Охотники за частицами

После появления «планетарной» модели атома Резерфорда нам уже понятно, что обитатели заповедного леса — атомы, ядра которых одеты в электронные шкуры. Стоит вырвать хотя бы небольшой кусок шкуры — и атом превращается в электрически заряженный ион. Если включить теперь электрическое поле, то покалеченные атомы побегут «жаловаться» к катоду. Кусочки шкур тоже не останутся в неподвижности — они, словно подхваченные ветром, понесутся к аноду. Это, как мы уже догадываемся, — электроны.

В газе пошел электрический ток! Страшно слабенький, далеко за пределами чувствительности самых совершенных амперметров, — но все же ток. Тем временем он выбрался через электроды из сосуда и побежал по проводничку к электроскопу. И предварительно заряженный электроскоп стал разряжаться: листочки его начали опадать. Так получили первую ионизационную камеру.

Нет, она не позволяет еще ничего слышать и видеть. Но она уже может сигнализировать: в лесу появились хищники! И она уже может даже примерно оценить, сколько их появляется, скажем, за час или за день. Именно с ионизационной камерой проводили свои первые измерения Гесс и Кольхерстер.

Немного спустя физики обзавелись новым капканом для частиц. Не иначе, как Ганс Гейгер — «белый раб» своего учителя Резерфорда — безумно устал от бесконечного сидения в темной комнате, где на экране время от времени появлялись слабенькие вспышки от альфа-частиц. А может быть, и не настолько устал, чтобы ему в голову не приходили любопытные мысли.

Во всяком случае, именно он придумал счетчик частиц, который получил его имя. Теперь уже можно было следить за появлением каждого хищника в заповедном лесу. Посмотреть на схему — та же ионизационная камера: тот же сосуд с двумя электродами, на которые подано напряжение.

Однако на этом их сходство кончается. Дальше начинается нечто невообразимое.

Гейгер, видимо, начисто лишен жалости к лесным обитателям. Придав своим электродам особую форму (вот она показана на рисунке), Гейгер создает около анода электрический ветер чудовищной силы. Куски шкур, сорванные хищником, несутся здесь с такой бешеной скоростью, что от столкновения с ними не поздоровится и уцелевшим зверям. А удрать от этой бойни мирные звери не в состоянии — они слишком неповоротливы.

Растет несущаяся к аноду лавина электронных шкур, растет число задранных зверей, бегущих «жаловаться» катоду. Немногочисленные электроны, созданные влетевшей в сосуд частицей, быстро размножаются и возле анода превращаются в могучий поток.

Слабенький ток в ионизационной камере сменяется мощным импульсом тока в счетчике Гейгера. Именно импульсом: потому что ток в счетчике прекращается, как только последние «жалобщики» достигнут катода.

Толчея электронов, ионов и нейтральных атомов в счетчике Гейгера. Возле нити анода электроны настолько энергичны, что рождают настоящую лавину из ионов и вторичных электронов.

Мощный импульс от каждой частицы, вылетевшей в счетчик, — это хорошо. Ток можно вывести из счетчика и послать, например, на какое-нибудь реле. Прошел этот ток через магнит, магнит оттянул сердечник, удерживающий пружинку, та распрямилась — и хлопнула одна пластинка о другую.

Щелчок! Частица услышана!

Теперь сиди себе, считай щелчки — вместо того, чтобы, напрягая до боли глаза, считать бледные вспышки на экране.

Ведь это было наказание, когда сразу поступало много частиц и экран почти одновременно вспыхивал в десятках точек!

Пока что счетчик — такой простенький — выручает. Но погодите, придет время, и он проявит свои несовершенства. Он будет попадать в такие могучие потоки частиц, что не успеет с ними справляться. И тогда наблюдатель вместо аккуратного пощелкивания услышит захлебывающийся пулеметный треск!

Смена «судьи»

Да, счетчик явно не справляется. Он оказывается в положении финишного судьи, который мирно стоял на беговой дорожке и вдруг попал на кросс, где бегут тысячи спортсменов. Что ж, скажете вы, нужна автоматика.

Да, и она была создана. Но сначала предстояло улучшить самого «судью». Он оказался даже более несовершенным, чем это можно было думать в первое время его деятельности.

Прежде всего он, если так можно выразиться, «спал на ходу». Он добросовестно поднимал свой флажок, когда бегун грудью рвал ленточку, но забывал его опустить, причем на довольно долгое время. Если за первым бегуном быстро финишировал второй или даже несколько бегунов, то он их просто не засчитывал.

Легко понять почему. Помните, импульс заканчивался, лишь когда последние «жалобщики» — ионы — приходили на катод? Ужасно нерасторопными были они! Электронная лавина давно уже вся ушла в анод, а ионы все идут и идут. И, пока последний не дойдет, счетчик не засчитает появления следующей частицы.