Emulsja jądrowa

Emulsja jądrowa – rodzaj emulsji fotograficznej służący do detekcji śladowej cząstek naładowanych. Początkowo źródłem tych cząstek były tylko rozpady jąder promieniotwórczych, stąd przyjęła się taka nazwa. Stosowana była w eksperymentach akceleratorowych i do badania promieniowania kosmicznego.

Wykorzystując ślady pozostawione w emulsji jądrowej można identyfikować cząstki, tj. wyznaczać ich masę i ładunek elektryczny oraz określać ich energię, pęd i prędkość. W tym celu bezpośrednio z emulsji wyznacza się zasięg cząstki (zależy on od masy, ładunku i energii cząstki), gęstość jonizacji będącej funkcją ładunku i prędkości cząstki, szerokość śladu, ilość δ-elektronów, średni kąt wielokrotnego rozpraszania kulombowskiego (zależy od ładunku, pędu i prędkości) oraz promień krzywizny toru w poprzecznym polu magnetycznym.

Mechanizm działania

Cząstka naładowana o dostatecznie dużej energii przechodząc przez materię może powodować jonizację napotykanych atomów i cząsteczek. Znajdujące się w emulsji cząsteczki halogenków srebra (AgBr lub AgI) po zjonizowaniu ulegają przemianie strukturalnej prowadzącej do powstania obrazu utajonego. Po obróbce chemicznej z tych halogenków wytrącają się atomy srebra tworząc agregaty kryształków tego metalu (ziarna). Ziarna te tworzą w przezroczystej żelatynie jawny obraz śladu przechodzącej cząstki.

Charakterystyka

Emulsja jądrowa różni się od zwykłej emulsji fotograficznej:

• grubością (20 μm–2 mm najbardziej typowe 0,4–0,6 mm) – w celu uchwycenia przestrzennego biegu cząstek (używa się również bloków złożonych z wielu warstw emulsji o grubości dochodzącej do kilku centymetrów)
• większą koncentracją halogenków – dla zwiększenia czułości
• mniejszymi rozmiarami ziaren (0,07 μm–0,4 μm) – w celu uzyskania większej rozdzielczości

Jej gęstość wynosi ok. 3,815 g/cm³.

Skład typowej emulsji jądrowej

Zawartość pierwiastków w emulsji

Pierwiastek	g/cm³
srebro	1,809
brom	1,332
węgiel	0,276
tlen	0,252
azot	0,074
wodór	0,054
jod	0,012
siarka	0,007

Historia wytwarzania emulsji

Emulsję światłoczułą próbowano zastosować do badania promieniowania jądrowego już w połowie lat trzydziestych XX wieku. Jednak była ona zbyt cienka i prawdopodobieństwo, że cząstka zastawi w niej dłuższy ślad, było niewielkie. Dopiero Powell wraz ze swoim zespołem z Cambridge wytworzył grubą emulsję o wysokiej zawartości bromku srebra, nazwaną emulsją jądrową. Prace nad emulsją prowadzone w latach 1935–1940 i jej wykorzystanie do badania cząstek naładowanych pozwoliły zespołowi dokonać kilku znaczących odkryć, a sam Powell otrzymał nagrodę Nobla. Później emulsję jądrową zaczęły produkować firmy firmy Ilford, NIKFI, Eastman i Agfa.

Bibliografia

1. Virgilio Acosta, Clyde L. Cowan, B.J. Graham: Podstawy fizyki współczesnej. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1987. ISBN 83-01-08206-2. 
2. C.F Powell, P.H. Fowler, D.H. Perkins: The Study of Elementary Particles by the Photographic Method. London: 1959.  (ang.)
3. Encyklopedia fizyki. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1973. 
4. Adam Strzałkowski: Wstęp do fizyki jądra atomowego. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1978. 

Linki zewnętrzne

• Obraz cząstek zarejestrowany w emulsji widziany pod mikroskopem. [dostęp 2011-09-09].