Mavzu: Elementar zarralarning manbalari. Kosmik nurlar, zamonaviy tezlatgichlar, zarralar va antizarralar

Elementar zarralarni qayd qiluvchi asboblar

Muhitdan uchib o’tayotgan zarrani faqat uning modda bilan ta’sirlashish tufayligina qayd qilish mumkin. Bunday ta’sirlashuvlarning turli xillari mavjud. Zaryadlangan zarralar muhit orqali o’tgan vaqtida muhit atomlarini uyg’otadi va ionlashtiradi. Bu hodisalar qayd qiluvchi qurilmalar, ya’ni detektorlarda tok impulslari, yorug’lik chaqnashlari shaklida namoyon bo’ladi. Kvantlar modda atomlarini ionlashtirmasada, ular bilan ta’sirlashishi tufayli tez elektronlarni hosil qiladilar, ular esa o’z navbatida modda atomlarini ionlashtiradi, neytronlar esa turli xil yadro reaktsiyalvarini keltirib chiqaradilar. Bu reaktsiyalarda protonlar, zarralar, bo’linish parchalari va boshqa zarralar hosil bo’ladi. Bular ham modda atomlarini ionlashtirishi mumkin. Tez neytronlar esa biror moddada elastik sochilganida to’qnashish tufayli qandaydir energiyaga ega bo’lgan tepki yadrolarni hosil qilishi, ular esa o’z navbatida atomlarni uyg’otishi yoki ionlashtirishi mumkin. Muhit orqali otgan zarralar energiyasini ularni o’lchash va qayd qilish uchun qulay bolgan boshqa turdagi energiyaga aylantirib beruvchi qurilmalarga ionlashgan nurlanish detektorlari yoki elementar zarralarni qayd qilish qurilmalari deyiladi.
Zarra muhit orqali otish vaqtida ro’y berishi mumkin bo’lgan protsesslar turiga qarab detektorlar quyidagi turlarga bolinadi:
1) ionizatsion detektorlar. Bularning ishlash printsipida asosan zarralarning muhit bilan ta’sirlashishi tufayli hosil bo’lgan ionizatsiya protsessidan foydalaniladi. Ularga ionizatsion kamera, Geyger-Myuller sanagichi, Vilson va pufakli kameralar, fotoemulsiya, yarim o’tkazgichli detektor va boshqalar kiradi.
2) Radiolyuminestsent detektorlar. Bularning ishlash printsipida muhit atomlarining uyg’onishi yoki ionlashishi tufayli hosil bolgan yorug’lik
chaqnashlari (stsintillyatsiya) dan foydalaniladi. Bu guruhga turli xil stsintillyatsion sanagichlar va termolyuminestsent detektorlar kiradi.
3) Cherenkov detektorlari. Bularning ishlash printsipi Vavilov-Cherenkov nurlanishiga asoslangan.
4) Kolorimetrik detektorlar. Ularning ishlash printsipi nurlanish ta’sirida u otgan muhit yoki moddaning isishi effektiga asoslanadi.
5) Kimyoviy detektorlar. Ularning ishlash printsipi nurlanish tufayli ro’y beradigan kimyoviy reaktsiyalardan foydalanishga asoslanadi.
6) Zaryadli detektorlar. Ularda yadroviy nurlanishning moddaga ta’siri tufayli yuzaga kelgan elektr maydonidan foydalaniladi.
7) Radionuqsonli detektorlar. Ularning ishlash printsipi moddalarning radiatsion zararlanishidan foydalanishga asoslangan.
Bundan tashqari detektorlar ularda ishlatiladigan moddaning agregat holatiga qarab gaz, suyuqva qattiq jismli detektorlarga bol’insa, detektorlarda hosil bo’ladigan elektr signalining xarakteristikasiga qarab, faqat alohida olingan zarralarni qayd qiluvchi diskret, zarralar oqimining hammasidan hosil bo’lgan effektni qayd qiluvchi analogik detektorlarga bo’linadi. Elektr signalini ozgartirishiga qarab detektorlar proportsional va noproportsional detektorlarga bo’linadi.
Agar zaryadlangan zarra havo yoki biror gaz orqali uchib otayotgan bo’lsa, gazning ionlashishi tufayli hosil bo’lgan ionlar juda tez rekombinatsiyalashadi va butun sistema ozining avvalgi holatiga qaytadi. Lekin elenktr maydoni yordamida hosil bo’lgan turli ishorali ionlarni qarama-qarshi tomonga tarqatib yuborib, uning oldini olish mumkin. Mana shunday rejimda ishlaydigan qurilmaga ionizatsion kamera deyiladi.
Ba’zi shaffof moddalar atomlarining uyg’ongan elektronlarini asosiy holatga qaytishida yuzaga keladigan nurlanish to’lqin uzunligi optik yoki ultra binafsha sohada yotadi. Bunday moddalarga zarra kelib tushgan vaqtda ularda kuchsiz yorug’lik chaqnashi, ya’ni stsintillyatsiya yuzaga keladi. Unga asoslanib zarralarni qayd qiladigan qurilmalarga stsintillyatsion sanagichlar deyiladi.
Har qanday stsintillyatsion sanagich stsintillyator va fotoelektron ko’paytirgichdan iborat boladi. O’ziga tushgan zarra energiyasini yorug’lik energiyasiga aylantirib beruvchi moddaga stsintillyator deyiladi. Odatda stsintillyator sifatida ba’zi noorganik kristallar (ZnS, NaCl, Csl ) yoki organik moddalar (masalan, antratsen),
plastmassalarning alohida turlari, ba’zi organik birikmalarning eritmalari va hattoki gazlar ham ishlatiladi.
Fotoelektron kopaytirgich dinodlar deb ataluvchi bir necha elektrodlarga ega bo’lgan shisha ballondan iborat. Har bir dinod elektronlarni chiqarib olish oson bolgan modda bilan qoplangan. Shisha ballonning old devori ham shunday modda bilan qoplangan. Uni fotokatod deb ataladi. Ish boshlanishidan avval har bir dinodga ma’lum kuchlanish beriladi. Bu holda qurilma orqali hech qanday tok otmaydi. Agar fotoelektron kopaytirgich bilan yonma-yon joylashgan stsintillyatorga biror zarra kelib tushsa, stsintillyatsiya tufayli hosil bolgan fotonlar fotokatodga kelib tushib undan bir necha elektronlarni urib chiqaradi. Dinodlar orasida yuzaga kelgan elektr maydoni hisobiga bu elektronlar birinchi dinod tomon harakat qiladilar va ularning har biri birinchi dinoddan bir necha yengil elektronlarni urib chiqaradi, ular ikkinchi dinodga borib tushadilar va yana undan bir necha yengil elektronlarni urib chiqaradilar. Protsess shu tariqa davom etadi. Buning natijasida anodga katta quvvatli elektronlar quyuni kelib tushadi va sanagichda qisqa tok hosil boladi.
Agar biror yog’ochning bir uchini suvga tushirib, uni suv sirtida hosil bo’ladigan to’lqinlarning tarqalish tezligidan kichik bolgan tezlik bilan aylantirilsa, suv sirti o’zining tinch holatini o’zgartirmaydi, yog’och harakatiga qarshilik faqat u bilan suv ortasidagi ishqalanish bilan belgilanadi. Agar yog’ochni suv sirtida hosil bo’ladigan to’lqinlarning tarqalish tezligidan katta bolgan tezlik bilan aylantirilsa, burchak ostida uzoqlashuvchi to’lqin hosil boladi va uning hosil bolishi uchun ma’lum energiya sarflanadi. Bu holda yog’och harakatiga qarshilik keskin ortadi.

Ushbu misoldagi yog’ochni ionlashtiruvchi zarra bilan, suv sirtidagi t’lqinlarni esa elektromagnit to’lqinlar bilan almashtirilsa, harakatga qarshilik deyilganda atomlarning ionizatsiyasi va uyg’onishi tushunilsa, Vavilov-Cherenkov effektining manzarasi hosil boladi. Yuzaga kelgan to’lqinga esa Vavilov-Cherenkov nurlanishi deyiladi. Bu holda hosil bo’lgan tolqin yassi burchak shaklida emas, balki konus shaklida bo’ladi. Chunki uning fazodagi barcha yo’nalishlari teng kuchlidir.