Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Итак, наш короткий обзор детекторов излучений закончен. Как мы видели, многие из них дают информацию об изучаемом явлении в форме электрических импульсов. О том, как регистрируются и обрабатываются эти импульсы, будет рассказано в следующей главе.
Глава 5
ЭЛЕКТРОНИКА
В ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ
КАК ЭЛЕКТРОНИКА ПОМОГАЕТ ИЗМЕРЕНИЯМ
Прежде всего, давайте уточним, что понимается под словом "электроника".
Всем знакомы радиоприемники и телевизоры. Известно также, что основными элементами этих приборов являются
95
радиолампы и полупроводниковые элементы - диоды, транзисторы и другие. А что такое радиолампа? Это запаянная колба с несколькими электродами: один из них (катод) непрерывно испускает электроны, которые, пройдя через систему сеток, попадают на другой электрод (анод). Аналогичные процессы происходят и в полупроводниковых элементах, только в них электроны движутся в твердом теле. Поэтому радиолампы называют также электронными лампами, приборы, в которых используются радиолампы и полупроводниковые элементы, — электронными приборами, а всю область техники, занимающуюся разработкой и изготовлением таких приборов, — электронной техникой, или просто электроникой. Иногда электроникой называют также всю совокупность используемых электронных приборов.
Постараемся ответить на вопрос: зачем вообще нужна электроника? Ведь радиоприемник можно построить и без электронных ламп: вспомните хотя бы первый приемник А. С. Попова или потомка этого приемника — так называемый детекторный приемник. Но недаром же современные приемники делают на электронных лампах или на эквивалентных им полупроводниковых элементах. Дело в том, что электронным лучом очень легко управлять. Из-за малой массы электроны легко отклоняются даже относительно слабыми электрическими и магнитными полями. А это открывает широкие возможности в области генерирования, усиления и измерения электрических сигналов. Электронные приборы очень компактны, относительно просты, а их возможности поистине безграничны! Различные виды связи, управления сложными технологическими процессами, математические вычисления, аэро- и астронавигация — вот далеко не полный перечень отраслей техники, в которых широко применяются электронные приборы. Но вернемся к ядерной физике.
Регистрацию излучений можно проводить и без электроники, например с помощью фотопластинок, камер Вильсона, диффузионных и пузырьковых камер. Но при ядерно-физических исследованиях работа с электрическими сигналами позволяет получить и обработать большое количество информации в минимальные сроки и при минимальном участии экспериментатора. В самом деле, для того чтобы узнать что-либо о частицах, попавших в фотоэмульсию, пластинки нужно про-экспонировать, потом проявить, высушить, а затем, напрягая зрение, долго просматривать под микроскопом. И не просто просматривать, а измерять каждый след с помощью микро-
96
метрической шкалы. Для получения информации о явлениях, происходящих в камере Вильсона, необходимо сделать серию снимков стереоскопическим фотоаппаратом, обработать пленки, а затем произвести измерения сфотографированных следов специальными оптическими приборами — стереокомпараторами, позволяющими находить истинную длину следов, не лежащих в плоскости снимков. А так как при обычном эксперименте приходится обрабатывать сотни, тысячи и десятки тысяч событий, можно себе представить, сколь трудоемки эти измерения.
В то же время электрические сигналы от детекторов могут обрабатывать сами приборы. Экспериментатору остается только собрать нужную ему цепь электронных приборов, включить их в сеть и нажать кнопку "пуск", после чего он может даже уйти, а его установка будет сама регистрировать и анализировать поступающие на нее импульсы. Специальные приборы по приходящим на них импульсам могут вычислить искомую физическую величину, вычертить график исследуемого процесса, а заодно определить и возможную погрешность эксперимента. Для того чтобы все это осуществить, необходимо поступающие от детектора импульсы считать, измерять их амплитуду, длительность, форму и т. д. Совершенно очевидно, что обычные электротехнические приборы — вольтметры, амперметры и т. д. — для этой цели непригодны, так как импульсы от детекторов излучения настолько коротки, что стрелки таких приборов просто не будут успевать отклоняться. Можно искусственно удлинить импульсы, но это не выгодно, ибо продолжительные импульсы будут накладываться друг на друга, что исказит наблюдаемую картину. В таком положении могла помочь только электроника. Поэтому ни одна современная лаборатория не обходится без электронных приборов — незаменимых помощников физиков-экспериментаторов. Дальше мы увидим, что в ряде случаев электронные приборы действительно незаменимы и многие важнейшие открытия можно было сделать только благодаря им. Что же это за приборы и как они рабсн-тают?
ПРИБОРЫ
ЯДЕРНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Приборы ядерной электроники и по внешнему виду, и по внутреннему устройству очень напоминают обычные радиоприемники и телевизоры. Их основными элементами также являются радиолампы, полупровод-
