Ядерная фотографическая эмульсия

Определение "Ядерная фотографическая эмульсия" в Большой Советской Энциклопедии

«Звезда», образованная ядром из первичного космического излучения

Ядерная фотографическая эмульсия, фотографическая эмульсия, предназначенная для регистрации следов заряженных ядерных частиц. Используется в ядерной физике, физике элементарных частиц и космического излучения, для авторадиографии и в дозиметрии ядерных излучений. Первым применением фотоэмульсии в ядерной физике можно считать исследования А. А. Беккереля, который в 1896 обнаружил радиоактивность солей U по вызываемому ими почернению фотоэмульсии. В 1910 японский физик С. Киносита показал, что зёрна галогенида серебра обычной фотоэмульсии становятся способными к проявлению, если через них прошла хотя бы одна a-частица. В 1927 Л. В. Мысовский с сотрудниками (СССР) изготовил пластинки с толщиной эмульсионного слоя 50 мкм и наблюдал с их помощью рассеяние a-частиц на ядрах эмульсии. В 30-х гг. началось изготовление Ядерная фотографическая эмульсия со стандартными свойствами, с помощью которых можно было регистрировать следы медленных частиц (a-частиц, протонов). В 1937—1938 М. Блау и Г. Вомбахер (Австрия) и А. П. Жданов с сотрудниками (СССР) наблюдали в Ядерная фотографическая эмульсия расщепления ядер, вызванные космическим излучением. В 1945—1948 появились Ядерная фотографическая эмульсия, пригодные для регистрации слабо ионизующих однозарядных релятивистских частиц, метод Ядерная фотографическая эмульсия стал точным количественным методом исследований.

Следы частиц с различной ионизующей способностью

Ядерная фотографическая эмульсия отличается от обычной фотоэмульсии двумя особенностями: отношение массы галогенида серебра к массе желатины в 8 раз больше; толщина слоя, как правило, в 10—100 раз больше, достигая иногда 1000—2000 мкм и более (стандартная толщина фирменных Ядерная фотографическая эмульсия 100—600 мкм). Зёрна галогенида серебра в эмульсии имеют сферическую или кубическую форму, их средний линейный размер зависит от сорта эмульсии и обычно составляет 0,08—0,30 мкм.

Заряженные частицы или электромагнитное излучение, связанное с ядерными реакциями, вызывают в Ядерная фотографическая эмульсия действие, аналогичное свету. Процесс проявления играет роль сильного увеличения первоначального слабого эффекта (скрытого фотографического изображения), подробно тому как лавинный разряд в Гейгер-Мюллера счётчике или бурное вскипание пузырьков в пузырьковой камере многократно увеличивают слабые эффекты, связанные с начальной ионизацией, производимой заряженной частицей. Ядерные частицы, как правило, обладают большой энергией, благодаря чему они могут создавать центры чувствительности в лежащих на их пути зёрнах галогенида серебра. После фиксирования Ядерная фотографическая эмульсия вдоль следа частицы образуется цепочка чёрных зёрен. Следы частиц наблюдают с помощью микроскопа при увеличении 200—2000.

В ядерной физике эмульсии обычно используют в виде слоев, нанесённых на стеклянные подложки. При исследовании частиц высоких энергий (на ускорителях или в космическом излучении) их иногда укладывают в большие стопки в несколько сотен слоев. Объём стопок доходит до десятков л; образуется практически сплошная фоточувствительная масса. После экспозиции отдельные слои могут быть наклеены на стеклянные подложки и обработаны обычным образом. Положение слоев точно маркируется, благодаря чему траекторию частиц легко прослеживать по всей стопке, переходя от слоя к слою.

Свойства следа, оставленного в эмульсии заряженной частицей, зависят от её заряда Z, скорости v и массы М. Так, остаточный пробег частицы (длина следа от его начала до точки остановки) при данных е и v пропорционален М; при достаточно большой скорости v частицы плотность зёрен (число проявленных зёрен на единицу длины следа) g ~ e²/v². Если плотность зёрен слишком велика, они слипаются в сплошной чёрный след. В этом случае, особенно если е велико, мерой скорости может быть число d-электронов, образующих на следе характерные ответвления. Их плотность также ~ e²/v². Если е = 1, а v ~ с (с — скорость света), то след частицы в релятивистской Ядерная фотографическая эмульсия имеет вид прерывистой линии из 15—20 чёрных точек на 100 мкм пути (рис. 1). В Ядерная фотографическая эмульсия можно измерять рассеяние частицы, среднее угловое отклонение на единицу пути: j ~ e/pv (р — импульс частицы). Ядерная фотографическая эмульсия можно поместить в сильное магнитное поле и измерить импульс частицы и знак её заряда, что позволяет определить заряд, массу и скорость частицы. Достоинства метода Ядерная фотографическая эмульсия — высокое пространственное разрешение (можно различать явления, отделённые расстояниями < 1 мкм, что для релятивистской частицы соответствует временам пролёта <10^-16 сек) и возможность длительного накопления редких событий.

Создание современной Ядерная фотографическая эмульсия явилось большим научно-техническим достижением. По словам английского физика С. Пауэлла, «разработка улучшенных эмульсий как бы открыла новое окно в природу, через которое мы впервые увидели следы, странные и неожиданные, еще неизвестные физикам...».

С 1945 по 1955 методом Ядерная фотографическая эмульсия были сделаны важные открытия: зарегистрированы p-мезоны (пионы) и последовательности распадов p ® m + n, m ® e + n + n в Ядерная фотографическая эмульсия, экспонированных космическим излучением, а также обнаружены ядерные взаимодействия p^-- и К^--мезонов. С помощью Ядерная фотографическая эмульсия удалось оценить время жизни p⁰-мезона (10^-16 сек), обнаружен распад К-мезона на 3 пиона, открыт S^-гиперон и обнаружено существование гипер-ядра, открыт антилямдагиперон (см. Гипероны). Методом Ядерная фотографическая эмульсия был исследован состав первичного космического излучения; кроме протонов, в нём были обнаружены ядра He и более тяжёлых элементов, вплоть до Fe (рис. 3). С 60-х гг. метод Ядерная фотографическая эмульсия вытесняется пузырьковыми камерами, которые дают большую точность измерений и возможность применения ЭВМ для обработки данных.
Лит.: Пауэлл С., Фаулер П., Перкинс Д., Исследование элементарных частиц фотографическим методом, пер. с англ., М., 1962.
  А. О. Вайсенберг.

S из первичного космического излучения, след унизан многими следами d-электронов. Следы частиц с небольшой ионизацией (стрелки) принадлежат мезонам, возникшим при столкновении ядра S с ядрами эмульсии." href="/a_pictures/18/10/254151638.jpg">S из первичного космического излучения, след унизан многими следами d-электронов. Следы частиц с небольшой ионизацией (стрелки) принадлежат мезонам, возникшим при столкновении ядра S с ядрами эмульсии."http://sulphur.atomistry.com/">S из первичного космического излучения, след унизан многими следами d-электронов. Следы частиц с небольшой ионизацией (стрелки) принадлежат мезонам, возникшим при столкновении ядра S с ядрами эмульсии." src="a_pictures/18/10/th_254151638.jpg">
Рис. 2. «Звезда», образованная ядром S из первичного космического излучения, след унизан многими следами d-электронов. Следы частиц с небольшой ионизацией (стрелки) принадлежат мезонам, возникшим при столкновении ядра S с ядрами эмульсии.