Detecția radiațiilor nucleare - acceleratorul de particule

Detecţia radiaţiilor nucleare

Detectoarele de radiaţii nucleare sunt instrumente complexe folosite la determinarea cantităţii de radiaţie, tipului de radiaţii dintr-un mediu si a unor caracteristici ale acestora (energie, masa, sarcina).

Detectoarele de radiaţii nucleare sunt alcătuite , in principiu , din :

- corpul de detecţie (o substanţa care sub acţiunea radiaţiilor nucleare produce efecte caracteristice),

- sistemul de înregistrare (dispozitiv, uneori foarte complex, care permite evidenţierea caracteristicilor radiaţiilor nucleare : număr, energie, sarcina etc.).

Clasificarea detectoarelor de radiaţii nucleare

Detectoare bazate pe:

A. ionizarea in gaz: contorul Geiger-Muller, camera de ionizare;

B. apariţia scintilaţiilor: spintariscopul, detectorul cu scintilaţie;

C. formarea de perechi electron-gol in cristale SC: detectoarele cu semiconductoare;

D. efectul fotochimic al radiaţiei: emulsia nucleara;

E. revenirea mediului la starea normala in vecinătatea ionilor formaţi in lungul traiectoriei unei particule rapide, încărcate electric, intr-un gaz sau lichid aflate intr-o stare metastabila: camera cu ceata, camera cu bule.

Exemple de detectoare de radiaţii nucleare

- camera cu ceata (Wilson): particulele ionizate pătrund intr-o incinta in care atmosfera este suprasaturata cu vapori (pompa pe care o observaţi in fotografie răceşte adiabatic gazul din incinta si transforma vaporii de alcool in vapori suprasaturaţi); prin condensare se formează picaturi fine de lichid, vizibile cu ochiul liber, care arata traiectoria particulelor;

- contorul Geiger-Muller: este alcătuit dintr-o incinta cilindrica etanşa, un electrod central sub forma unui fir subţire (conectat la un potenţial pozitiv ridicat) si un electrod cilindric (depus chiar pe peretele interior al incintei) legat la masa printr-un rezistor cu rezistenta mare; in interior se afla neom sau argon si un halogen gazos; trecerea unei particule ionizate prin contor determina apariţia unei descărcări, amplificata de faptul ca electronii generaţi după primele ionizări sunt puternic accelerate spre electrodul central filiform si produc noi ionizări, astfel încât se generează o avalanşa.

Pulsul de tensiune apărut pe rezistorul din circuit este înregistrat si poate fi numărat (daca se ataşează dispozitivului un numărător).

Pana la stingerea descărcării, contorul nu mai poate înregistra o noua particular.

Scurt Istoric

Henri Antoine Becqurel, savant fizician francez, s-a născut in anul 1852, intr-o familie de fizicieni cunoscuţi. Preocupat foarte mult de probleme de fizica, in special de problema fluorescentei, Becquerel a acordat un deosebit interes descoperirii de către Roentgen a radiaţiilor X, fapt care l-a condus in cele din urma la descoperirea fenomenului radioactivităţii. Importanta acestei descoperiri este relevata de cuvintele marelui savant Albert Einstein : “Fenomenul radioactivităţii este forţa cea mai revoluţionara a progresului tehnic, de la descoperirea focului de către omul preistoric si pana astăzi”.

Descoperirea radioactivităţii

Becquerel, in timpul cercetărilor sale găseşte nişte probe de mineral fluorescent(pehblenda) aşezat pe placi fotografice, dar care nu fuseseră expuse încă la soare. Din curiozitate , el cere ca acestea sa fie developate si descoperă ca mineralul înnegrise si de data aceasta placa fotografica. Deci , pehblenda emitea radiaţii fără ca ea sa fie expusa la lumina soarelui. Repetând experienţa, faptul s-a confirmat : pehblenda emitea in mod natural radiaţii invizibile, care impresionează placa fotografica întocmai ca radiaţiile X ; cercetările ulterioare au arata insa ca ele erau de alta natura, provenind chiar din nucleele unor atomi ai minereului. Becquerel descoperise radioactivitatea. Aceasta descoperire, datorita unei întâmplări s-a dovedit mai târziu a avea o importanta covârşitoare, constituind punctul de plecare pentru o serie de cercetări teoretice si realizări practice care au dus la rezolvarea importantei probleme a eliberării energiei enorme conţinute in nucleele atomilor.

Pehblenda fiind un material constituit dintr-un amestec complex de săruri, se punea problema separării elementului radioactiv. Curând după descoperirea lui Becqurel, doi chimişti francezi, Marie si Pierre Curie, au meritul de a fi separat pentru prima data componenţii determinanţi ai radioactivităţii pehblendei. Studiind împreuna obţinerea de uraniu pur din minereuri, soţii Curie descoperă doua noi elemente radioactive, si anume poloniul si radiul. Au urmat patru ani de munca intensa, in condiţii improprii si dăunătoare sănătăţii lor, in urma cărora, prelucrând tone de minereu au obţinut primul decigram de radiu pur. In anul 1903 li s-a decernat soţilor Curie premiul Nobel pentru fizica.

Soţii Curie precum si fizicianul Ernest Rutheford si francezul Paul-Ulrich Willard au analizat mai profund natura acestor radiaţii si au ajuns la rezultate foarte interesante, care au reprezentat un pas enorm in lupta pentru cunoaşterea constituţiei atomului.