приборы для регистрации нейтронов. Действие Н. д. основано на регистрации вторичных частиц, образующихся в результате взаимодействия нейтронов с атомными ядрами. Для регистрации медленных нейтронов (См. Медленные нейтроны) используются ядерные реакции расщепления лёгких ядер под действием нейтронов [¹⁰В (n, α) ⁷Li, ⁶Li (n, α) ³H и ³He (n, p)¹H] с регистрацией α-частиц и протонов; деления тяжёлых ядер с регистрацией осколков деления (см. Ядра атомного деление); Радиационный захват нейтронов ядрами (n, γ) с регистрацией γ-квантов, а также возбуждения искусственной радиоактивности. Для регистрации α-частиц, протонов и осколков деления применяются ионизационные камеры (См. Ионизационная камера) и пропорциональные счётчики (См. Пропорциональный счётчик), которые заполняют газообразным BF₃ и др. газами, содержащими В или ³H, либо покрывают их стенки тонким слоем твёрдых В, Li или делящихся веществ. Конструкция и размеры таких камер и счётчиков разнообразны. Пропорциональные счётчики могут достигать 50 мм в диаметре и 2 м длины (СНМ-15). Наибольшей эффективностью к тепловым нейтронам обладают Н. д., содержащие ¹⁰B или ³He. Для регистрации медленных нейтронов используются также сцинтилляционные счётчики (См. Сцинтилляционный счётчик) (на кристаллах Lil с примесью Eu, на сцинтиллирующих литиевых стеклах, либо смеси борсодержащих веществ и сцинтиллятора ZnS). Эффективность регистрации тепловых нейтронов в этом случае может достигать 40-60\%. В Объединённом институте ядерных исследований (См. Объединённый институт ядерных исследований) создан сцинтилляционный Н. д., в котором регистрируются акты радиационного захвата. Он предназначен для нейтронов с энергией до 10 кэв и имеет эффективность - 20-40\%.

Эффективность регистрации быстрых нейтронов перечисленными детекторами в сотни раз меньше, поэтому быстрые нейтроны предварительно замедляют в парафиновом блоке, окружающем Н. д. (см. Замедление нейтронов). Специально подобранные форма и размеры блоков позволяют получить практически постоянную эффективность регистрации нейтронов в диапазоне энергии от нескольких кэв до 20 Мэв (всеволновой счётчик). При непосредственном детектировании нейтронов с энергиями Нейтронные детекторы 100 кэв обычно используется упругое рассеяние нейтронов в водороде или гелии или регистрируются ядра отдачи. Так как энергия последних зависит от энергии нейтронов, то такие Н. д. позволяют измерять энергетический спектр нейтронов. Сцинтилляционные Н. д. также могут регистрировать быстрые нейтроны по протонам отдачи в органических и водородсодержащих жидких сцинтилляторах. Некоторые тяжёлые ядра, например ²³⁸U и ²³²Th, делятся только под действием быстрых нейтронов. Это позволяет создавать пороговые Н. д., служащие для регистрации быстрых нейтронов на фоне тепловых.

Для регистрации продуктов ядерных реакций нейтронов с ядрами В и Li, протонов отдачи и осколков деления используются также ядерные фотографические эмульсии (См. Ядерная фотографическая эмульсия). Этот метод особенно удобен в дозиметрии (См. Дозиметрия), так как позволяет определить суммарное число нейтронов за время облучения. При делении ядер энергия осколков столь велика, что они производят заметные механические разрушения. На этом основан один из способов их обнаружения: осколки деления замедляются в стекле, которое затем травится плавиковой кислотой; в результате следы осколков можно наблюдать под микроскопом.

Возбуждение искусственной радиоактивности под действием нейтронов используется для регистрации нейтронов, особенно при измерениях плотности потока нейтронов, так как число распадов (активность) пропорционально потоку нейтронов, прошедшему через вещество (измерение активности можно производить после прекращения облучения нейтронами). Существует большое количество различных изотопов, применяемых в качестве радиоактивных индикаторов нейтронов разных энергий E. В тепловой области энергий наибольшее распространение имеют ⁵⁵Mn, ¹⁰⁷Ag, ¹⁹⁷Au: для регистрации резонансных нейтронов применяют ⁵⁵Mn (E = 300 эв), ⁵⁹Co (E =100 эв), ¹⁰³Rh, ¹¹⁵In (E = 1,5 эв), ¹²⁷I (E = 35 эв), ¹⁰⁷Ag, ¹⁹⁷Au (E = 5 эв). В области больших энергий используют пороговые детекторы ¹²C (E = 20 Мэв), ³²S (E = 0,9 Мэв) и ⁶³Cu (E = 10 Мэв) (см. Нейтронная спектроскопия).

Лит.: Аллен В. Д., Регистрация нейтронов, пер. с англ., М., 1962; Власов Н. А., Нейтроны, 2 изд., М., 1971.

Б. Г. Ерозолимский, Ю. А. Мостовой.

звезда, в основном состоящая из нейтронов. Нейтрон - это нейтральная субатомная частица, одна из главных составляющих вещества. Гипотезу о существовании нейтронных звезд выдвинули астрономы В.Бааде и Ф.Цвикки сразу после открытия нейтрона в 1932. Но подтвердить эту гипотезу наблюдениями удалось лишь после открытия пульсаров в 1967. См. также ПУЛЬСАР
.

Нейтронные звезды образуются в результате гравитационного коллапса нормальных звезд с массами в несколько раз больше солнечной. Плотность нейтронной звезды близка к плотности атомного ядра, т.е. в 100 млн. раз выше плотности обычного вещества. Поэтому при своей огромной массе нейтронная звезда имеет радиус всего ок. 10 км.

Из-за малого радиуса нейтронной звезды сила тяжести на ее поверхности чрезвычайно велика: примерно в 100 млрд. раз выше, чем на Земле. От коллапса эту звезду удерживает "давление вырождения" плотного нейтронного вещества, не зависящее от его температуры. Однако если масса нейтронной звезды станет выше примерно 2 солнечных, то сила тяжести превысит это давление и звезда не сможет противостоять коллапсу. См. также ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС
.

У нейтронных звезд очень сильное магнитное поле, достигающее на поверхности 1012-1013 Гс (для сравнения: у Земли ок. 1 Гс). С нейтронными звездами связывают небесные объекты двух разных типов.

Пульсары (радиопульсары). Эти объекты строго регулярно излучают импульсы радиоволн. Механизм излучения до конца не ясен, но считают, что вращающаяся нейтронная звезда излучает радиолуч в направлении, связанном с ее магнитным полем, ось симметрии которого не совпадает с осью вращения звезды. Поэтому вращение вызывает поворот радиолуча, периодически направляющегося на Землю.

Рентгеновские двойные. С нейтронными звездами, входящими в двойную систему с массивной нормальной звездой, связаны также пульсирующие рентгеновские источники. В таких системах газ с поверхности нормальной звезды падает на нейтронную звезду, разгоняясь до огромной скорости. При ударе о поверхность нейтронной звезды газ выделяет 10-30% своей энергии покоя, тогда как при ядерных реакциях этот показатель не достигает и 1%. Нагретая до высокой температуры поверхность нейтронной звезды становится источником рентгеновского излучения. Однако падение газа не происходит равномерно по всей поверхности: сильное магнитное поле нейтронной звезды захватывает падающий ионизованный газ и направляет его к магнитным полюсам, куда он и падает, как в воронку. Поэтому сильно нагреваются только районы полюсов, которые на вращающейся звезде становятся источниками рентгеновских импульсов. Радиоимпульсы от такой звезды уже не поступают, поскольку радиоволны поглощаются в окружающем ее газе.

Состав. Плотность нейтронной звезды растет с глубиной. Под слоем атмосферы толщиной всего несколько сантиметров находится жидкая металлическая оболочка толщиной несколько метров, а ниже - твердая кора километровой толщины. Вещество коры напоминает обычный металл, но гораздо плотнее. В наружной части коры это в основном железо; с глубиной в его составе увеличивается доля нейтронов. Там, где плотность достигает ок. 4?1011 г/см3, доля нейтронов увеличивается настолько, что некоторые из них уже не входят в состав ядер, а образуют сплошную среду. Там вещество похоже на "море" из нейтронов и электронов, в которое вкраплены ядра атомов. А при плотности ок. 2?1014 г/см3 (плотность атомного ядра) вообще исчезают отдельные ядра и остается сплошная нейтронная "жидкость" с примесью протонов и электронов. Вероятно, нейтроны и протоны ведут себя при этом как сверхтекучая жидкость, подобная жидкому гелию и сверхпроводящим металлам в земных лабораториях.

При еще более высоких плотностях в нейтронной звезде образуются наиболее необычные формы вещества. Может быть, нейтроны и протоны распадаются на еще более мелкие частицы - кварки; возможно также, что рождается много пи-мезонов, которые образуют так называемый пионный конденсат. См. также ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ; СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ; СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ.

одна из возможных конечных стадий эволюции звёзд большой массы; вещество нейтронной звезды состоит из Нейтронов с малой примесью электронов, протонов и более тяжёлых ядер. На возможность существования Н. з. впервые указал Л. Д. Ландау (1932) сразу же после открытия нейтрона (Дж. Чедвик, 1932). В 1934 американские астрономы У. Бааде и Ф. Цвикки предположили, что Н. з. могут образовываться при вспышках сверхновых звёзд (См. Сверхновые звёзды). Из теории эволюции звёзд следует, что у массивных звёзд на стадии почти полного "выгорания" ядерного горючего в их центральной области может произойти катастрофически быстрое гравитационное сжатие - гравитационный коллапс (см. Коллапс гравитационный). При коллапсе плотность вещества возрастает настолько, что достигается состояние, когда нейтроны становятся устойчивее протонов. В этих условиях происходит превращение протонов и стабильных атомных ядер в нейтроны и атомные ядра с избытком нейтронов (нейтронизация вещества). Для такого процесса необходимы плотности ρ ≥ 10¹⁰ г/см³. При плотностях ρ ≥ 10¹² г/см³ и температурах Т ≤ 10¹⁰ К, характерных для Н. з., вещество представляет собой вырожденный нейтронный газ (см. Вырожденный газ). Механическое равновесие Н. з. связано с компенсацией сил тяготения давлением вырожденного газа нейтронов. Для равновесного устойчивого состояния Н. з. характерны следующие параметры (в среднем): масса Нейтронные звёзды 2․10³³ г, т. е. равна массе Солнца , радиус R Нейтронные звёзды 2․10⁶ см = 20 км ( = 7․10¹⁰ см), плотность ρ Нейтронные звёзды 2․10¹⁴ г/см³ (= 1,4 г/см³); давление р Нейтронные звёзды 10³³-10³⁴ дин/см²; минимальный период вращения 10^-3 сек. Магнитное поле Н. з. достигает Нейтронные звёзды 10¹² гс (среднее магнитное поле Солнца Нейтронные звёзды 1 гс). Средняя плотность Н. з. близка к ядерной плотности вещества или даже превосходит её, поэтому строение и свойства Н. з. обусловлены в значительной мере ядерными силами (См. Ядерные силы). Кроме того, для Н. з. характерна большая величина гравитационной энергии связи (См. Энергия связи) (Нейтронные звёзды 10⁵³ эрг), что приводит к появлению существенных поправок к ньютоновской теории тяготения, следующих из общей теории относительности (см. Тяготение). Учёт этих двух факторов имеет принципиальное значение при расчёте внутреннего строения Н. з. Из расчётов следует, что теоретически ожидаемая масса Н. з. ЖЛ заключена в пределах 0,05 , где , причём разброс вычисленных значений обусловлен трудностями в учёте действия ядерных сил. Большинство существующих теорий связывает образование Н. з. со вспышками сверхновых звёзд, так как гравитационный коллапс звезды при определённых условиях сопровождается мощным взрывом, выбрасывающим в пространство внешние слои звезды. Н. з. были открыты в 1967 по пульсации их радиоизлучения (эти звёзды назвали пульсарами (См. Пульсары)), причём ряд пульсаров определенно связан с остатками сверхновых (в частности, пульсар PSR 0532 в Крабовидной туманности (См. Крабовидная туманность)).

Лит.: Дайсон Ф., Тер Хаар Д., Нейтронные звёзды и пульсары, пер, с англ., М., 1973; Тейлер Р., Строение и эволюция звёзд, пер. с англ., М., 1973; Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Теория тяготения и эволюция звёзд, М., 1971.

В. С. Имшенник.

прибор для регистрации заряженных частиц и γ-квантов, в котором используется Черенкова-Вавилова излучение. Если заряженная частица движется в среде со скоростью υ, превышающей фазовую скорость света для данной среды (c/n, n - показатель преломления среды, с - скорость света в вакууме), то частица испускает черенковское излучение. Последнее происходит в определённом направлении, причём угол ϑ между направлением излучения и траекторией частицы связан с υ и n соотношением:

cos ϑ = c/ υn = 1/βn (β = υ/c). (1)

Интенсивность N черенковского излучения на 1 см пути в интервале длин волн от λ₁ до λ₂ выражается соотношением:

. (2)

Здесь Z - заряд частицы (в единицах заряда электрона).

В отличие от сцинтилляционного счётчика (См. Сцинтилляционный счётчик), где регистрируются частицы с любой скоростью, а излучение изотропно и запаздывает во времени, в Ч. с. свет излучается только частицами, скорости которых υ ≥ c/n (β ≥ 1/n), причём излучение происходит одновременно с их прохождением и под углом ϑ к траектории частицы. С ростом скорости частицы (надпороговой) растут угол ϑ и интенсивность излучения. Для предельных скоростей, близких к скорости света [(1―β) << 1], угол ϑ достигнет предельного значения:

ϑ_макс = arccos (1/n). (3)

Количество света, излучаемое в Ч. с., как правило, составляет неск. \% от светового сигнала сцинтилляционного счётчика.

Основные элементы Ч. с.: радиатор (вещество, в котором υ > с/n), оптическая система, фокусирующая свет, и один или несколько фотоэлектронных умножителей (См. Фотоэлектронный умножитель) (ФЭУ), преобразующих световой сигнал в электрический (см. рис.). Радиаторы изготавливают из твёрдых, жидких и газообразных веществ. Они должны быть прозрачны к черенковскому излучению и иметь низкий уровень сцинтилляции, создающих фоновые сигналы. Стандартные материалы радиаторов: органическое стекло (n = 1,5), свинцовое стекло (n = 1,5), вода (n = 1,33).

Ч. с. получили широкое применение в экспериментах на ускорителях заряженных частиц (См. Ускорители заряженных частиц), т.к. они позволяют выделять частицы, скорость которых заключена в определённом интервале. С ростом энергии ускорителей и, следовательно, с ростом энергии частиц особенно широкое применение получили газовые Ч. с., обладающие способностью выделять частицы ультрарелятивистских энергий, для которых (1- β) << 1. Угол излучения ϑ в газе очень мал, мала и интенсивность излучения на единицу пути. Чтобы получить вспышку света, достаточную для регистрации, приходится увеличивать длину газовых Ч. с. до 10 м и более. В газовых Ч. с. можно плавно менять показатель преломления, изменяя давление рабочего газа.

Ч. с. существуют 3 типов: пороговые, дифференциальные и счётчики полного поглощения. Основными характеристиками первых 2 типов Ч. с. являются эффективность регистрации и разрешающая способность по скорости частиц, т. е. способность счётчика разделять две частицы, двигающиеся с близкими скоростями. Пороговый Ч. с. должен регистрировать все частицы со скоростями, большими некоторой (пороговой), поэтому оптическая система такого Ч. с. (комбинация линз и зеркал) должна собрать, по возможности, весь излученный свет на катод ФЭУ.

Дифференциальные Ч. с. регистрируют частицы, движущиеся в некотором интервале скоростей от υ₁ до υ₂. В традиционных дифференциальных Ч. с. это достигается выделением оптической системой света, излучаемого в интервале соответствующих углов от ϑ₁ до ϑ₂. Линза или сферическое зеркало, помещенное на пути черенкового света, фокусирует свет, излученный под углом ϑ, в кольцо с радиусом

R = fϑ, (4)

где f ― фокусное расстояние линзы или зеркала. Если в фокусе системы поместить щелевую кольцевую диафрагму, а за диафрагмой один или несколько ФЭУ, то в такой системе свет будет зарегистрирован только для частиц, излучающих свет в определённом интервале углов. В дифференциальных Ч. с. с прецизионной оптической системой можно выделить частицы, скорость которых отличается всего на 10^―6 от скорости др. частиц. Такие Ч. с. требуют особого контроля давления газа и формирования параллельного пучка частиц.

Ч. с. полного поглощения предназначены для регистрации и спектрометрии электронов и γ-квантов. В отличие от рассмотренных Ч. с., где частица теряла в радиаторе ничтожно малую долю энергии, Ч. с. полного поглощения содержит блок радиаторов большой толщины, в котором электрон или γ-квант образует электронно-фотонную лавину и теряет всю или большую часть своей энергии. Как правило, радиаторы в этом случае изготавливают из стекла с большим содержанием свинца. В радиаторе из такого стекла, например толщиной 40 см, может практически полностью тормозиться электрон с энергией до 10 Гэв. Количество света, излучаемого в Ч. с. полного поглощения, пропорционально энергии первичного электрона или γ-кванта. Разрешающая способность ΔE Ч. с. полного поглощения (по энергии) зависит от энергии и для самых чувствительных ФЭУ может быть выражена формулой:

\%

где E - энергия электрона в Гэв.

Лит.: Джелли Дж., Черенковское излучение и его применения, пер. с англ., М., 1960; Зрелов В. П., Излучение Вавилова-Черенкова и его применение в физике высоких энергий, ч. 1―2, М., 1968.

В. С. Кафтанов.

Схема газового порогового черенковского счётчика на 70 Гэв ускорителя Института физики высоких энергий (СССР). Черенковский свет собирается на катод ФЭУ с помощью оптической системы, состоящей из плоского зеркала и кварцевой линзы.

1. физический прибор для обнаружения радиоактивного или теплового излучения, а также различных частиц 1 (во 2 знач.).

2. В радиотехнике: устройство для преобразования электрических колебаний.

приборы для регистрации атомных и субатомных частиц. Чтобы частица была зарегистрирована, она должна взаимодействовать с материалом детектора. Простейшие детекторы ("счетчики") регистрируют только сам факт попадания частицы в детектор; более сложные позволяют также определить тип частицы, ее энергию, направление движения и т.д.

Взаимодействие с материалом детектора чаще всего сводится к процессу ионизации - отрыву электронов от некоторых атомов материала детектора, в результате чего они приобретают электрический заряд. Регистрируется либо непосредственно ионизация, либо связанные с ней явления - испускание света, а также фазовые или химические превращения.

Взаимодействие частиц с веществом. Проходя сквозь вещество, частица сталкивается с атомами этого вещества. Число столкновений зависит в основном от электрического заряда и скорости частицы. Масса частицы и природа самого вещества играют лишь второстепенную роль. При каждом столкновении существует некоторая вероятность того, что атом потеряет электрон и превратится в положительно заряженный ион. Поэтому частица, движущаяся в веществе, оставляет за собой след из электронов и положительных ионов. Этот процесс, называемый ионизацией, схематически изображен на рис. 1. Например, очень быстрый протон (скорость которого близка к скорости света) при движении в воде оставляет на каждом сантиметре пути примерно 70 000 пар электронов и положительных ионов. Одновременно с ионизацией атомы при столкновении могут излучать свет или приобретать импульс, что ведет к нагреву вещества и возникновению в нем разного рода дефектов. Любое из этих явлений может использоваться в детекторе частиц.

См. также: