第十九章3探测射线的方法

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1、第十九章3探测射线的方法肉眼看不见射线，但是，射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，会显示射线的存在。例如，可以通过下面这些现象来探知射线，实际上这也是探测各种运动粒子的方法。1．粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡。2．使照相乳胶感光。3．使荧光物质产生荧光。根据射线的这些效应，可以制成多种探测器。下面是几种常在学校中用到或在科学研究中用到的探测方法。威耳逊云室图19.3-1是威耳逊云室结构图，其主要部分是一个圆筒状容器，底部可以上下移动，相当于一个活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察粒子运动的径迹。云室里面有干净的空气。实验时

2、，先往云室里加少量酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后迅速向下拉动活塞，室内气体膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。这时如果有粒子在室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是显示出射线的径迹。这种云室是英国物理学家威耳逊在1912年发明的，叫做威耳逊云室。图19.3-1威耳逊云室图19.3-2甲、乙两图分别是α射线和β射线在云室中的径迹。α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向。由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的4/4径迹直而粗。β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少

3、，所以它在云室中的径迹常是弯曲的，而且比较细。γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹。图19.3-2粒子在威耳逊云室中的径迹根据径迹的长短和粗细，可以如道粒子的性质；把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的正负。气泡室气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢。控制气泡室内液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点。当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成。图19.3-3为气泡室中粒子径迹的照片。根据照片可以分析粒子的动量、能量及带电情况等。4/4图19.3-3

4、粒子通过气泡室时的照片。带电粒子的径迹呈曲线是由于在磁场中受到了洛伦兹力的作用。盖革-米勒计数器盖革-米勒计数器的主要部分是盖革-米勒计数管（图19.3-4）。它的外面是玻璃管，里面有一个接在电源负极的导电圆筒（或在玻璃管上镀导电膜代替），筒的中间有一条接正极的金属丝。玻璃管中装有低压的惰性气体，如氩、氖等，以及少量酒精蒸气或溴蒸气，管内压强约为10～20kPa。金属丝和圆筒间的电压约100V，这个电压稍低于管内气体的电离电压。图19.3-4盖革-米勒计数器当射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生的电子在电场中加速。电子跟管中的气体分子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子…

5、…这样，一个粒子进入管中可以产生大量电子。这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。这种装置是德国物理学家盖革（H．W．Geiger）与米勒（P．Muller）在1928年研制成的，又称G-M计数器。G-M计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。但是不同的射线在盖革-米勒计数器中产生的脉冲现象相同，因此只能用来计数，不能区分射线的种类。此外，如果同时有大量粒子，或两个粒子射来的时间间隔小于200μs，盖革-米勒计数器也不能区分它们。做一做G-M管可以把射入粒子的数目转换为电脉冲的数目，所以它是一种辐射传感器。把G-M管产生的

6、脉冲输入计算机，就可以即时统计粒子数目，从而探知辐射的强弱，并可对不同辐射源的强度进衍对比。4/4图19.3-5中，传感器盒子边缘的倾斜部分里面装着G-M管。开始计数后，计算机荧光屏上每隔1min跳出一个竖直的狭长矩形，表示G-M管在这1min内接收粒子的数目，如图19.3-6。图19.3-5安放G-M管的盒子图19.3-6过去16min内每分钟辐射次数的直方图放射源可用学校实验室里与威耳逊云室配套的弱放射源。此外，目前有些地区还可以买到气灯罩，它含有硝酸钍Th(NO3)4。，具有微弱的放射性。图19.3-6就是对气灯罩的射线计数得到的直方图。图19.3-6的下部用绿色标出，即

7、使没有放射源，G-M管也会记录微弱的辐射，但不会高于这个区域。这些辐射称为本底辐射，来自宇宙射线或地壳中的放射性物质。用传感器还可以研究射线强度与距离的关系、不同物质对射线的吸收能力等许多课题。问题与练习1．用威耳逊云室探测射线时，为什么α粒子的径迹短而粗、β粒子的径迹比较细且常常弯曲？为什么利用威耳逊云室一般看不到γ粒子的径迹。2．威耳逊云室和盖革-米勒计数管都利用了放射线使气体电离的性质。它们各用什么方法显示气体离子的存在？3．根据课文的介绍，请你比较威耳逊云室和盖革-米勒计数器的优缺点