Spectroscopia și spectrometria radiațiilor nucleare

1. Punerea problemei. O problemă deosebit de importantă în studiul transmutaţiilor nucleare este cunoaşterea precisă a energiei de transmutaţie.

Energia de transmutaţie apare, în general, sub formă cinetică (raze a, raze β, raze de recul radioactiv) şi sub formă electromagnetică (raze γ) şi poate fi măsurată prin mijlocirea efectelor produse (ionizare, efect termic, efect fotografic etc.). în cazul dezintegrărilor β, o parte a energiei transmutaţiei nu poate fi însă detectată şi măsurată prin aceste metode obişnuite, ceea ce a dat loc, într-o vreme, la serioase dificultăţi teoretice cu privire la valabili¬tatea principiului conservării energiei în microprocesele fizice (nucleare).

Inegalitatea energiilor particulelor încărcate, emise de nucleele radio¬active, se traduce prin inegala lor împrăştiere în câmpul magnetic. Iau naştere astfel spectre magnetice (de raze α sau de raze β) cu distribuţii (de viteze, impulsuri, energii) caracteristice pentru radiaţia cercetată.

În mod analog, eterogeneitatea energiilor (frecvenţelor, lungimilor de undă) ale fotonilor se manifestă prin formarea de spectre de raze y, care pot fi obţinute fie prin metodele spectroscopiei de raze Roentgen, fie prin metode speciale.

Ansamblul metodelor folosite pentru obţinerea spectrelor radiaţiilor nu¬cleare, precum şi rezultatele date de analiza cantitativă a acestor spectre, con¬stituie obiectul spectroscopiei nucleare, de care ne vom ocupa în cele ce urmează.

Bazele spectroscopiei nucleare au fost puse încă clin primii ani ai secolului nostru, de către Becquerel şi Rutherford, cu prilejul lucrărilor lor pentru măsurarea sarcinii specifice şi vitezei particulelor α şi β. Tehnicile perfecţionate de care dispunem actualmente au fost elaborate de numeroşi cercetători clin toate ţările. Pentru studiul aprofundat al metodelor şi aparaturii, recomandăm excelentul manual al lui L. Y. Groşev şi I. S. Şapiro). Aici ne vom mulţumi să dăm o scurtă enumerare a principalelor dispozitive şi metode, rămânând ca in paragrafele următoare să facem descrierea mai amă¬nunţită a celor mai des folosite dintre ele.

A. Spectrometre magnetice pentru particule încărcate.

a. Cu câmp transversal omogen:

1) Cu deviaţie directă (tip Becquerel-Rutherford),

2) Cu focalizare semicirculară (tip Danysz).

b. Cu câmp transversal neomogen corector.

c. Cu câmp transversal neomogen şi orbite stabilizate.

d. Cu câmp longitudinal:

1) Tip Kapiţa-Tricker-Busch,

2) Cu lentilă magnetică lungă,

3) Cu lentilă magnetică scurtă.

B. Camera de ceaţă (Wilson) în câmp magnetic transversal (Skobelţîn).

C. Spectrometre de raze γ.

Pot fi de asemenea utilizate pentru evaluarea energiei particulelor ioni¬zante, următoarele metode:

1) Măsurarea parcursului particulelor α în gaze (metoda Bragg),

2) Măsurarea ionizării totale produse de particule,

3) Măsurarea difuziei coulombiene în emulsii fotografice groase.

2. Spectrometrul Becquerel-Rutherford. Acest spectrometru magnetic cu câmp transversal omogen şi deviaţie directă a fost conceput şi utilizat de Becquerel pentru studiul razelor α. Rutherford 1-a adaptat apoi pentru studiul razelor β.

Fig. 1. Spectrometrul magnetic cu deviaţie directă

Dispozitivul este constituit dintr-o cutie metalică plată, etanşă, în care se face un vid cât mai bun, pentru a se reduce în măsura posibilului încetinirea şi difuzia particulelor prin ciocniri cu moleculele de aer. Sursa radiantă, de dimensiuni cât mai mici, este aşezată în A (fig. 22). O fantă B tăiată într-o placă de plumb lasă să treacă mai departe un fascicul plan subţire, care în lipsa câmpului magnetic cade în O pe o placă fotografică P. Se obţine astfel «linia cen¬trală » de reper. Aplicând câmpul magnetic omogen transversal , particulele vor descrie traiectorii cir¬culare şi vor cădea pe placa P în puncte de abscisă x, cu atât mai mari, cu cât raza cercurilor descrise este mai mică. Prin inversarea câmpului magnetic se obţine o imagine simetrică faţă de O, ceea ce permite preci¬zarea poziţiei liniei centrale de reper.