ნახეთ, რა არის „ელემენტარული ნაწილაკების დეტექტორი“ სხვა ლექსიკონებში. ნაწილაკების დეტექტორი

2.1. გაზის გამონადენის დეტექტორები. გეიგერ-ტროსტის მრიცხველები, პროპორციული მრიცხველები, იონიზაციის კამერები. სცინტილაციის მრიცხველები.

2.2. ჩერენკოვი ეწინააღმდეგება. ნახევარგამტარული მრიცხველები.

2.3. აკონტროლეთ დეტექტორები ინფორმაციის ფილმის ჩაწერით. ღრუბლის კამერა, ბუშტუკების კამერები, ნაპერწკლის და ნაკადის კამერები. ბირთვული ემულსიის მეთოდი.

2.4. უფილო კამერები. პროპორციული და დრიფტის კამერები. სცინტილაციის ჰოდოსკოპიური სისტემები და ჩერენკოვის მრიცხველები.

გაზომვების და მათემატიკური მონაცემთა დამუშავების მეთოდები

3.1. სპექტრომეტრიული გაზომვების მეთოდები. მაგნიტური სპექტრომეტრები. სპექტრომეტრიული საზომი ბილიკები ნახევარგამტარული და სცინტილაციის მრიცხველებით კომპიუტერში მონაცემების გამომავალი. მრავალგანზომილებიანი სპექტრის გამოსახულების მეთოდები.

3.2. დოზიმეტრული გაზომვები. დასაშვები რადიაციული ნაკადები. დაცვის მეთოდები.

3.3. თვალთვალის მოწყობილობების ფოტოების ავტომატური დამუშავების მეთოდები. მექანიკურ-ოპტიკური და ელექტრონული სისტემებისკანირება კომპიუტერში მონაცემების გამოტანით.

3.4. ფიზიკური დანადგარები კომპიუტერზე მონაცემების ავტომატური გამოტანით. შენახვის მოწყობილობების ტიპები. გამოყენება სხვადასხვა კლასებიკომპიუტერები ინფორმაციის მიღების, წინასწარი დამუშავებისა და შესანახად, ასევე მონიტორინგისა და მართვისთვის.

ექსპერიმენტული მონაცემების დამუშავების მეთოდები

4.1. მათემატიკური სტატისტიკის ძირითადი ცნებები. სტატისტიკური შეფასებების თეორია და ჰიპოთეზის ტესტირება. მაქსიმალური ალბათობის მეთოდი. ექსპერიმენტის დაგეგმვა.

4.2. სისტემები მათემატიკური პროგრამებიფიზიკური შედეგების დამუშავება და ანალიზი. ნაწილაკების სხივების გეომეტრიული რეკონსტრუქცია. მოვლენათა გარკვეული კლასის ამოცნობის სისტემა. ფიზიკური შედეგების ანალიზი.

VIII. Ძირითადი ინფორმაცია
ექსპერიმენტის მიხედვით ბირთვული ფიზიკა

ძირითადი თვისებები ელემენტარული ნაწილაკები

1.1. დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობა ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში; მოძრაობის განტოლებები.

1.2. დამუხტული ნაწილაკების ურთიერთქმედება მატერიასთან. იონიზაციის დანაკარგები და მძიმე დამუხტული ნაწილაკების დიაპაზონი; ბეტა ნაწილაკების გავლა მატერიაში. ნეიტრალური ნაწილაკების ურთიერთქმედება მატერიასთან.

1.3. ელემენტარული ნაწილაკები და ბირთვები. ბირთვების ძირითადი მახასიათებლები. ფიზიკური თვისებებინაწილაკები: მუხტები, მასა, სპინი, პარიტეტი, იზოსპინი. ნაწილაკების სიცოცხლე.

ელემენტარული ნაწილაკების ჩაწერის მეთოდები

2.1. დამუხტული და ნეიტრალური ნაწილაკების ჩაწერის მეთოდები.

2.2. გაზით სავსე მრიცხველები და მათი ტიპები. იონიზაციის კამერები. გაზით სავსე კამერები ინფორმაციის შეგროვების ოპტიკური მეთოდით. ნაპერწკლისა და ნაკადის კამერები.

2.3. გაზით სავსე კამერები ინფორმაციის შეგროვების ელექტრონული მეთოდებით. მრავალმავთულის ნაპერწკალი, პროპორციული და დრიფტის კამერები.

2.4. სცინტილაციისა და ჩერენკოვის დეტექტორები. ფოტომამრავლები.

2.5. ნახევარგამტარული დეტექტორები. პოზიციისადმი მგრძნობიარე
დეტექტორები.

2.6. ნაწილაკების აღმოჩენა ბუშტების კამერების გამოყენებით.

გაზომვის შედეგების სტატისტიკური დამუშავება

3.1. ალბათობის თეორიის საფუძვლები. შემთხვევითი ცვლადები. განაწილების ძირითადი კანონები შემთხვევითი ცვლადები: ბინომალური განაწილებაპუასონი, გაუსიანი განაწილება.

3.2. გაზომვის შეცდომების თეორიის საფუძვლები.

3.3. ჩაწერის სისტემების არასწორი გამოთვლების თეორიის საფუძვლები.

IX. ზოგადი რადიო ელექტრონიკა და კომპიუტერული ტექნიკა
(მეცნიერების ტექნიკური ფილიალისთვის)

ელექტრული სქემების და დიაგრამების გაანგარიშების მეთოდები

1.1. წრფივი ელექტრული სქემების ანალიზი. ეკვივალენტური სქემები. კირჩჰოფის კანონები, ეკვივალენტური გენერატორის თეორემა, კვანძოვანი პოტენციალის მეთოდი, მარყუჟის დენის მეთოდი. ოთხპოლუსები.

1.2. ელექტრული სიგნალების ანალიზი. დელტა ფუნქცია და ნაბიჯი ფუნქცია. ფურიეს ტრანსფორმაცია.

1.3. სიგნალების გადაცემა ხაზოვანი სისტემებით. დიფერენციალური განტოლებები, აღწერს პროცესებს ელექტრული სქემები. იმპულსური პასუხი ხაზოვანი სისტემა. სუპერპოზიციის ინტეგრალი. კოაგულაციის ფორმულა. გადაცემის ფუნქცია. გარდამავალი პროცესები გრძელ წრეებში.

1.4. საფუძვლები ოპერატიული გაანგარიშება. ლაპლასის ტრანსფორმაცია.

1.5. ალგებრის ლოგიკის საფუძვლები. ლოგიკური ელექტრონული სქემების შედგენა.

ნახევარგამტარული მოწყობილობები

2.1.ნახევარგამტარული მოწყობილობების მუშაობის ფიზიკური პრინციპები. მათი კლასიფიკაცია.

2.2. ნახევარგამტარული დიოდები. მუშაობის პრინციპი, ძირითადი მახასიათებლები, პარამეტრები და მუშაობის რეჟიმები. დიოდების სახეები: იმპულსური დიოდები, დამუხტვის შესანახი დიოდები, გვირაბის დიოდები, ზენერის დიოდები, სინათლის გამოსხივების დიოდები და ა.შ. გამოყენების მაგალითები.

2.3. ბიპოლარული ტრანზისტორები. მუშაობის პრინციპი, ძირითადი მახასიათებლები, პარამეტრები და მუშაობის რეჟიმები. გადართვის სქემები, ეკვივალენტური სქემები, მუშაობა წრფივი და გადართვის რეჟიმში. ტრიოდების სახეები. მათი გამოყენების მაგალითები.

2.4. საველე ეფექტის ტრანზისტორები. მუშაობის პრინციპი, საველე ეფექტის ტრანზისტორების ტიპები. ძირითადი მახასიათებლები, პარამეტრები და მუშაობის რეჟიმები. განაცხადის მაგალითები.

2.5. სხვა სახის ნახევარგამტარული მოწყობილობები: დინიტორი, ტირისტორი, უკავშირო ტრანზისტორი და ა.შ. მათი ძირითადი მახასიათებლები და პარამეტრები. განაცხადის მაგალითები.

ინტეგრირებული სქემები

3.1. ჰიბრიდული და მონოლითური ინტეგრირებული სქემები. ბიპოლარული და MIS ტრანზისტორების საფუძველზე მონოლითური ინტეგრირებული სქემები, მათი მახასიათებლები. სხვადასხვა ტიპის ინტეგრირებული სქემების წარმოების ტექნოლოგია.

3.2. ანალოგური ინტეგრირებული სქემები: დიფერენციალური და ოპერაციული გამაძლიერებლები, ძაბვის რეგულატორები, კოდის ანალოგური და ანალოგიდან კოდის გადამყვანები. მათი ძირითადი პარამეტრები, გამოყენების მაგალითები.

3.3. ლოგიკური ინტეგრირებული სქემები. მათი კლასიფიკაცია მიკროსქემის და ტექნიკური დიზაინის მიხედვით. ძირითადი პარამეტრები. სქემების სიჩქარე. ლოგიკური ელემენტების სისტემა. ტრიგერის ტიპები. განაცხადის მაგალითები.

3.4. ინტეგრირებული სქემები ინტეგრაციის საშუალო ხარისხით: მრიცხველები, რეგისტრები, გადამრთველები, დეკოდერები, შემკრები და ა.შ.

3.5. ინტეგრაციის მაღალი ხარისხის ინტეგრირებული სქემები: რთული ლოგიკური მოწყობილობები, შესანახი მოწყობილობები, მიკროპროცესორები და ა.შ. ინტეგრაციის ხარისხის შემდგომი გაზრდის გზები.

გეიგერის მრიცხველი.

სცინტილაციის მრიცხველი.

ნახევარგამტარული დეტექტორი. ნახევარგამტარულ კრისტალში ნაწილაკი ქმნის დამატებით მუხტებს - ელექტრონ-ხვრელების წყვილებს. გამოყენებული ძაბვის გავლენის ქვეშ, ისინი გადადიან დეტექტორის ელექტროდებზე, ქმნიან ელექტრულ პულსს გარე წრეში.

ზოლის დეტექტორი. სილიკონის ურთიერთ პერპენდიკულარული ზოლების მატრიცა შესაძლებელს ხდის ნაწილაკების კოორდინატების მაღალი სიზუსტით გაზომვას.

ნეიტრინო დეტექტორის ჩერენკოვის მრიცხველები (ლოს ალამოსი, აშშ).

MEPhI თანამშრომლები აწყობენ გარდამავალი გამოსხივების დეტექტორს (TRD) ATLAS ინსტალაციისთვის (ცერნი, ჟენევა).

ვილსონის პალატა.

ბუშტის პალატა.

გოგირდისა და ოქროს იონების შეჯახების ფოტო ნაკადულში (ნაპერწკლის სახეობა) კამერაში. მასში შეჯახების დროს წარმოქმნილი დამუხტული ნაწილაკების კვალი ჰგავს ცალკეული შეუერთებელი გამონადენის ჯაჭვებს - ნაკადებს.

პირველი დამუხტული ნაწილაკების დეტექტორი იყო ღრუბლის კამერა.

პირველი ღრუბლოვანი პალატის მუშაობის პრინციპი.

თანამედროვე ინსტალაცია ელემენტარული ნაწილაკების ჩასაწერად ATLAS.

გახსნიდან გვიანი XIXპირველი ელემენტარული ნაწილაკის - ელექტრონის საუკუნე, ას წელზე მეტი ხნის განმავლობაში, ფიზიკოსები სულ უფრო და უფრო ახალ ინსტრუმენტებს ქმნიდნენ მათ შესასწავლად. ყველაზე პატარა ერთეულებიმატერია.

დამუხტული ნაწილაკების აღმოჩენა ყველაზე ადვილია, რის გამოც ისინი ადრე აღმოაჩინეს. ისინი იდენტიფიცირებულია იონიზაციის ბილიკით, რომელიც დატოვეს ელექტრონ-იონური წყვილების გზაზე. გამონადენი მილის სხივების ნაკადში აღმოჩენილი ელექტრონის შემდეგ, პროტონი (წყალბადის ატომის ბირთვი), a-ნაწილაკი (ჰელიუმის ატომის ბირთვი), სხვა ელემენტების ბირთვები და ელემენტარული ნაწილაკების მთელი გალაქტიკა. მალევე აღმოაჩინეს შედარებით მსუბუქი მეზონებიდან მძიმე ჰიპერონებამდე და კიდევ უფრო მასიური ნაწილაკები, რომლებიც მოიცავს მძიმე კვარკებს (იხ. „მეცნიერება და ცხოვრება“ No. 8, 1994).

ნეიტრალური ნაწილაკების პირდაპირი რეგისტრაცია შეუძლებელია: ისინი არ იონიზებენ მატერიას და თავს იჩენენ მხოლოდ ურთიერთქმედების დროს დამუხტული ნაწილაკების წარმოქმნით, რომლებიც მათ „ანათებენ“. ასე აღმოაჩინეს ნეიტრონი (უკუქცეული პროტონებიდან), გამა კვანტური (ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილებიდან) და მრავალი სხვა „ნეიტრალი“.

მოწყობილობები, რომლებიც „იჭერენ“ ნაწილაკებს, იყოფა ორ ჯგუფად - მრიცხველად და კამერად.

მრიცხველები აღრიცხავენ ნაწილაკების გავლის ფაქტს, განსაზღვრავენ დროის მომენტს (ზოგჯერ მაღალი, ნანოწამამდე, 10-9 წამის სიზუსტით), დაკარგულ ენერგიას და თუ ისინი გამოიყენება „ტელესკოპის“ დასამზადებლად. დაკავშირებულია ელექტრონული დამთხვევის სქემით, შემდეგ ნაწილაკების ჩამოსვლის მიმართულება. ცნობილია გეიგერის გაზის გამონადენის მრიცხველი, რომელიც ორმოცდაათი წელი ერთგულად ემსახურება ფიზიკას; პროპორციული მრიცხველი, რომლის სიგნალიც ემსახურება ნაწილაკების იონიზაციის დაკარგვის საზომს; სცინტილაციის მრიცხველების ოჯახი. არაორგანულ სკინტილატორებში (NaI, CsI კრისტალები და სხვ.), მათ ორგანულ (ანტრაცენულ და სხვ.) და პლასტმასის (პოლისტირონი და სხვ.) ანალოგებში ლუმინესცენციის ციმციმები ხდება დამუხტული ნაწილაკების გავლენით. ეს სუსტი სიკაშკაშე მილიონჯერ ძლიერდება ფოტოგამრავლების მილებით (PMT). Scintillation მრიცხველები გამოჩნდა გასული საუკუნის შუა წლებში და წარმატებით გამოიყენება დღემდე.

ნახევარგამტარული მრიცხველები, რომელთა სიგნალი წარმოიქმნება ნახევარგამტარული ფენის ელექტრონულ-ხვრელების წყვილებით, სცინტილატორების მიმართ მგრძნობელობით აღემატება. მათგან საუკეთესო, ლითიუმ-დოპირებული გერმანიუმის კრისტალები (Ge(Li), ზომავს ნაწილაკების ენერგიას 0,1% სიზუსტით, მაგრამ აქვს შეზღუდული ზომა და საჭიროებს ღრმა გაგრილებას. ზოლიანი დეტექტორები, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება ბოლო წლებში, არის ნახევარგამტარული მრიცხველების ტიპი სილიციუმის ვიწრო ზოლების სახით მყარ სუბსტრატზე მათი ურთიერთ პერპენდიკულარული ფენები შესაძლებელს ხდის ნაწილაკების კოორდინატების გაზომვას ათეულობით მიკრონის სიზუსტით.

იონიზაციის კამერა, ერთ-ერთი უძველესი დეტექტორი, არსებითად არის მრიცხველი, რომელიც ზომავს იონიზაციის გამო ნაწილაკების მიერ შექმნილ მთლიან მუხტს. მისი სხვადასხვა მოდიფიკაცია (გაზი, სითხე) ჯერ კიდევ გამოიყენება ნაწილაკებისა და მათი სხივების ენერგიის გასაზომად, განსაკუთრებით ხშირად დოზიმეტრიაში. ქსენონის კამერა მაღალი წნევაენერგეტიკული გარჩევადობით ოდნავ ჩამოუვარდება Ge(Li) კრისტალებს, არ არის შეზღუდული ზომით და არ საჭიროებს გაგრილებას, რაც განსაკუთრებით ღირებულია თანამგზავრებზე ექსპერიმენტების ჩასატარებლად.

კიდევ უფრო მგრძნობიარეა ჩერენკოვის მრიცხველები, რომლებიც აღმოაჩენენ თანმიმდევრულ გამოსხივებას ნაწილაკიდან, რომელიც მოძრაობს სინათლის სიჩქარეზე მეტი სიჩქარით გარემოში. მათი უახლესი მიღწევაა ეგრეთ წოდებული RICH დეტექტორები (ring imajing Cherenkov), რომლებიც „ხედავენ“ არა ცალკეულ ფოტონებს, არამედ ჩერენკოვის სინათლის მთელ რგოლს, რაც შესაძლებელს ხდის აღმოჩენილი ნაწილაკების მრავალი თვისების გაზომვას. დეტექტორების ამ კლასში ასევე შედის TRD დეტექტორები (გარდამავალი გამოსხივების დეტექტორი), გარდამავალი გამოსხივების მრიცხველები, რომლებიც წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც დამუხტული ნაწილაკი კვეთს ორი მედიის საზღვარს. ისინი გამოყოფენ ულტრარელატივისტურ ნაწილაკებს (რომელთა სიჩქარეც ძალიან ახლოსაა სინათლის სიჩქარესთან) ნაწილაკების უზარმაზარ ნაკადში და სულ უფრო ხშირად იყენებენ მაღალი ენერგიის ამაჩქარებლებში.

რეგისტრირებული ნაწილაკების ნაკადში მოთავსებული მრიცხველების ანსამბლი აყალიბებს ეგრეთ წოდებულ ჰოდოსკოპურ ინსტალაციას, რომელიც საშუალებას გვაძლევს თვალყური ადევნოთ თითოეულ ცალკეულ ნაწილაკს, ხოლო მაგნიტურ ველში მოთავსებისას შეგიძლიათ გაზომოთ მისი იმპულსი და მუხტის ნიშანი. მრიცხველები დაფენილია კალორიმეტრებით - მოწყობილობები, რომლებიც ზომავენ ნაწილაკების ენერგიას ელექტრონების, პოზიტრონებისა და ფოტონების შხაპის საფუძველზე, რომლებიც მათ წარმოქმნიან მატერიაში. „ფრენის დროის სისტემაში“ ჩართული მრიცხველები ზომავენ ნაწილაკების სიჩქარეს. თანამედროვე ამაჩქარებლის ინსტალაციები, რომლებიც ათასობით მრიცხველს ითვლიან, იძლევა მოვლენის სივრცულ სურათს - მრავალი მეორადი ნაწილაკების დაბადება, მათი დაშლა და ურთიერთქმედება, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც აჩქარებული ნაწილაკი ხვდება სამიზნეს.

კამერები, ან საჩვენებელი დეტექტორები, არის მოწყობილობები დამუხტული ნაწილაკების ტრაექტორიის თვალყურის დევნებისთვის ყველა მეორადი პროდუქტით. პირველი ბილიკის დეტექტორი იყო კარგად ცნობილი ვილსონის კამერა (ში უცხოური ლიტერატურა - « ნისლის პალატა"). მისი მოქმედების პრინციპია ნისლის წვეთების წარმოქმნა ნაწილაკების იონიზაციის ბილიკზე სუპერგაცივებულ ორთქლში წნევის მკვეთრი განთავისუფლების შემდეგ. ღრუბლოვანი კამერა, რომელიც მოთავსებულია მაგნიტურ ველში, ერთ-ერთი მთავარი გახდა ფიზიკური მოწყობილობებიგასული საუკუნის დასაწყისი; მასზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა მრავალი ფუნდამენტური აღმოჩენა გამოიწვია.

მოგვიანებით, გაზომვის ტექნოლოგიაში ლიდერის როლი გადავიდა ბუშტუკების კამერაზე, რომელშიც ნაწილაკების ბილიკები ქმნიდნენ მიკროსკოპულ გაზის ბუშტებს ზედმეტად გახურებულ სითხეში. ბუშტუკების კამერებმა, განსაკუთრებით თხევადი წყალბადით სავსე კამერებმა (პროტონული სამიზნეები), ხელი შეუწყო ამაჩქარებლის ექსპერიმენტების გამორჩეულ შედეგებს. ცნობილი Mirabel-ის თხევადი წყალბადის კამერა (მსოფლიოში ყველაზე დიდი) მუშაობდა ბევრ ამაჩქარებელზე, მათ შორის IHEP სინქროფაზოტრონი (Protvino). თერმოდინამიკური კამერების ნაკლოვანებები (Wilson, bubble) არის დაბალი სიჩქარე და მონაცემთა ავტომატიზაციის შეუძლებლობა, რაც შესამჩნევი დაბრკოლება გახდა ექსპერიმენტში კომპიუტერის, როგორც კონტროლისა და დამუშავების ცენტრის შეყვანის შემდეგ.

განსაკუთრებული ადგილი უკავია ფოტოემულსიურ კამერას (ბირთვული ფოტოემულსიის მეთოდის შემუშავება) - რეკორდსმენი კოორდინატების გაზომვების სიზუსტეში (1 მიკრონიმდე), მაგრამ სრულიად უვარგისია მრიცხველებთან და კომპიუტერთან მუშაობისთვის. მისგან მიღებული მონაცემები ხელით უნდა დამუშავდეს.

იგი შეიცვალა ელექტრული განმუხტვის მოწყობილობებით, რამაც მკვეთრად გაზარდა ამაჩქარებლის სხივების გამოყენების ეფექტურობა (სიჩქარის გამო და ნაწილაკების მრიცხველებით „დამაგრების“ შესაძლებლობის გამო): ნაპერწკლის კამერები და მათი მრავალფეროვნება - ნაკადის კამერები. ნაპერწკლები და ნაკადები - ცალკეული გამონადენის ჯაჭვები - მიჰყვება იონიზაციის ბილიკს მაღალი სიზუსტით, თუნდაც რკალის სახით, როდესაც ნაწილაკი მოძრაობს მაგნიტურ ველში. Განსხვავებული სახეობებინაპერწკალი და ნაკადის კამერები მონაწილეობდნენ მნიშვნელოვან ექსპერიმენტებში, მაგრამ მაინც უფრო უნივერსალური და მოქნილი საშუალებაა, რომელიც ხვდება თანამედროვე მოთხოვნები, აღმოჩნდა მრავალსადენიანი კამერები - პროპორციული, დრიფტი და სხვა მოდიფიკაციები.

ნეიტრალური ნაწილაკების რეგისტრაცია ხდება იგივე მეთოდებით, როგორც დამუხტული (მრიცხველები + კამერები), მხოლოდ იმის გათვალისწინებით, რომ მათ ჯერ უნდა შექმნან დამუხტული ნაწილაკები.

განსაკუთრებული ადგილი უჭირავს ნეიტრინო დეტექტორებს - ნაწილაკებს, რომლებიც არ მონაწილეობენ არც ძლიერ ან ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებები. ნეიტრინოების შეღწევის ძალა კოლოსალურია; მატერიასთან მათი ურთიერთქმედების ალბათობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე დამუხტული ნაწილაკების. ამ მიზეზით, ნეიტრინოების აღმოჩენის დანადგარები უნდა იყოს დიდი ზომის და მასის, გაზომილი ათასობით ტონაში. გარე დამუხტული ნაწილაკებისგან ფონის შესამცირებლად, ნეიტრინოს დეტექტორები განლაგებულია მატერიის დიდი ფენების ქვეშ (მიწისქვეშა და წყალქვეშა დანადგარები). ფართოდ ცნობილი გახდა მზის ნეიტრინო დეტექტორები - Homestake (Davis ქლორ-არგონის დეტექტორი, აშშ), Kamiokande (იაპონია), ისევე როგორც რუსული - გალიუმ-გერმანიუმის დეტექტორი ბაქსანში და ბაიკალის ინსტალაცია ცნობილი ტბის წმინდა წყლებში ( იხილეთ „მეცნიერება და ცხოვრება“) „No8, 1994 წ.).

გეიგერის კონტრ ილუსტრაცია.
გაზით სავსე მინის მილში 100-200 მმ ვწყ.სვ. არტ., მოთავსებულია ორი ელექტროდი - ანოდი თხელი ძაფის სახით და ცილინდრული კათოდი მილის კედელზე, რომელზეც გამოიყენება რამდენიმე ასეული ვოლტის მუდმივი ძაბვა. როდესაც დამუხტული ნაწილაკი შედის მილში, გაზი იონირდება. თავისუფალი ელექტრონები აჩქარებით მოძრაობენ ანოდისკენ, წარმოქმნიან აირის მეორად იონიზაციას. ხდება გამონადენი, რის შედეგადაც ჩნდება ელექტრული იმპულსი.

ილუსტრაცია „სცინტილაციის მრიცხველი“.
როდესაც დამუხტული ნაწილაკი ეჯახება სცინტილატორს (კრისტალი, უჯრედი სითხით ან პლასტმასის ფენით), მასში ჩნდება ლუმინესცენციის სუსტი ციმციმი. მისი სინათლე გადის სინათლის სახელმძღვანელოს მეშვეობით ფოტოგამრავლების მილში, რომელიც წარმოქმნის ელექტრულ პულსს, რომლის ამპლიტუდა პროპორციულია მოხვედრილი ნაწილაკების ენერგიის დაკარგვისა.

ილუსტრაცია "ჩერენკოვის მრიცხველი ნეიტრინო დეტექტორის (ლოს ალამოსი, აშშ)".
კონტეინერში ასხამენ 167 ტონა მინერალურ ზეთს, რომელიც შერეულია სცინტილატორთან. როდესაც ნეიტრინოები ურთიერთქმედებენ მატერიის ატომებთან, წარმოიქმნება მაღალი ენერგიის ელექტრონები, რომელთა სიჩქარე აღემატება სინათლის სიჩქარეს გარემოში. როდესაც ისინი მოძრაობენ, ჩნდება ბზინვარება, რომელიც ვრცელდება კონუსის სახით. კონტეინერის კედლებზე 1220 ფოტომულტიპლიკატორი მილით არის დაფიქსირებული.

ილუსტრაცია "ღრუბლოვანი პალატა".
ივსება კონტეინერი მინის სახურავით და დგუშით ბოლოში გაჯერებული ორთქლებიწყალი, ალკოჰოლი ან ეთერი. როდესაც დგუში ჩაშვებულია, ადიაბატური გაფართოების გამო ორთქლი გაცივდება და ხდება ზეგაჯერებული. დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც გადის კამერაში, ტოვებს იონების ჯაჭვს მის გზაზე. ორთქლი კონდენსირდება იონებზე, რაც ხილულს ხდის ნაწილაკების კვალს.

ილუსტრაცია "Bubble Chamber".
კონტეინერი ივსება კარგად გაწმენდილი სითხით. სითხეში არ არის ორთქლის წარმოქმნის ცენტრები, ამიტომ მისი გადახურება შესაძლებელია დუღილის წერტილის ზემოთ. მაგრამ გამვლელი ნაწილაკი უკან ტოვებს იონიზებულ კვალს, რომლის გასწვრივ სითხე დუღს, რაც თავის ტრაექტორიას ბუშტების ჯაჭვით აღნიშნავს. თანამედროვე კამერების გამოყენება თხევადი აირები– პროპანი, ჰელიუმი, წყალბადი, ქსენონი, ნეონი და ა.შ. სურათზე: ლებედევის ფიზიკურ ინსტიტუტში აგებული ბუშტუკოვანი კამერა. 1955–1956 წწ.

ილუსტრაცია "პირველი დამუხტული ნაწილაკების დეტექტორი - ღრუბლის პალატა".
პირველი დამუხტული ნაწილაკების დეტექტორი, ვილსონის კამერა, შეიქმნა 1911 წლის 19 აპრილს. კამერა იყო მინის ცილინდრი 16,5 სმ დიამეტრით და 3,5 სმ სიმაღლით ცილინდრის ზედა ნაწილი დაფარული იყო წებოვანი სარკის მინით, რომლის მეშვეობითაც ნაწილაკების კვალი იყო გადაღებული. შიგნით იყო მეორე ცილინდრი, მასში იყო წყალში ჩაშვებული ხის რგოლი. ბეჭდის ზედაპირიდან აორთქლდა, იგი გაჯერდა კამერას წყლის ორთქლით. ვაკუუმური ტუმბოშექმნა ვაკუუმი სფერულ კონტეინერში, რომელიც დაკავშირებულია კამერასთან სარქველის მქონე მილით. როდესაც სარქველი გაიხსნა, კამერაში შეიქმნა ვაკუუმი, წყლის ორთქლი ზეგაჯერებული გახდა და დამუხტული ნაწილაკების კვალზე კონდენსაცია მოხდა ნისლის ზოლების სახით (ამიტომაც უცხოური ლიტერატურამოწყობილობას ღრუბლოვან პალატას უწოდებენ.

ილუსტრაცია "პირველი ღრუბლოვანი პალატის მუშაობის პრინციპი."
ბურთები 2 და 3 დაკიდებულია ძაფზე 1. ძაფი დაიწვა 4 სარქველის ერთდროულად გახსნისას. ბურთები, ცვივა, დახურულია კონტაქტები 5 და 6 სერიით, დაკავშირებულია მაღალი ძაბვის წყაროებთან - ლეიდენის ქილების ბატარეებთან. ჩართული იყო რენტგენის მილაკი 7, რის შედეგადაც პალატაში არსებული გაზი თავისი გამოსხივებით იონიზებდა და წამის მეასედში გაჩნდა ნაპერწკალი ნაპერწკალი 8-ში, რომელიც ანათებდა ბილიკებს. ისინი გადაიღეს მე-9 კამერამ. ასე დაიწყო მიკროსამყაროს კვლევა თითქმის ასი წლის წინ.

ილუსტრაცია "თანამედროვე ინსტალაცია ელემენტარული ნაწილაკების ATLAS-ის ჩაწერისთვის."
თანამედროვე ინსტალაცია ელემენტარული ნაწილაკების ATLAS-ის ჩასაწერად, შექმნილი დიდ ჰადრონზე სამუშაოდ LHC კოლაიდერი(დიდი ადრონული კოლაიდერი), რომელიც შენდება ჟენევის ევროპის ბირთვული კვლევის ცენტრში (CERN). ეს გიგანტური სტრუქტურა, რვა სართულიანი შენობის სიმაღლე, შეიცავს მოწყობილობას ჰადრონების ურთიერთქმედების ჩასაწერად - ელემენტარული ნაწილაკების მონაწილე ე.წ. ძლიერი ურთიერთქმედება. ეს არის მიონის დეტექტორები 1, ტრასების გარდამავალი გამოსხივების დეტექტორი 8, ელექტრომაგნიტური და ჰადრონის კალორიმეტრები 3, 4, 7, უზარმაზარი სუპერგამტარი მაგნიტები 2, 5, 9. დეტექტორები დაფარულია სქელი ფენით. რადიაციული დაცვა 6. ყველა მოწყობილობა დამზადებულია 100 მიკრონიმდე სიზუსტით და უნდა მუშაობდეს სინქრონულად 107 სმ2/წმ სიმკვრივის ფოტონებისა და ნეიტრონების ძლიერი ველებისა და ნაკადების პირობებში მრავალი წლის განმავლობაში. ATLAS აღრიცხავს ყველა ნაწილაკს, რომელიც მიდის დეტექტორთან ნებისმიერი კუთხით, ხოლო ერთდროულად აღრიცხავს მათ მახასიათებლებს. მთელი ინსტალაციის საფუძველია გარდამავალი გამოსხივების დეტექტორი, რომელიც შექმნილია ულტრარელატივისტური ნაწილაკების კვალის დასარეგისტრირებლად და მათი კლასიფიკაციისთვის რენტგენის გამოსხივების მიხედვით, რომელიც ხდება, როდესაც ისინი კვეთენ ორი მედიის საზღვარს (აქ - ჰაერი-პოლიპროპილენი), ფენომენი აღმოჩენილი 1950-იანი წლები V. L. Ginzburg და I. M. Frank. დეტექტორი შედგება 400 ათასი მილისგან, რომელთა დიამეტრი 4 მმ და ოთხფენიანი კედლებია 28 მიკრონი სისქით. მოქმედების პრინციპის მიხედვით, ისინი ჰგვანან გეიგერის მრიცხველს: მილი ივსება გაზის ნარევით, თხელი მავთული, რომელიც გადის მისი ღერძის გასწვრივ +1500 ვ ძაბვით. ანოდი). შედეგად მიღებული სიგნალი იკითხება მაღალსიჩქარიანი აღჭურვილობით, რომელიც აღრიცხავს ჩამოსვლის დროს და კოორდინაციას დაახლოებით 1 ns და 100 μm სიზუსტით. მთელი დეტექტორი იკავებს რამდენიმე მოცულობას კუბური მეტრიდა საშუალებას გაძლევთ დაარეგისტრიროთ და ამოიცნოთ დაახლოებით 10 მილიარდი ნაწილაკის „ჯიშები“ ყოველ წამში.

ჩვ. XXIII გავეცანით ინსტრუმენტებს, რომლებიც გამოიყენება მიკრონაწილაკების აღმოსაჩენად - ღრუბლის კამერა, სცინტილაციის მრიცხველი, გაზის გამონადენი. ეს დეტექტორები, მიუხედავად იმისა, რომ გამოიყენება ელემენტარული ნაწილაკების კვლევაში, ყოველთვის არ არის მოსახერხებელი. ფაქტია, რომ ყველაზე საინტერესო ურთიერთქმედების პროცესები, რომელსაც თან ახლავს ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთ გარდაქმნები, ძალიან იშვიათად ხდება. ნაწილაკი თავის გზაზე უნდა შეხვდეს უამრავ ნუკლეონს ან ელექტრონს, რომ მოხდეს საინტერესო შეჯახება. პრაქტიკაში მან უნდა გაიაროს გზა მკვრივ მატერიაში, რომელიც იზომება ათეულ სანტიმეტრებში - მეტრში (ასეთ გზაზე მილიარდობით ელექტრონ ვოლტის ენერგიის მქონე დამუხტული ნაწილაკი იონიზაციის გამო ენერგიის მხოლოდ ნაწილს კარგავს).

თუმცა ღრუბლიან კამერაში ან გაზის გამონადენის კონტრში მგრძნობიარე ფენა (მკვრივი მატერიის თვალსაზრისით) უკიდურესად თხელია. ამასთან დაკავშირებით, გამოყენებულია ნაწილაკების გამოვლენის რამდენიმე სხვა მეთოდი.

ფოტოგრაფიული მეთოდი ძალიან ნაყოფიერი აღმოჩნდა. სპეციალურ წვრილმარცვლოვან ფოტოგრაფიულ ემულსიებში, ყოველი დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც კვეთს ემულსიას, ტოვებს კვალს, რომელიც ფირფიტის განვითარების შემდეგ, მიკროსკოპის ქვეშ აღმოჩენილია შავი მარცვლების ჯაჭვის სახით. ფოტოგრაფიულ ემულსიაში ნაწილაკების მიერ დატოვებული კვალის ბუნებით შეიძლება განისაზღვროს ამ ნაწილაკების ბუნება - მისი მუხტი, მასა და ენერგია. ფოტოგრაფიული მეთოდი მოსახერხებელია არა მხოლოდ იმიტომ, რომ სქელი ნივთიერებების გამოყენება შესაძლებელია, არამედ იმიტომაც, რომ ფოტოგრაფიულ ფირფიტაში, ღრუბლის კამერისგან განსხვავებით, დამუხტული ნაწილაკების კვალი ნაწილაკების გავლის შემდეგ მალევე არ ქრება. იშვიათი მოვლენების შესწავლისას, ფირფიტები შეიძლება გამოვლინდეს დიდი დრო; ეს განსაკუთრებით სასარგებლოა კოსმოსური სხივების კვლევაში. ფოტო ემულსიაში დაფიქსირებული იშვიათი მოვლენების მაგალითები ნაჩვენებია ნახ. 414, 415; განსაკუთრებით საინტერესოა ბრინჯი. 418.

კიდევ ერთი ღირსშესანიშნავი მეთოდი ემყარება ზედმეტად გახურებული სითხეების თვისებების გამოყენებას (იხ. ტომი I, § 299). ძალიან სუფთა სითხის გაცხელებისას თუნდაც ოდნავ ტემპერატურაზე უფრო მაღალი ტემპერატურაადუღდება, სითხე არ დუღს, რადგან ზედაპირული დაძაბულობა ხელს უშლის ორთქლის ბუშტების წარმოქმნას. ამერიკელი ფიზიკოსიდონალდ გლაზერმა (დ. 1926 წ.) შენიშნა 1952 წელს, რომ ზედმეტად გახურებული სითხე მყისიერად ადუღდება, როცა საკმარისად ინტენსიური რადიაცია დასხივდება; სითხეში გამოსხივების შედეგად წარმოქმნილი სწრაფი ელექტრონების კვალში გამოთავისუფლებული დამატებითი ენერგია ბუშტების წარმოქმნის პირობებს ქმნის.

ამ ფენომენზე დაყრდნობით გლეიზერმა შეიმუშავა ეგრეთ წოდებული თხევადი ბუშტების კამერა. თხევადი at სისხლის მაღალი წნევათბება დნობის წერტილთან ახლოს, მაგრამ ნაკლებ ტემპერატურამდე. შემდეგ წნევა და მასთან ერთად დუღილის წერტილი მცირდება და სითხე გადახურდება. დამუხტული ნაწილაკის ტრაექტორიის გასწვრივ, რომელიც კვეთს სითხეს ამ მომენტში, იქმნება ორთქლის ბუშტების ბილიკი. შესაბამისი განათებით მისი გადაღება შესაძლებელია კამერით. როგორც წესი, ბუშტუკების კამერები მოთავსებულია ძლიერი ელექტრომაგნიტის პოლუსებს შორის, მაგნიტური ველი ახვევს ნაწილაკების ტრაექტორიებს. ნაწილაკების კვალის სიგრძის, მისი გამრუდების რადიუსის და ბუშტების სიმკვრივის გაზომვით შესაძლებელია ნაწილაკების მახასიათებლების დადგენა. ბუშტების კამერებმა ახლა მიაღწიეს სრულყოფილების მაღალ ხარისხს; მაგალითად, თხევადი წყალბადით სავსე კამერები მუშაობს რამდენიმე კუბური მეტრის მგრძნობიარე მოცულობით. ბუშტების კამერაში ნაწილაკების კვალის ფოტოების მაგალითები ნაჩვენებია ნახ. 416, 417, 419, 420.

ბრინჯი. 418. ნაწილაკების გარდაქმნები ჩაწერილი ფოტოგრაფიული ემულსიების დასტაში დასხივებული კოსმოსური სხივები. იმ მომენტში, უხილავმა სწრაფმა ნეიტრალურმა ნაწილაკმა გამოიწვია ემულსიის ერთ-ერთი ბირთვის გაყოფა და წარმოქმნა მეზონები (21 კვალის „ვარსკვლავი“). ერთ-ერთი მეზონი, მეზონი, რომელმაც გაიარა გზა გარშემო (სურათზე ნაჩვენებია კვალის მხოლოდ დასაწყისი და დასასრული; ფოტოზე გამოყენებული გადიდებით, მთელი კვალის სიგრძე იქნება ), გაჩერდა წერტილში და დაიშალა სქემის მიხედვით . -მეზონი, რომლის კვალი ქვევითაა მიმართული, წერტილში დაიჭირა ბირთვი, რამაც გამოიწვია მისი გახლეჩა. დაშლის ერთ-ერთი ფრაგმენტი იყო ბირთვი, რომელიც დაშლის შედეგად გადაიქცა ბირთვად, რომელიც მყისიერად დაიშალა ორად და დაფრინავდა. მოპირდაპირე მხარეებიკერძო ადამიანები - სურათზე ისინი ქმნიან "ჩაქუჩს". -მეზონი, რომელიც გაჩერდა, გადაიქცა -მიონად (და ნეიტრინოდ) (წერტილი). -მუონის კვალის დასასრული ნაჩვენებია ფიგურის ზედა მარჯვენა კუთხეში; ჩანს დაშლის დროს წარმოქმნილი პოზიტრონის კვალი.

ბრინჯი. 419. -ჰიპერონების წარმოქმნა და დაშლა. წყალბადის ბუშტუკების კამერაში, რომელიც მოთავსებულია მაგნიტურ ველში და დასხივებულია ანტიპროტონებით, რეაქცია ჩაიწერა. . ეს მოხდა ბილიკის ბოლოს (იხ. დიაგრამა ნახატის ზედა ნაწილში). ნეიტრალური ლამბდა და ანტი-ლამბდა ჰიპერონები, რომლებმაც გაიარეს მცირე მანძილი კვალის წარმოქმნის გარეშე, იშლება სქემების მიხედვით. ანტიპროტონი ანადგურებს პროტონს, წარმოქმნის ორ და ორ მეზონს

ბირთვულ და ნაწილაკების ფიზიკაში, ისევე როგორც მეცნიერების მრავალ დარგში, რომლებიც პრაქტიკაში იყენებენ რადიოაქტიურ ნაწილაკებს (მედიცინა, სასამართლო ექსპერტიზა, სამრეწველო კონტროლი და ა.შ.), მნიშვნელოვანი ადგილი ეთმობა გამოვლენის, იდენტიფიკაციის საკითხებს, სპექტრალური ანალიზიდამუხტული ნაწილაკები და მაღალი ენერგიის ფოტონები ( რენტგენიდა გამა სხივები). ჯერ ვნახოთ რენტგენის და გამა სხივების დეტექტორები, შემდეგ კი დამუხტული ნაწილაკების დეტექტორები.

რენტგენის და გამა გამოსხივების დეტექტორები.

ბრინჯი. 15.19. ნაწილაკების პროპორციული მრიცხველი.

იონიზაციის კამერა, პროპორციული მრიცხველი, გეიგერის მრიცხველი. ეს დეტექტორები შედგება (ჩვეულებრივ) ცილინდრული კამერისგან, დიამეტრის რამდენიმე სანტიმეტრით, რომლის ცენტრში გადის თხელი მავთული. კამერა შეიძლება შეივსოს რაიმე სახის გაზით ან აირების ნარევით. ერთ მხარეს არის მასალისგან დამზადებული ვიწრო "ფანჯარა", რომელიც გადასცემს თქვენთვის საინტერესო გამოსხივებას (პლასტმასი, ბერილიუმი და ა.შ.). ცენტრალურ მავთულს აქვს დადებითი პოტენციალი და დაკავშირებულია ზოგიერთთან ელექტრონული წრე. ასეთი დეტექტორის ტიპიური დიზაინი ნაჩვენებია ნახ. 15.19.

როდესაც გამოსხივების კვანტური ჩნდება პალატაში, ის იონიზებს ატომს და ასხივებს ფოტოელექტრონს, რომელიც შემდეგ ენერგიას ტოვებს, იონიზებს გაზის ატომებს ენერგიის მიწოდების ამოწურვამდე. გამოდის, რომ ელექტრონი გამოყოფს დაახლოებით 20 ვ ენერგიას ელექტრონ-იონის წყვილზე, რომელიც ქმნის, ამიტომ ფოტოელექტრონის მიერ გამოთავისუფლებული მთლიანი მუხტი პროპორციულია იმ ენერგიისა, რომელიც თავდაპირველად ატარებდა რადიაციას. იონიზაციის პალატაში ამ მუხტს აგროვებს და აძლიერებს მუხტის გამაძლიერებელი (ინტეგრატორი), რომელიც ასევე მუშაობს როგორც ფოტოგამრავლება. ამრიგად, გამომავალი პულსი პროპორციულია გამოსხივების ენერგიისა. პროპორციული მრიცხველი მუშაობს ანალოგიურად, მაგრამ მისი ცენტრალური მავთული უფრო მეტს ინარჩუნებს მაღალი ძაბვისამიტომ, მასში მოზიდული ელექტრონები იწვევს დამატებით იონიზაციას და შედეგად მიღებული სიგნალი დიდია. მუხტის გამრავლების ეფექტი საშუალებას იძლევა გამოიყენოს პროპორციული მრიცხველები რადიაციული ენერგიის დაბალი მნიშვნელობებით (კილოვოლტების რიგითობით და ქვემოთ), როდესაც იონიზაციის მრიცხველები ვერ გამოიყენება. გეიგერის მრიცხველში, ცენტრალური მავთული შენარჩუნებულია საკმარისად მაღალ ძაბვაზე, რომ ნებისმიერი საწყისი იონიზაცია წარმოქმნის დიდ, ერთჯერად გამომავალ პულსს (ფიქსირებული მნიშვნელობის). ამ შემთხვევაში, თქვენ მიიღებთ დიდ გამომავალ პულსს, მაგრამ არ გაქვთ ინფორმაცია რენტგენის ენერგიის შესახებ.

Მწერის. სურათზე 15.16, თქვენ გაეცნობით საინტერესო ხელსაწყოს შესახებ, სახელწოდებით პულსის სიგანის ანალიზატორი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ გადააქციოთ სხვადასხვა სიგანის იმპულსების თანმიმდევრობა ჰისტოგრამაში. თუ პულსის სიგანე არის ნაწილაკების ენერგიის საზომი, მაშინ ასეთი მოწყობილობის დახმარებით ჩვენ ვიღებთ ენერგეტიკული სპექტრის მეტს! ასე რომ, პროპორციული მრიცხველის გამოყენებით (მაგრამ არა გეიგერის მრიცხველის) შეგიძლიათ შეასრულოთ რადიაციის სპექტროგრაფიული ანალიზი.

ასეთი გაზით სავსე მრიცხველები გამოიყენება ენერგეტიკულ დიაპაზონში. პროპორციულ მრიცხველებს აქვთ გარჩევადობა დაახლოებით 15% ენერგეტიკული ღირებულებით (ჩვეულებრივი კალიბრაცია რადიაციისთვის, რომელიც უზრუნველყოფილია რკინის დაშლით -55). ისინი იაფია და შეიძლება იყოს ძალიან დიდი ან ძალიან მცირე, მაგრამ საჭიროებენ უაღრესად სტაბილურ ელექტრომომარაგებას (გამრავლება ექსპონენტურად იზრდება ძაბვის მატებასთან ერთად) და ისინი არ არიან ძალიან სწრაფი (მაქსიმალური პრაქტიკულად მისაღწევი დათვლის სიჩქარე უხეშად განისაზღვრება 25000 რიცხვის მნიშვნელობით. / თან).

სცინტილატორები. სცინტილატორები ფოტოელექტრონის, კომპტონის ელექტრონის ან ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის ენერგიას გარდაქმნის სინათლის პულსად, რომელიც აღიქმება მოწყობილობასთან დაკავშირებული ფოტოგამრავლების მილით.

ჩვეულებრივი სკინტილატორი არის კრისტალური ნატრიუმის იოდიდი, რომელიც შერეულია თალიუმთან. როგორც პროპორციული მრიცხველის შემთხვევაში, ამ სენსორში გამომავალი პულსი პროპორციულია შემომავალი რენტგენის (ან გამა) ენერგიისა, რაც ნიშნავს, რომ სპექტროგრაფიული ანალიზი შეიძლება შესრულდეს პულსის სიგანის ანალიზატორის გამოყენებით (ნაწილი 15.16). როგორც წესი, კრისტალი იძლევა გარჩევადობას 6%-ის რიგითობით ენერგეტიკული მნიშვნელობით 1.3 მევ (გამა სხივების საერთო ლიანდაგი, რომელსაც დაშლა უზრუნველყოფს) და გამოიყენება ენერგეტიკულ დიაპაზონში რამდენიმე გევ-მდე. სინათლის პულსს აქვს ბრძანების ხანგრძლივობა, შესაბამისად, ამ დეტექტორებს აქვთ საკმაოდ მაღალი სიჩქარე. კრისტალებს შეიძლება ჰქონდეთ სხვადასხვა ზომის, რამდენიმე სანტიმეტრამდე, მაგრამ ისინი ძლიერად შთანთქავენ წყალს, ამიტომ ისინი უნდა ინახებოდეს დახურულ მდგომარეობაში. იმის გამო, რომ სინათლე როგორმე უნდა აღმოიფხვრას, კრისტალები, როგორც წესი, მიეწოდება ლითონის ყუთში, რომელსაც აქვს ფანჯარა დაფარული ალუმინის ან ბერილიუმის თხელი ფირფიტით, რომელშიც განთავსებულია ინტეგრირებული ფოტოგამრავლების მილი.

სცინტილატორები იყენებენ ასევე პლასტმასს (ორგანულ მასალებს), რომლებიც გამოირჩევიან იმით, რომ ძალიან იაფია. მათი გარჩევადობა ნატრიუმის იოდიდთან შედარებით უარესია და ძირითადად გამოიყენება იმ შემთხვევებში, როდესაც საქმე აქვთ 1 მევ-ზე ზევით ენერგიებთან. სინათლის იმპულსები ძალიან მოკლეა - მათი ხანგრძლივობა დაახლოებით 10 ns. ბიოლოგიურ კვლევებში სითხეები ("კოქტეილები") გამოიყენება როგორც სკინტილატორები. ამ შემთხვევაში რადიოაქტიურობის შესამოწმებელ მასალას ურევენ „კოქტეილში“, რომელიც მოთავსებულია ბნელ კამერაში ფოტოგამრავლებით. ბიოლოგიურ ლაბორატორიებში შეგიძლიათ იპოვოთ ძალიან ლამაზი ინსტრუმენტები, რომლებშიც პროცესი ავტომატიზირებულია; მათში ერთმანეთის მიყოლებით ათავსებენ სხვადასხვა ამპულას დახლის კამერით და იწერება შედეგები.

მყარი მდგომარეობის დეტექტორები. როგორც ელექტრონიკის სხვა სფეროებში, რენტგენისა და გამა სხივების გამოვლენამ რევოლუცია მოახდინა სილიციუმის და გერმანიუმის ნახევარგამტარული ტექნოლოგიების მიღწევებით. მყარი მდგომარეობის დეტექტორები მოქმედებენ ზუსტად ისევე, როგორც კლასიკური იონიზაციის კამერები, მაგრამ კამერის აქტიური მოცულობა ამ შემთხვევაში ივსება არაგამტარი (სუფთა) ნახევარგამტარით. გამოყენებული პოტენციალი დაახლოებით 1000 ვ იწვევს იონიზაციას და წარმოქმნის დამუხტვის პულსს. სილიკონის გამოყენებისას ელექტრონი კარგავს მხოლოდ 2 ევ-ს ელექტრონ-იონის წყვილზე, რაც ნიშნავს, რომ იგივე რენტგენის ენერგია წარმოქმნის ბევრად მეტ იონს, ვიდრე პროპორციული გაზის დეტექტორში და უზრუნველყოფს ენერგიის უკეთეს გარჩევადობას უფრო წარმომადგენლობითი სტატისტიკის გამო. ზოგიერთი სხვა, ნაკლებად მნიშვნელოვანი ეფექტი ასევე ხელს უწყობს მოწყობილობის გაუმჯობესებულ მუშაობას.

არსებობს რამდენიმე ტიპის მყარი მდგომარეობის დეტექტორები: დაფუძნებული (ე.წ.) და სუფთა გერმანიუმზე (ან IG), რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდებიან ნახევარგამტარული მასალით და მინარევებით, რომლებიც გამოიყენება საიზოლაციო თვისებების უზრუნველსაყოფად. ისინი ყველა მუშაობენ ტემპერატურაზე თხევადი ნიტროგენიდა ყველა სახის ლითიუმ-დოპირებული ნახევარგამტარები ყოველთვის უნდა იყოს ცივად (მაღალი ტემპერატურა ისეთივე ცუდია დეტექტორისთვის, როგორც ახალი თევზისთვის). ტიპიური ბაზის დეტექტორები დიამეტრის 4-დან 16 მმ-მდეა და გამოიყენება ენერგიის დიაპაზონში 1-დან 1-მდე. IG-ზე დაფუძნებული დეტექტორები გამოიყენება მაღალ ენერგიებთან მუშაობისას, 10 მევ-მდე. კარგ დაფუძნებულ დეტექტორებს აქვთ გარჩევადობა 150 ევ ენერგეტიკული ღირებულებით 6-9-ჯერ უკეთესი, ვიდრე პროპორციული მრიცხველები), გერმანიუმის დეტექტორებს აქვთ სიდიდის რიგის გარჩევადობა ენერგეტიკული ღირებულებით 1,3 მევ.

ბრინჯი. 15.20. არგონის პროპორციული მრიცხველით და დეტექტორით მიღებული უჟანგავი ფოლადის ფურცლის რენტგენის სპექტრი.

იმის საილუსტრაციოდ, თუ რას იძლევა ეს მაღალი გარჩევადობა, ჩვენ დავბომბეთ უჟანგავი ფოლადის ფურცელი 2 მევ პროტონებით და გავაანალიზეთ მიღებული რენტგენის სპექტრი. ამ ფენომენს ეწოდება პროტონებით გამოწვეული რენტგენის გამოსხივება და წარმოადგენს ნივთიერებების გამოყენებით ანალიზების მძლავრ საშუალებას ურთიერთშეთანხმებაელემენტების სპექტრები. ნახ. სურათი 15.20 გვიჩვენებს ენერგეტიკულ სპექტრს (მიღებული პულსის სიგანის ანალიზატორის გამოყენებით), თითოეული ელემენტი შეესაბამება ორ ხილულ რენტგენის იმპულსს, მინიმუმ დეტექტორის გამოყენებისას დაფუძნებული . გრაფიკზე შეგიძლიათ იხილოთ რკინა, ნიკელი და ქრომი. თუ ადიდებთ დიაგრამის ბოლოში, შეგიძლიათ ნახოთ სხვა ელემენტები. პროპორციული მრიცხველის გამოყენებისას, შედეგი არის "ფაფა".

ბრინჯი. სურათი 15.21 ასახავს მსგავს სიტუაციას გამა სხივების დეტექტორებისთვის.

ბრინჯი. 15.21. კობალტ-60-ის გამა სპექტრი მიღებული ნატრიუმის იოდიდის სკინტილატორისა და Ge(Li) დეტექტორის გამოყენებით. (Canberra Ge(Li) Detector Systems ბროშურიდან Canberra Industries, Inc.)

ბრინჯი. 15.22. კრიოსტატი სენსორით. (Canberra Industries-ის თავაზიანობით, )

ამჯერად ჩვენ შევადარებთ სკინტილატორზე დაფუძნებულ სენსორს. კოლეგები Canberra Industries-დან დაგვეხმარნენ ამ გრაფიკის მოპოვებაში. მადლობა ბატონ ტენჩს. როგორც წინა შემთხვევაში, უპირატესობა გარჩევადობის თვალსაზრისით იყო მყარი მდგომარეობის დეტექტორების მხარეს.

მყარი მდგომარეობის დეტექტორებს აქვთ ყველაზე მაღალი ენერგეტიკული გარჩევადობა ყველა რენტგენისა და გამა სხივების დეტექტორებთან შედარებით, მაგრამ მათ ასევე აქვთ უარყოფითი მხარეები: მცირე აქტიური რეგიონი დიდ და უხერხულ პაკეტში (იხ., მაგალითად, სურ. 15.22), შედარებით დაბალი შესრულება (აღდგენა). დრო მეტია), მაღალი ფასიდა, გარდა ამისა, მათთან მუშაობისთვის საჭიროა დიდი მოთმინება (მაგრამ იქნებ მოგეწონებათ თხევადი აზოტის „მჭამელზე“ ძიძობა, ვინ იცის).

დამუხტული ნაწილაკების დეტექტორები.

დეტექტორები ზედაპირის ენერგიის ბარიერით. ეს გერმანიუმის და სილიკონის დეტექტორები მსგავსია . თუმცა, მათ არ სჭირდებათ გაგრილება და ეს მნიშვნელოვნად ამარტივებს მოწყობილობის დიზაინს. (და თქვენ გაქვთ შანსი მიიღოთ თავისუფალი დრო!) ზედაპირული ენერგეტიკული ბარიერის მქონე დეტექტორები იწარმოება 3-დან 50 მმ-მდე დიამეტრით. ისინი გამოიყენება ენერგიის დიაპაზონში 1 მევ-დან ასობით მევ-მდე და აქვთ გარჩევადობა 0,2-დან 1%-მდე ალფა ნაწილაკების ენერგეტიკული ღირებულებით 5,5 მევ (ჩვეულებრივი ენერგეტიკული კალიბრაცია, რომელიც უზრუნველყოფილია ამერიციუმ-241-ის დაშლით).

ჩერენკოვის დეტექტორები. ძალიან მაღალი ღირებულებებიენერგია (1 გევ და მეტი), დამუხტულ ნაწილაკს შეუძლია გადააჭარბოს სინათლეს მატერიალურ გარემოში და გამოიწვიოს ჩერენკოვის გამოსხივება, „ხილული დარტყმის ტალღა“. ისინი ფართოდ გამოიყენება ექსპერიმენტებში მაღალი ენერგიის ფიზიკაში.

იონიზაციის კამერები. კლასიკური გაზით სავსე კამერა, რომელზეც ზემოთ ვისაუბრეთ რენტგენის გამოსხივება, ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დამუხტული ნაწილაკების დეტექტორი. უმარტივესი იონიზაციის კამერა შედგება არგონით სავსე კამერისგან და მის მთელ სიგრძეზე გამავალი მავთულისგან. იმის მიხედვით, თუ რა ენერგიებთან არის შექმნილი კამერა სამუშაოდ, მისი სიგრძე შეიძლება მერყეობდეს რამდენიმე სანტიმეტრიდან რამდენიმე ათეულ სანტიმეტრამდე; მოწყობილობის ზოგიერთ ტიპში გამოიყენება არა ერთი, არამედ რამდენიმე მავთული ან ფირფიტა და სხვა შემავსებელი აირები.

საშხაპე კამერები. საშხაპე კამერა არის იონიზაციის კამერის ელექტრონული ექვივალენტი. ელექტრონი შედის თხევადი არგონით სავსე კამერაში და ქმნის დამუხტული ნაწილაკების „შხაპს“, რომლებიც შემდეგ იზიდავს დამუხტულ ფირფიტებს.

მაღალი ენერგიის ფიზიკოსებს მოსწონთ ასეთ მოწყობილობებს კალორიმეტრები უწოდონ.

სცინტილაციის კამერები. დამუხტული ნაწილაკის აღმოჩენა შესაძლებელია ენერგიის ძალიან კარგი გარჩევადობით, ფოტოგამრავლების მილების გამოყენებით ულტრაიისფერი ციმციმებით, რომლებიც წარმოიქმნება, როდესაც დამუხტული ნაწილაკი მოძრაობს თხევადი ან აირისებრი არგონით ან ქსენონით სავსე კამერაში. სცინტილაციის კამერები უფრო სწრაფია ვიდრე იონიზაციისა და შხაპის კამერები.

დრიფტის კამერები. ეს უახლესი მიღწევამაღალი ენერგიის ფიზიკის დარგში, რაც განპირობებულია მაღალსიჩქარიანი ინტერაქტიული გამოთვლითი სისტემების მიღწევებით. მათი კონცეფცია მარტივია: კამერა, რომელშიც არის გაზი ატმოსფერული წნევის ქვეშ (არგონისა და ეთანის ჩვეულებრივი ნაზავი) და მათზე გამოყენებული ძაბვის მრავალი მავთული. ისინი მოქმედებენ საკანში ელექტრული ველები, და როდესაც დამუხტული ნაწილაკი მას ურტყამს, აირის მაიონიზაციას ახდენს, იონები მავთულის მოქმედების სფეროშია. ყველა მავთულის გასწვრივ სიგნალების ამპლიტუდების და დროის მომენტების მონიტორინგი ხდება (აქ კომპიუტერი მოდის სამაშველოში) და ამ ინფორმაციის საფუძველზე აგებულია ნაწილაკების ტრაექტორია. თუ პალატაში ასევე არის მაგნიტური ველი, მაშინ მოძრაობის ოდენობაც შეიძლება განისაზღვროს.

დრიფტის კამერამ მიაღწია თავის პოზიციას, როგორც უნივერსალური დამუხტული ნაწილაკების დეტექტორი მაღალი ენერგიის ფიზიკისთვის. მას შეუძლია უზრუნველყოს სივრცითი გარჩევადობა 0,2 მმ-მდე ან უკეთესი მოცულობებისთვის, რომლებშიც თქვენც კი იტევთ.