Радиоактивные изотопы и их применение

Радиоактивное излучение ионизирует воздух, делает его проводником электрического тока. Поместим радиоактивное вещество в металлическую камеру, в центре которой укреплен металлический стержень, не соприкасающийся с ее стенками. Такая камера называется ионизационной. Присоединим к камере и стержню электрическую батарею. Благодаря присутствию радиоактивного вещества воздух ионизируется и между стержнем и стенкой цилиндра будет протекать электрический ток. Ток этот тем больше, чем интенсивнее излучение. Силу тока можно измерить электрометром. Электрометр — это прибор, в котором тончайшая металлическая нить, соединенная со стержнем металлической камеры, находится между двумя пластинками противоположного знака. Если нить соединена с землей, то электрический ток течет в землю. Если же нить отъединить от земли, то на стержне и на нити будет накопляться электрический заряд, и нить будет перемещаться к пластинке, заряженной электричеством противоположного знака. Перемещение нити идет тем быстрее, чем больше радиоактивного вещества находится в камере. Движение нити наблюдают в микроскоп. Скорость движения нити является мерой интенсивности излучения. На рис. 15 показана схема ионизационной камеры с электрометром.

Рис. 15. Схема ионизационной камеры с электрометром

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).

Рис. 16. Упрощенная схема счетчика Гейгера-Мюллера и его включения:

1 — стеклянный баллон; 2 — внутреннее металлическое покрытие; 3 — нить; 4 — источник высокого напряжения; 5 — сопротивление

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.

Рис. 17. Внешний вид одной из установок для регистрации радиоактивного излучения с помощью счетчика Гейгера-Мюллера:

1 — счетчик в специальной защите; 2 — источник высокого напряжения; 3 — преобразователь импульсов; 4 — регистратор импульсов

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.