张武昌
科学的科普(18)微观物理(4)射线对气体的影响A 精选
2024-12-26 12:16
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科学的科普(18)微观物理(4)射线对气体的影响A

 

自从发现了射线之后,射线就成了新的研究对象,人们就象研究电的历程一样,研究射线对各种各样的物质的影响。我们依次介绍对气体、液体、固体、肉体的影响。

 

本节介绍射线对气体的影响。

 

 

前面我们讲了(光辐射之外)射线对气体的电离作用,导致验电器漏电,所以人们用验电器在地球上可以到达的空间(矿坑、海洋深处、不同高度的大气)中评估射线的多少,发现大气和我们周围地表的辐射主要来自地球之外的太空(宇宙射线),在高空中这些射线导致空气电离,形成了电离层,这个电离层能反射电磁波,这一机制使得我们用收音机接受外国的广播。

 

 

空气电离

 

电离辐射能将气体电离,空气导电,所以科学家改进了验电器探测其存在,同样的原理还发明了盖革计数器。

 

卢瑟福用α射线轰击金箔实验,他的目标是分析阿尔法粒子碰撞金箔后都到哪里去了。

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1906年,盖革(Hans Geiger)成为卢瑟福的助手,在这个实验中,他和一个大学生马斯登Ernest Marsden负责计数散射后的不同散射角度的粒子的数目。

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盖革Hans Wilhelm Geiger (1882-1945)

起初他们用一个发光的屏幕,当粒子打到屏幕时,屏幕上会有微弱的光点,所以要在黑暗中进行,一次计数需要30 分钟左右,比较辛苦。

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所以这个团队致力于研制一个计数粒子的装置。因为阿尔法粒子电离空气导电,所以他们利用这个原理,设计了一个充气的气室,在里面加入正负电极,当粒子通过气室,两个电极间会有电脉冲,将这个电脉冲转换成各种表达方式(电流脉冲、声音等),就可以计数粒子的数量。

 

 

 

这个原型机被称为Rutherford-Geiger tube。1912年,盖革在德国柏林成立了自己的实验室,1913年,他发表了论文介绍计数器的研发情况,从此后,这类计数器被简称为盖革计数器(可见发表论文的重要性)。

 

 

 

 

1928年,盖革和Walter Muller改进了装置,称为盖革米勒计数器Geiger-Muller counter。下图是Muller在1928年5月5日的实验室记录,这可能是盖革米勒计数器的第一个草图。

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环境辐射的探测仪示意图表示如下,电离辐射从各个方向射入气室。

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定向辐射探测的示意图如下,电离辐射从特定的小窗射入气室。

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这一产品被爱因斯坦称为人类最灵敏的器官The Most sensitive organ of hamanity,每一次射线通过探测管,仪器就会发出咔咔的声音,警示着人们射线的存在。

 

后期的产品在此基础上没有太大改动。

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现在普通人都能在市场上买到盖革计数器,来亲自聆听一下那清脆而恐怖的咔咔声。

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