Эти приборы, позволяющие видеть невидимое, стали применяться всего лишь лет пятнадцать назад. Искровой счетчик изготовляется в виде герметичных сосудов, наполненных газом. В сосуде параллельно размещаются два плоских электрода, к которым приложено высокое напряжение. Его величина подбирается таким образом, чтобы при прохождении ионизирующих частиц между электродами возникал искровой пробой. Искра проскакивает в том месте, где прошедшая частица создала ионизацию газа.
Искра обладает большой яркостью, и ее легко сфотографировать. Это позволяет точно определять момент прохождения частицы и обрисовать ее траекторию.
В стеклянном сосуде, наполненном жидкостью, давление на одну из стенок может меняться. Если давление понизить очень быстро, жидкость окажется «перегретой»: ее температура станет выше температуры кипения при пониженном давлении. Состояние это неустойчиво, и на ионах, созданных пролетевшей через жидкость микрочастицей, начинают образовываться пузырьки пара. Это явление лежит в основе устройства пузырьковых камер. Обычно в пузырьковых камерах применяют сжиженные газы — эфир, пропан и др. Есть камеры, заполняемые жидким водородом или азотом. В таких камерах газ находится под большим давлением: иначе из него и не получишь жидкость.В устройствах, о которых мы до сих пор рассказывали, регистрируют заряженные частицы. Но ведь в практике часто приходится иметь дело с гамма-излучениями или с нейтронами. Зарегистрировать гамма-лучи совсем просто. В любом счетном устройстве кванты этого излучения выбивают из стенок счетчика электроны, которые можно зарегистрировать обычным для этой камеры способом.
Каждое новое открытие в ядерной физике тотчас же становится поводом для обсуждения: а нельзя ли приспособить его к измерительной технике? Так произошло и с открытием советского физика П. А. Черенкова. Он обнаружил, что частицы, которые проходят через вещество быстрее, чем через это же вещество проходит свет, излучают электромагнитные колебания. Сила такого свечения зависит от скорости частицы, ее заряда и вещества, через которое она пролетает.На основе этого физического явления Черенков сконструировал счетчик, превосходно измеряющий скорость частиц. А это как раз и было в то время самым трудным — правильно определить скорость частицы.
Счетчики Черенкова применяются теперь для изучения ядерных процессов, которые происходят при больших энергиях частиц. Так, с их помощью была обнаружена новая, весьма интересная элементарная частица — антипротон.
В воздухе при определенной температуре может содержаться только строго определенное количество водяного пара. Как только температура насыщенного парами воздуха уменьшится, пар начинает конденсироваться в мельчайшие капельки. Особенно легко происходит конденсация на пылинках. Как говорят, пылинки — это центры конденсации, центры образования капелек.
Английский ученый Вильсон, исследуя, как образуется туман, обнаружил интересное явление: при некоторых условиях центрами конденсации могут быть не только пылинки, но и ионы. Сами ионы не видны, их размеры ничтожны, но мельчайшие водяные капли, образовавшиеся вокруг них, становятся видимыми. Ионы образуются на пути заряженной частицы беспрерывно, и в воздухе можно увидеть след, состоящий из тумана — капелек воды. Такой след можно сфотографировать. И это будет уже вполне реальное доказательство, что в пространстве камеры произошел какой-то ядерный процесс, что там появилась та или иная частица. Прибор, в котором можно наблюдать следы летящих и сталкивающихся частиц, называется
по имени его изобретателя камерой Вильсона. Резерфорд назвал камеру Вильсона «самым оригинальным и изумительным инструментом в истории науки». Другие ученые называют ее «судьей ядерной физики». Много теорий разбилось при проверке опытов этим совершенным аппаратом, и с помощью его сделано много неожиданных открытий. Начиная с опытов Резерфорда, все новое в ядерной физике проверялось камерой Вильсона. Именно в камере Вильсона подтвердилось предположение о существовании нейтрона, в ней открыли позитрон, в ней изучались всевозможные ядерные реакции, с ее помощью были получены снимки следов, оставленных всеми частицами, которые были открыты физиками.
На одной научной конференции демонстрировалось необычное устройство: вилка и нож, зажатые в штативах, несколько электрических батарей и электромагнитный счетчик. Как только к этому странному сооружению подносили радиоактивный препарат, счетчик начинал щелкать, отсчитывая импульсы возникающего тока. Вилку и нож можно было заменить любыми металлическими предметами — ложкой, ножницами, гвоздями.
Два металлических предмета в этом приборе — электроды, к ним подведено электрическое напряжение. Но между электродами — воздух, и потому тока в цепи нет. Если же в это пространство попадет заряженная частица, она создаст на своем пути какое-то количество ионов, и воздух станет проводящим. Такое устройство называется ионизационной камерой. Конечно, настоящая ионизационная камера, применяемая в лаборатории для серьезных исследований, выглядит иначе. Ее электроды находятся в разреженном воздухе или газе. Но, по сути дела, она ничем не отличается от шуточной конструкции из ножа и вилки.
Чаще всего для регистрации отдельных частиц применяют так называемый счетчик Гейгера. Это самый распространенный измеритель радиоактивности. Он может зарегистрировать любую заряженную частицу, лишь бы она попала внутрь счетчика и создала там ионы. Напряжение на счетчике Гейгера очень большое.
Электроны, возникшие в результате ионизации, разгоняются под действием этого напряжения и срывают на своем пути внешние электроны с атомов электрически нейтральных газов. Они создают грандиозную ионную лавину, которую уже легко измерить обычными приборами. Счетчики Гейгера позволяют вести интереснейшие наблюдения над различными частицами, мчащимися к нам из глубин мирового пространства. Особенно широко эти исследования стали проводиться после запуска искусственных спутников Земли.