в газовый счетчик частицу перемещением стрелки на одно деление. При помощи счетчика Гейгера-Мюллера можно определить интенсивность излучения или количество распадающихся атомов радиоактивного элемента по числу зарегистрированных в единицу времени импульсов тока.
Если в счетчик проникают гамма-фотоны, то они выбивают из стенок счетчика электроны, которые в итоге и вызывают в счетчике разряд. Счетчик фотонов может быть толстостенным. Для регистрации альфа-частиц и электронов малой энергии, которые не могут проникнуть внутрь счетчика через его стенку, применяют счетчики специальной конструкции с окошками, закрытыми тонкой слюдой, или применяют счетчики, конструкция которых позволяет вводить препарат внутрь счетчика. На рис. 17 показан общий вид одной из отечественных установок для регистрации излучения радиоактивных элементов с помощью счетчика Гейгера-Мюллера.
Альфа-частицы могут быть обнаружены и сосчитаны и по сцинтилляциям — световым вспышкам, которые получаются при попадании альфа-частиц на экран из сернистого цинка. Сцинтилляции можно наблюдать в темноте с помощью микроскопа.
Сцинтилляционный метод широко применяется в настоящее время и для регистрации электронного и гамма-излучения. Однако электроны вызывают настолько слабые вспышки света на сцинтиллирующем экране, что регистрация их возможна лишь с помощью специального прибора. Таким прибором является фотоумножитель, перед стеклянным окошком которого ставится сцинтиллирующий экран.
Фотоумножитель представляет собой откаченный до глубокого вакуума небольшой цилиндрический стеклянный баллон, в котором размещены катод, эмиттеры и анод (коллектор). На рис. 18 приведена схема устройства и включения электронного умножителя. На эмиттеры подается со специального прибора (делителя напряжения) возрастающее от первого к последующим эмиттерам напряжение. Анод является фактически последним в ряду эмиттеров и к нему так же подается напряжение, большее, чем у последнего эмиттера. На катод подается отрицательное напряжение порядка 1000–1500 вольт. Излучение радиоактивных изотопов попадает на сцинтиллирующий экран или специальный кристалл — фосфóр, который ставится перед окном фотоумножителя. Под действием световых фотонов с поверхности катода вырываются электроны, которые фокусируются и ускоряются в электрическом поле между катодом и первым эмиттером. Обычно используют сурмяно-цезиевые катоды, из которых электроны легко выбить. Попадая на первый эмиттер, электроны вырывают из его поверхности новые электроны в большем числе. Последние под действием электрического поля движутся, все ускоряясь, ко второму эмиттеру и вырывают из его поверхности еще большее число электронов, которые устремляются к следующему эмиттеру, и так до тех пор, пока все электроны не попадут на анод. Число электронов, попадающих на анод, в сто тысяч — миллион раз больше числа электронов, срывающихся с катода. Число последних обычно не превышает тысячи. Таким образом, на появление в кристалле фосфóра одной ионизирующей частицы радиоактивного излучения фотоэлектронный умножитель отвечает кратковременным электрическим сигналом, сила которого достаточна для регистрации его с помощью радиолампового усилителя и электромеханического счетчика. Каждому электрону или фотону, попадающему на катод фотоумножителя, электромеханический счетчик отвечает перемещением стрелки на одно деление.
