Генри Смит - Атомная энергия для военных целей

Существует метод наблюдения ядерных частиц, который тоже основан на их ионизующем действии, но не является электрическим. В этом методе использован тот факт, что перенасыщенный пар легче конденсируется на ионах, чем на нейтральных молекулах. Если воздух, насыщенный водяными парами, охлаждать путем расширения сейчас же после прохождения через него α -частицы, на ионах, образованных α -частицей, осаждаются крошечные капельки воды. Они достаточно сильно рассеивают яркий свет, так что можно видеть или фотографировать действительный путь α -частицы.

Этот метод, разработанный К.Т. Вильсоном в Кембридже (Англия) примерно в 1912 году, оказался чрезвычайно плодотворным в изучении поведения отдельных частиц: α -частиц, протонов, электронов, позитронов, мезотронов, фотонов и быстрых атомов, получающихся от столкновений с α -частицами, протонами или нейтронами. В отличие от метода сцинтилляций, применявшегося наряду с данным методом много лет, метод Вильсона не превзойден до сих пор и все еще широко применяется; особенно он полезен для изучения деталей столкновений между ядерными частицами и атомами.

Пути отдельных частиц, проходящих через вещество, можно также наблюдать в фотографической эмульсии, но длины пробега так малы, что приходится прибегать к микроскопу. На пути движения частиц образуются прямолинейные группы зерен, хорошо различимые в микроскоп. Этот метод наблюдения фактически не требует никакого оборудования, но он утомителен, и применимость его ограничена. Общим потемнением фотографической пленки можно пользоваться для измерения общей интенсивности излучений. Эти пленки применялись как дополнение к электроскопам, или вместо них, в технике безопасности во многих частях Проекта.

Ни один из описанных методов не может быть непосредственно применен к нейтронам. Однако, заряженные частицы, вызываемые нейтронами, дают возможность и в этом случае использовать электрические методы. Заряженные частицы образуются нейтронами в результате упругих соударений с ядром и ядерных реакций. Как уже говорилось, быстрый нейтрон, проходя сквозь вещество, иногда приближается к атомному ядру настолько близко, что сообщает ему большой импульс и энергию. Ядро при этом становится быстрой заряженной частицей, способной вызвать ионизацию в ионизационной камере, счетчике или камере Вильсона. Если скорость мала (тепловые нейтроны), ядро, воспринявшее удар, не будет обладать энергией, достаточной для ионизации. Однако, тепловой нейтрон при своем поглощении может вызвать расщепление ядра с выделением энергии и ионизацией. Таким образом, для обнаружения быстрых нейтронов имеется выбор между упругим столкновением и ядерной реакцией; для обнаружения же тепловых нейтронов могут служить лишь вызываемые ими ядерные превращения.

Наиболее употребительной реакцией является 5B 10(n, α ) 3Li 7. Выделяющиеся в ней 2, 5 MeV энергии, которые распределяются между α -частицей и ядром 3Li 7достаточны для осуществления ионизации. Превращение ядра бора под действием нейтрона происходит в ионизационной камере или пропорциональном счетчике, наполненных газообразным трехфтористым бором.

Один из наиболее ценных методов измерения плотности нейтронов при помощи ядерных реакций связан с искусственной радиоактивностью. Листочек фольги из материала, который делается радиоактивным под действием бомбардировки нейтронами, помещается в то место, где желательно измерить интенсивность нейтронов. Через определенный промежуток времени листочек удаляется, и его активность измеряется электроскопом или счетчиком. Степень вызванной в нем активности служит мерой количества нейтронов, которые были поглощены. Недостаток этого способа в том, что он не дает мгновенного показания, как ионизационная камера или счетчик.

Одним из самых интересных методов, разработанных при осуществлении Проекта, является использование реакции деления урана для обнаружения нейтронов. При помощи разделенных изотопов урана можно регистрировать отдельно быстрые и медленные нейтроны.

Так как вероятность взаимодействий нейтрона с ядром различна для каждой реакции и зависит от скорости нейтрона, перевод отсчетов или измерений тока в числа и скорости нейтронов значительно труднее, чем для других ядерных частиц. Не следует удивляться, если два искусных исследователя дают различные значения для одной и той же ядерной постоянной. Лишь путем тщательного сравнения и истолкования ряда тонких и взаимно связанных экспериментов удается отделить основные факты от случайных погрешностей опытов.