Техника - молодёжи 1975-02, страница 14

ся с этой задачей его ближайший собрат — позитрон, отличающийся от электрона лишь знаком электрического заряда. Сотни статей, множество обзоров и монографий посвящены разработке и применению позитронного метода. В нашей стране успешно работает целая научная школа, заложившая фундамент физической химии позитрония. Достойными преемниками ее творческих традиций явились молодые ученые ~ Иван Бардышев, Александр Бучихин, Ольга Колдаева, Борис Соболев и Александр Татур, использовавшие позитроны для изучения ряда проблем физики твердого тела и материаловедения.

Судьба любого позитрона, попавшего в какое-либо вещество, фатально предрешена. Не пройдет и

известной нам поваренной соли, то есть хлористого натрия, состоит из положительных ионов натрия и отрицательных ионов хлора, чередующихся в определенном порядке. В природе не найти идеального кристалла. Часть ионов, хотя и незначительная, не занимает отведенных им мест. В стройном, ажурном здании кристаллической решетки, как правило, зияют «пустоты». Если в таком кристалле окажется свободный электрон, он займет место отсутствующего иона хлора и скомпенсирует недостаток отрицательного электрического заряда в данном узле кристаллической решетки. Точно так же позитрон может заменить недостающий положительный ион натрия. Но случается и такое, что, встретив электрон, исполняющий в кристалле обязанности иона

Подобным методом были исследованы кристаллы галогенидов серебра. Как известно, эти светочувствительные вещества составляют основу современной фотографической техники. В процессах образования и фиксирования изображения непосредственно участвуют упомянутые выше дефекты кристаллической решетки. Позитроны позволяют обнаруживать такие дефекты, даже если они составляют лишь десятимиллионную долю от общего числа атомов в кристалле. Поставщиком позитронов служил радиоактивный изотоп натрия с атомным весом 22. Распадаясь, его атомы испускают одновременно позитроны и гамма-кванты. Последние улавливаются счетчиком. Так отмечается рождение позитронов на точнейшем «хронометре» с ценой деления в одну

нескольких десятимиллиардных долей секунды, как он столкнется с электроном, и «микровзрыв» аннигиляции превратит обе частицы в кванты жесткого электромагнитного излучения, называемые гамма-квантами. Но иногда, пользуясь тем, что заряд его положителен, позитрон «прикидывается» протоном, тяжелым ядром атома водорода. Не замечая обмана, электрон охотно занимает место на уготованной ему орбите вокруг «мнимого ядра». Так образуется подобие атома водорода, на самом деле в 919 раз более легкое. Этот наилегчайший в природе атом называют позитронием Благодаря такой уловке срок жизни позитрона продлевается уже до миллиардной доли секунды. По сравнению со свободным позитроном он настоящий долгожитель. Эта разница в сроках жизни была использована молодыми исследователями для изучения дефектов кристаллической структуры.

Каждый ионный кристалл сложен из взаимно притягивающихся ионов противоположного знака. Например, кристаллическая решетка хорошо

хлора, позитрон образует с ним нечто вроде атома позитрония. Таким образом, в ионном кристалле позитроны аннигилируют сразу с трех исходных позиций: как свободные частицы, как заместители положительных ионов и как компоненты позитрониевоподобных образований. Каждый тип аннигиляции определяет свое время жизни позитронов. Самое короткое существование у свободного позитрона. В общем временном спектре ему соответствует компонента длительностью в две десятимиллиардные доли секунды. С позитроном — заместителем положительного иона связана компонента в пять десятимиллиардных долей секунды. Самым долго-живущим оказался позитрон, скооперировавшийся с электроном-заместителем. Ему приписывают компоненту, растянувшуюся на целую миллиардную долю секунды. Снимая временный спектр и раскладывая его на составные части, можно не только судить о наличии тех или иных нарушений кристаллического порядка, но и подсчитать их концентрацию.

На рисунке справа:

Если неподвижный позитрон аннигилирует с неподвижным электроном, образующиеся при этом два гамма-кванта разлетаются в прямо противоположные стороны. Но если микрочастицы двигались перед встречей, их количество движения передается гамма-квантам, которые разлетаются уже под углом, отличным от 180°. Два подвижных счетчина, устанавливаемые под различными углами к камере, где происходит аннигиляция, подсчитывают число совпадающих по времени гамма-квантов.

Получаемая кривая углового распределения гамма-квантов не менее тонкий показатель условий аннигиляции, чем временной спектр позитронов. Если аннигилируют свободные электроны и позитроны, в угловом спектре появляется «широкая» компонента с углом разлета гамма-квантов примерно в 10 миллирадиан. Если позитроны захвачены дефектами кристаллической решетки, угловой спектр заметно сужается. Аннигиляция атомов позитрония дает еще более узкую компоненту — около 2 миллирадиан.

А-центр

/ счетчики< гамма-квантов

сяема

совпадения

12