Új Ifjúság, 1988 (36. évfolyam, 1-52. szám)
1988-01-13 / 2. szám
új ifjúság 10 Sugárzásdetektorok A láthatatlant „látó“ műszerek Felfedezése éta a radioaktív rugárzás a tudósok legjobbjait foglalkoztatta. Ezek a sugarak az emberi érzékszervekkel közvetlenül érzékelhetetlenek, ezért is tartott olyan sokáig, amíg felfedeztük őket, és ezért is idegenkedünk néha még ma is, ha radioaktív sugárzásról hallunk. Ami pedig érzékelhetetlen, az misztikus, és a misztikustól való félelem az emberi természet sajátja. Manapság már a magfizikai és részecskefizikai technika külön ága foglalkozik a közvetlenül nem érzékelhető sugárzások észlelésével, az egyre újabb és újabb sugárérzékelők, detektorok fejlesztésével. A rádiumot felfedező Curie házaspár elbűvölten figyelte, hogy a rádium sugárzása más testeket látható fény kibocsátására, lumi- neszkálásra késztet. Nem sokkal később Crokes észrevette, hogy a rádiumdarabka közelében lévő cinkszulfid ernyő világítása nem egyenletes: milliónyi mikroszkópos felvillanásból tevődik össze. Ezek a felvillanások teszik láthatóvá a közvetlenül láthatatlan sugárzást. Ezen az úton indult el a szcintillációs detektorok fejlődése. Kezdetben csak szabad szemmel érzékelték ezeket a villanásokat — fénytől elzárt laboratóriumokban a sötétséghez szoktatott szemmel. Az elektrotechnika fejlődése kiszabadította a sötétségből a kutatókat, mert olyan eszközöket hozott létre, amelyek még ezt a hallatlanul gyenge fényt is érzékelték. Ilyen eszköz a fotoelekt- ron-sokszorozó. Elve egyszerű: a szcintilláló anyagokban a sugárzás gerjesztette fotonok alkáli fémfelületbe ütközve elektronokat ütnek ki. Ezeket az elektronokat elektromos térben felgyorsítják és újabb fémelektródba ütköztetik: a becsapódó elektron, másodlagos elektronokat vált ki a fémből. Ezeket újra felgyorsítják, újra ütköztetik, s így egyre több másodlagos elektron lép ki. Ez többször is megismételhető. Végül a kezdetben kiváltott egykét elektron már makroszkóposán is észlelhető áramlökőst hoz létre, amelyet elektronikus egységek megszámlálhatnak és elemezhetnek. A fényt nem csak a szcintillá- ció szolgáltathatja. 1934-ben Cse- renkov szovjet fizikus észrevette, hogy elektromos töltésű részecskék különleges fénysugárzást bocsátanak ki, ha valamilyen közegben gyorsabban haladnak, mint a fény. (Ez lehetséges, hiszen az einsteini relativitáselmélet szerint a mozgó testek sebessége csak a vákuumbeli fénysebességet nem érheti el, annyi közegben a fény az ismert értéknél lassabban halad.) A száguldó töltések a Cserenkov- rugárzást kúp alakban bocsátják ki, hasonlóan ahhoz, mint ahogyan a vízben haladó hajó fejhullámai terjednek. A kúp nyílásszögéből meghatározható a részecske sebessége is. A fotoelekt- ron-sokszorozókkal felszerelt Cse- renkov-detektorok a mai részecske- és asztrofizika elengedhetetlen kellékei. A fotoelektron-sokszorozók a kozmikus sugárzás kutatásában is nagyon fontosak. Az amerikai Utah egyetem hatalmas „rovarszemet“ épített. Mintha óriások szórtak volna szét irdatlan méretű konzervdobozokat Utah állam déli részének elhagyott hegyén: a hordókban tükrök gyűjtik össze az éjszakai égbolt fényeit az érzékeny fotoelektron-sokszorozók- ra. Nem csiliagfényt keresnek, hanem azokat a gyenge felvillanásokat, amelyeket az elsődleges kozmikus részecskék okoznak, amikor a világűrből a Föld légkörébe jutnak, s fény kibocsátására késztetik az atomokat. Nem könnyű kiszűrni a kozmikus részecskék jeleit az éjszaka fényei közül. Zavaróan hat a csillagfény, a villámlás és az apróbb kisülések fénye, még a szentjánosbogár is, nem beszélve az .emberi fényszennyezésről: a repülőgépekről, a városok visszfényéről vagy egy egy parázsló hamuszemcse fényéről. Ezeket több kilométerre Is elsodorhatja a szél. A több mint 900 elektronsokszorozó jeleit központi számítógép dolgozza fel, és válogatja ki közülük azokat, amelyek igazán érdekesek. A rovarszem képei között sok van, amely hosszú egyenes nyommal indul, majd szétágazik, és végül ágas-bogas fához hasonlít. Ezek a kozmikus záporok nyomai. Még érdekesebbek azok a nagyon gyenge, de nagyon irányított fényforrásra utaló Jelek, amelyeket csak egyetlen elektronsokszorozó észlel. Ilyenkor valószínűleg a világűr nagy energiájú sugárzása következtében létrejövő erősen irányított Cserenkov-sugárzás éri el a detektort. A rovarszemmel tehát éppenúgy rá lehet találni a nagy energiájú sugárzás forrására, mint az optikai távcsövekkel a csillagokra. A rovarszem máris felfedezett az égen néhány, nagy energiájú gammasugarakat küldő objektumot. Ezek — összhangban az asztrofizikai elméletekkel — pulzárok vagy szupernóva-maradványok lehetnek. Nemcsak fény közvetítésével lehet észlelni a láthatatlan sugárzásokat. Az anyagban haladó sugárzás energiát ad le, és a leadott energia ionizálhatja az anyag atomjait, molekuláit. (Az emberi szervezetre is éppen ez az ionizáló hatás a veszélyes.) Az ionizáció során pozitív és negatív elektromos töltések válnak szét, azaz szabad töltéshordozók jön- nel$ létre. Ha ezek a töltések az anyagra kapcsolt feszültség hatására mozogni kezdenek, az anyagban áramlökés indul, vagyis a láthatatlan sugárzás észlelhető áramlökést okoz. Ezt a jelenséget hasznosították a század elején általánosan elterjedt ionizációs kamrák és továbbfejlesztett változatuk, a Gei- ger-Müller-féle számlálócsövek éppúgy, mint napjainkban a részecskegyorsítók mellé telepített hatalmas méretű, sokszálas szikraszámlálók és drift kamrák. Alapelvüket tekintve nem sokban különbözik ettől a félvezető detektorok működése sem, ahol a töltésszétválás (záróirányban előfeszített) félvezető dióda kristály- szerkezetében megy végbe, és az ionizáló sugárzás ugyancsak áramlökést okoz. Ezáltal a sugárzás nemcsak észlelhető, hanem az áramlökések elemzéséből pontosan meghatározható az energiája is. A félvezető detektor ma már nemcsak a tudományos kutatásban, hanem az iparban is a sugárzásmérés egyik legfontosabb eszköze. A világűrből Jövő sugárzás vizsgálatára napjainkban a műholdak kínálnak új lehetőséget. Még a Challenger űrrepülőgép Juttatta pályára 1985 júliusában a „chicagói tojásnak“ becézett űrszondát. A chicagói asztrofizikusok tojás alakú űrszondájukban három különböző típusú detektort építettek. A tojás két végére, nagy félgömbszerű búrába neon és szén-dioxid gázkeverékkel töltött Cserenkov-detektorok kerültek. Ezek mérik az 50 és 150 milliárd elektrovolt energiájú elektromos töltésű részecskéket. A Cserenkov-detektorok alatt, a tojás közepe felé szcintilláló műanyag rétegek következnek, amelyek felvillannak, valahányszor nagy energiájú részecskék érik őket. Ezeket a felvillanásokat a műanyag rétegeket körülvevő fény- érzékeny fotoelektron-sokszorozók figyelik meg. Az igazi újdonság azonban a tojás közepén elhelyezkedő harmadik réteg, a nagyon nagy energiájú részecskék érzékelésére alkalmas átmenetisugárzás-detek- tor. Átmeneti sugárzás keletkezik, ha nagy eneriájú elektromos töltésű részecskék különböző elektromos tulajdonságú anyagok határán lépnek át. Ez nagyon gyenge, ezért több tlzezerszer kellene a részecskéknek áthaladniuk a különböző elektromos tulajdonságú rétegeken ahhoz, hogy érzékelhető nagyságúra erősödjön fel. Ennek megfelelően a chicagói fizikusok először mintegy tízezer, egymástól alig háromszázad milliméter távolságra elhelyezett műanyag hártyát akartak beépíteni a tojásba. Ma sem tudja senki, hogy az űrrepülőgép indításakor jelentkező remegéseket, lökéseket ez az elrendezés elviselhette volna-e károsodás nélkül, mert — mint annyiszor a tudomány történetében — a véletlen közbeszólt. Az egyik kutató síkabátja kiszakadt és kibújt belőle a hőszigetelő műanyag gyapot. Rögtön megvizsgálták, és kiderült, hogy ez az anyag is kiváló tulajdonságú az átmeneti sugárzás detektálására. Így végül a tojásba ilyen műgyapotból szőtt, kevésbé érzékeny rétegek kerültek. A rétegekből kilépő átmeneti sugárzást a közéjük helyezett ionizációs számlálók érzékelik. Ezek a számlálók nyolcszögletű vékony keretek, amelyekben — mint a húrok a hárfában — 200, a hajszálnál is vékonyabb szél van kifeszítve. A kereteket vékony fóliák zárják le és xenon- hélium-metán gázkeverékkel töltik meg. Amikor a műgyapot rétegből érkező átmeneti sugárzás eléri a keretet, elektromos kisülés indul meg, amelynek segítségével nemcsak a kozmikus részecske energiája, hanem pontos pályája is meghatározható.. Az emberi érzékszerveket kisegítő detektoroknak nagyon sok típusa létezik már. Csaknem valamennyi ismert sugárzás érzékelésére megszülettek a különösen érzékeny detektorok. A kutatók azonban olyan új részecskék jelenlétét is észlelni kívánják, amelyeknek tulajdonságait még nem is ismerik. Az új észlelési eljárás alapgondolata az, hogy bármilyen részecske lép kölcsönhatásba az anyaggal, az anyagnak átadott energia előbb vagy utóbb hővé alakul, s az anyagot melegíti. Ez a hőmérséklet-változás általában kimondhatatlanul csekély. Ha azonban „szupravezető hőmérőt“, azaz túlfűtött (óvatosan éppen az átalakulási hőmérséklet fölé melegített) szupravezetőt használnak, akkor már nagyon kis további felmelegedésre is normál vezetővé alakul át a szupravezető, s ez az ugrásszerű változás már makroszkóposán is jól érzékelhető. Ilyen típusú detektorokkal eddig ismeretlen, nagy tömegű és nagy energiájú kozmikus részecskéket kereshetnek majd különösen jól. Hosszú út vezetett Curie-éK hangárjától az óriási drift kamrákig, a rovarszemig vagy a chicagói tojásig. A detektorépítők ma sem pihennek, és munkájuk eredményeképpen világunk egyre újabb, korábban érzékelhetetlen csodái tárulnak fel előttünk. A Delta nyomán Cserenkov-szSmláló, ahogyan a ■ nagy sebességű részecskék „látják" a Fermilab egyik kfsérletében. A detektor közepén lévő vékony résen át távoznak a részecskék, az általuk kibocsátott fényt két vékony, tttkrözfi fólia vetíti a detektor két oldalán elhelyezkedő 34 fénygyűjtő kúpra és a mögöttük megbúvó fotoelektron-aokszorozókra. A Cserenkov-számlálö a részecskefizikusok nélkülözhetetlen eszköze, segítségükkel fedezték fel például az antiprotont Az átmeneti-sugárzás detektor a chicagói tojásnak keresztelt űrszonda forradalmian új egysége. A detektor szcintilláló anyaga műgyapot. A po- Uolefin szálakból szőtt rétegek nyolsszögfelületű oszlopai fölött fotoelektron-sokszorozók „figyelik“ a felvillanásokat, amelyeket a nagy energiájú kozmikus részecskék keltenek az oszlopban. Nyolcvanéves taxi A hazai taxisok talán nem is tudták, hogy szeptember végén jubileumuk volt. A Mladá Boleslav-i Laurint és Element autógyár nyolcvan évvel ezelőtt, 1907-ben állította Prágában üzembe első bérautóit. Az Osztrák — Magyar Monarchia területén ez volt a taxiszolgálat kezdete. Az európai elsőséget azonban Párizs tartja. A francia fővárosban már a múlt század utolsó évében megjelentek az első taxik. Csupán az érdekesség kedvéért említjük, hogy Prágában a Fővárosi Közlekedési Vállalat üzemeltetésében Jelenleg 1350 személy és 200 tehertaxl közlekedik. Titokzatos teflon Háziasszonyaink lassan megszokják a teflon borítású edényeket. Különösen áldják ezt a találmányt a szórakozot- tak, akik általában odaégetik a sülteket, de nem kevésbé azok, akik szigorú diétára kényszerültek, nekik valóságos áldás olaj vagy zsiradék nélkül elkészíteni a sülteket. Nálunk egyedül a Mechanika Praha gyártja — a Du Pont cég szabadalma alapján — ezeket az edényeket. Eddig három méretben készültek a különleges borítású edények, de már a napokban forgalomba kerül egy újabb, kisebb serpenyő. Az edényeket Prága külkerületében, Horni Poöernicében gyártják. Az edények titkát azonban hiába próbálnánk a helyszínen megfejteni, mert a 28, legfeljebb 35 mikron vastagságú különleges teflonborítás titkát a Du Pont cég szigorúan őrzi. A Mechanika már kész teflonborítással kapja végső kiképzésre a kör alakú lemezeket. Denevérvédelem Hazánkban mind a huszonnégy denevérfajta védett élőlény. Némely tar tózkodásl helyüket védett területté nyilvánítottuk. 1948-től, amikor elkezdtük a különös emlős madarak rendszeres megfigyelését, mintegy 60 ezer egyedet gyűrűztünk, hogy jobban tanulmányozhassuk a szokásaikat, előfordulásukat. Ennek révén rengeteg Ismeretet szereztünk az életükről. Többek között ezeket a kérdéseket is taglalta legutóbb Prágában a denevérek megfigyelésével foglalkozó tudósok 4. nemzetközi szimpóziuma. Együnk burgonyát Csehszlovákia minden egyes polgára átlagban 80 kiló burgonyát fogyaszt évente. Ez a látszólag nagy mennyiség, de még így Is tizenhat kilóval kevesebb, mint amennyit a szakemberek az egészséges táplálkozásként ajánlanak. Nem lebecsülendő tény, hogy burgonyával fedezzük szervezetünk C-vita- minszükségletének egytizedét. A mé- szen és a A-vitaminon kívül a burgonya is biológiailag aktív hatóanyagok fontos forrása. Mi következik ebből? Együnk több burgonyát. P. V.
