Покоренная плазма

Как считают космические частицы

Более полувека назад в физических лабораториях появился интересный прибор. Он без вмешательства человека подсчитывал мельчайшие заряженные частицы, которые испускали уран, радий и другие радиоактивные вещества. Знать количество таких частиц для ученых было очень важно: по нему можно было определить мощность излучения и то, с какой скоростью совершается процесс распада ядер.

С годами прибор усовершенствовался и стал верным помощником не только физиков, но и химиков, металлургов, биологов, врачей.

Несмотря на то что этот прибор по устройству очень прост, он помог подсчитать число космических частиц — таинственных пришельцев из глубин Вселенной.

В стеклянной трубке счетчика, названного по имени изобретателей счетчиком Гейгера — Мюллера, вдоль оси натянута тонкая металлическая нить. Она проходит внутри цилиндрика, сделанного тоже из металла. Трубка наполнена смесью аргона и паров спирта. К металлической нити и цилиндру подключен источник высокого напряжения.

Таким образом, имеются все условия для возникновения электрического разряда между нитью — анодом и цилиндром — катодом. Однако сам по себе разряд в этой трубке не возникает.

Почему?

Малó напряжение источника. И сделано это специально.

Но вот сквозь стекло в трубку влетает какая-либо заряженная частица, например, космическая. Обстановка в разрядном промежутке сразу меняется. Быстролетящая частица, сталкиваясь с молекулами газа, выбивает из них электроны, то есть ионизирует молекулы.

Между электродами трубки существует довольно мощное электрическое поле. Силы этого поля подхватывают рожденные частицей электроны и устремляют их к аноду — нити. Происходит дальнейшая ионизация газа, возникают лавины электронов. Положительно заряженные частицы — ионы — движутся навстречу электронам — к цилиндру-катоду.

Таким образом равнодушный ко всему газ откликнулся электрическим разрядом на ворвавшуюся в него заряженную частицу.

Эти процессы совершаются в разрядной трубке почти мгновенно: лавина электронов достигает нити за одну стомиллиардную долю секунды, а положительные ионы собираются у стенок цилиндра-катода в течение стомиллионной доли секунды. Но этого времени достаточно, чтобы усилительная радиоламповая схема, пристроенная к разрядной камере, сработала и зажгла бы потом неоновую лампочку, сигнализирующую о попадании заряженной частицы в счетчик.

Часто вместо неоновой лампочки ставят цифровой нумератор, который цифрами показывает общее число заряженных частиц, попавших в счетчик.

Счетчик Гейгера — Мюллера производит только подсчет заряженных частиц. Определить же, какие частицы — электроны, протоны или альфа-частицы, — не удается. Объясняется это тем, что между нитью и цилиндром приложено сравнительно высокое напряжение. Любая заряженная частица лишь начинает процесс ионизации. Дальнейшая работа совершается силами электрического поля. Поэтому «разнокалиберные» частицы создают сигналы одинаковой величины.

Но иногда бывает важно не только подсчитать число заряженных частиц, но и заглянуть в их паспорт, узнать, что это за частицы.

С этой задачей хорошо справляются так называемые пропорциональные счетчики заряженных частиц. По устройству они похожи на счетчики Гейгера — Мюллера, только напряжение между электродами в них значительно меньше.

Если в разрядный промежуток ворвется заряженная частица большой мощности, то на выходе счетчика возникнет более заметный электрический сигнал. Более «ленивая» частица произведет меньшую ионизацию газа, и сигнал, вызванный ею, будет меньше.

Расшифровывая записанные на фотопленку сигналы, ученые легко определяют, какие частицы побывали в счетчике.

«Чудо» XX века — искусственные спутники Земли и космические ракеты не отправляются в космос без таких приборов. Добросовестная плазма, возникающая в этих приборах-счетчиках, неутомимо подсчитывает число космических частиц там, где пролетает спутник, и позволяет определить интенсивность космического излучения. Ценность этой работы определяется тем, что ученым не нужно учитывать ослабляющее действие атмосферы, ведь счетчики находятся за пределами ее!

Замечательный прибор можно встретить и в глухой тайге или в горах у геологов. Если на пути геологов попадутся урановые или другие радиоактивные руды, то счетчик немедленно «сообщит» об этом. Установив чувствительный счетчик на самолет, можно за короткое время обследовать большой район, точно установить, есть или нет в этом районе радиоактивные руды.

Хорошими помощниками стали счетчики заряженных частиц для биологов.

Ученые, изучающие, например, вопрос, как растения усваивают различные удобрения, вносят в землю вместе с обычным фосфором и радиоактивный и определяют количество этого элемента, взятого растением из почвы.

Для этого достаточно поднести растение к счетчику и подсчитать число заряженных частиц, которое пошлет в прибор это растение.

Один ученый применил радиоактивные удобрения для почвы, на которой рос табак. Когда человек выкурил папиросу из этого табака, то обнаружилось, что никотин тоже оказался радиоактивным и очень скоро проник во все части тела и органы человека. По телу его разнесла кровь.

Это еще раз доказало, что яд, заключенный в табаке, воздействует на организм в целом, он не щадит ни один орган человека.