§ 59. Экспериментальные методы исследования частиц

Развитие ядерной физики потребовало создания специализированных установок, способных фиксировать субатомные объекты и анализировать их столкновения. Ранее применявшийся метод сцинтилляций оказался недостаточно точным, поскольку результат зависел от индивидуальной остроты зрения исследователя. Длительное наблюдение за мерцаниями быстро утомляло органы зрения. Требовалось автономное устройство, выдающее электрический сигнал при контакте с частицей. Автоматизация позволила накапливать статистические данные о редких реакциях.

В 1908 году немецкий исследователь Ганс Гейгер предложил конструкцию, получившую его имя. Прибор представляет собой герметичную стеклянную колбу, внутри которой размещён разреженный газ, чаще всего аргон. По центру трубки натянута тонкая металлическая нить — анод, то есть положительный электрод. Металлический цилиндр служит катодом и заряжен отрицательно. Оба проводника соединены последовательно с мощным источником постоянного напряжения, поддерживаемым в диапазоне от двухсот до тысячи вольт, и резистором. Большое сопротивление в цепи служит для быстрого гашения разряда после каждого импульса, предотвращая непрерывное свечение трубки, создавая в пространстве между ними сильное электрическое поле.

В отсутствие ионизирующего излучения электрическая цепь остаётся разомкнутой, и ток отсутствует. При проникновении заряженной частицы сквозь стенки колбы она выбивает электроны из атомов газа, создавая начальные электронно-ионные пары. Под действием напряжённого поля носители заряда устремляются к противоположным электродам. На пути к аноду электроны набирают высокую кинетическую энергию, сталкиваются с нейтральными молекулами и выбивают из них новые электроны. Этот процесс лавинообразно размножается, формируя обширный заряд. Устройство прибора показано на рис. 1: жёлтая волнистая стрелка справа — влетающее ионизирующее излучение, красная точка внутри трубки — ионизированный им атом газа, вдоль оси тянется нить-анод, а провода уводят импульс к электронному счётчику с цифровым табло и к динамику, который щёлкает при каждом разряде.

Возникновение лавины вызывает резкий скачок силы тока в цепи и соответствующий импульс напряжения на резисторе.