Przeczytaj
Warto przeczytać
Promieniowaniem nazywamy jądra helu wyemitowane z niestabilnych jąder atomowych w wyniku przemiany . Cząstki składają się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Ich masa jest nieco mniejsza od masy nukleonów składowych i wynosi 6,64 · 10Indeks górny -27-27 kg. W przypadku mikroświata dużo wygodniej operuje się jednostką MeV/Indeks górny 22. Masa cząstki wynosi 3727 MeV/Indeks górny 22.
Ze względu na dodatni ładunek protonu ładunek cząstki jest dodatni i wynosi , gdzie literka oznacza ładunek elementarny wynoszący 1,602 · 10Indeks górny -19-19 C.
Niezerowy ładunek cząstki () sprawia, że jej tor jest odchylany w polu elektrycznym i magnetycznym. W polu elektrycznym działa na nią siła Coulomba , odchylająca tor cząstki w kierunku zgodnym z kierunkiem wektora natężenia pole elektrycznego , co zostało pokazane w części A Rys. 1.
W polu magnetycznym na cząstkę działa siła Lorentza , której kierunek określa iloczyn wektorowy wektorów prędkości cząstki i indukcji pola magnetycznego . Siła Lorentza jest skierowana prostopadle do wektora prędkości cząstki , pełni więc rolę siły dośrodkowej. Zachowanie cząstki w polu magnetycznym prezentuje część B Rys. 1.
Energia kinetyczna cząstek po wyemitowaniu z jądra przyjmuje wartości kilku megaelektronowoltów (MeV). Co to oznacza? Pamiętając, że masa cząstki wynosi ok. 3727 MeV/Indeks górny 22, zauważmy, że energia kinetyczna jest dużo, dużo mniejsza od energii spoczynkowej. Stąd płynie natychmiast wniosek, że są to cząstki klasyczne, a ich prędkości są dużo niższe od prędkości światła.
Obliczmy, ile dokładnie wynosi prędkość przykładowej cząstki o energii 5 MeV. Już wiemy, że możemy stosować klasyczny wzór na energię kinetyczną: .
Prędkość cząstki wyznacza się więc wzorem:
Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:
Ostatecznie prędkość cząstek wynosi ok. 15 000 km/s.
Promieniowanie jest czasem określane promieniowaniem jonizującym. Oznacza to, że cząstki jonizująjonizują ośrodek, w którym się przemieszczają. Mechanizm jonizacji polega na tym, że cząstki przekazują część swojej energii elektronom, wyrywając je z atomów. Proces ten przebiega bardzo intensywnie, cząstki bardzo szybko tracą energię i są zatrzymywane. Zasięg cząstek o energii 5 MeV w powietrzu wynosi ok. 3,5 cm. Oznacza to, że cząstka poruszająca się początkowo z prędkością 15 000 km/s zostaje zupełnie zatrzymana w kilku centymetrach powietrza. W materiałach o większej gęstości zasięg cząstek jest jeszcze mniejszy. Większość z nich jest zatrzymywanych przez kartkę papieru lub naskórek. Z tego względu promieniowanie określane jest jako mało przenikliwe.
Zdolność promieniowania do jonizacji jest wykorzystywana do jego detekcji. Jednym z najstarszych i najprostszych detektorów jest komora Wilsonakomora Wilsona. Komora umożliwia obserwację śladów cząstek poruszających się w gazie. Komora wypełniana jest parą przesyconą, czyli taką, dla której przekroczony został punkt nasycenia, po którym gaz powinien ulec skropleniu. Jednakże jeśli jest on idealnie czysty, do skroplenia nie dochodzi. Aby para uległa skropleniu potrzebne są tzw. centra kondensacyjne w postaci pyłów lub jonów. W komorze Wilsona centrami kondensacyjnymi są jony powstałe w wyniku oddziaływania promieniowania z gazem. Wskutek jonizacji ośrodka wzdłuż torów cząstek powstają jony, na których para ulega skropleniu. Powstałe w ten sposób krople cieczy są widoczne gołym okiem, mogą być też fotografowane. Długość powstałego toru zależy od ciśnienia gazu oraz energii cząstek . Im większa energia kinetyczna cząstek , tym ich tory są dłuższe.
Poniższy film obrazuje działanie przykładowej komory Wilsona.
Słowniczek
(ang. ionisation) – zjawisko odrywania elektronu lub kilku elektronów z atomu lub cząsteczki, w wyniku czego powstaje jon.
(ang. Wilson cloud chamber) – detektor promieniowania jonizującego wykorzystujący przechłodzoną parę do wytworzenia i obserwacji śladów cząstek.