Гамма-кварки… Кто они?
                                         Анализ работы в ядерном практикуме со школьниками

      Несколько раз  в году любой смертный может легко попасть  в святая святых – НИИЯФ МГУ, даже не имея никакого физического образования, когда на физическом факультете  проходит День открытых дверей,  научный фестиваль, в рамках курса лекций "От кварка до квазара" школьники могут  выполнить лабораторные работы по ядерной физике, а зимой лаборатории НИИЯФа ждут участников школы CANSAT. Конечно же, требования к школьникам не такие, как к студентам,  сотрудники ЛОСП  (Лаборатории Общего и Специального Ядерного Практикума)  целью таких практических занятий ставили только развитие интереса учащихся к  физике.
   И вот у  входа на факультет появляется плакат с призывом "Повтори нобелевский эксперимент!" 
Повторить нобелевские эксперименты несложно. Для начала  неплохо бы перебрать вручную 8 тонн урановой руды, как Мария Кюри, перетолочь в ступке и получить  в результате  0.1 грамма полония. Идея  неплохая, к тому же лаборатория всегда нуждается в новых изотопах. «Отрок, добудь полоний!» Принимая во внимание микроскопический размер изотопов при их астрономической стоимости – гениальная идея. Дети приобретут полезные навыки в обогащении руды, а мы - бесплатные изотопы. Зачем бездумно часами ходить по коридорам, если можно вполне целеустремленно обогащать урановую руду в подвалах факультета?  Но идея не прижилась.  И Дни Науки, к сожалению, проходят не так часто, как хотелось бы. Поэтому дети выполняют не такие увлекательные работы, как Мария Кюри, но тоже  интересные.
    Перед началом занятий школьников  разделяют на группы по 6-10 человек  и  подробно знакомят с правилами поведения в лаборатории и  техникой безопасности.  Открыты комнаты, в которых студенты изучают искусственную радиоактивность и взаимодействие с веществом альфа - бета-гамма излучения. Но если хочешь начать ядерной физики обучение – начинай его с гамма-излучения!
   После получасового собеседования  (допуска)  школьникам предлагается выполнить лабораторную работу по определению эффективного сечения взаимодействия гамма-квантов с веществом методом поглощения.  Название мудреное и даже студенты его на допуске забывают. Для начала  сотрудник практикума интересуется,  что сейчас в школе по физике  изучают, что уже прошли и сколько вообще часов физики в неделю. (Бывает от 2  и аж до 7). Обычно группа молча сидит за столом и ответ за всех держит очкастая  личность а ля Гарри Поттер,  остальные же  молча кивают головами. Или что-то говорят, но на пороге слышимости. Зажатость школьников может возникать по ряду  причин  и это плохо. Лучше задать немому посетителю простой вопрос о знаке заряда электрона, он почувствует себя смелее и обретет дар речи. Как правило, все  легко отвечают на вопрос о проникающей способности альфа-бета-гамма излучения. Лист бумаги - пластик (тонкий лист металла)-слой свинца.
      А чем можно зарегистрировать факт излучения? Дозиметром. А если его нет? А делали вам, кому-нибудь рентген  и как выглядел снимок? А кто изобрел рентгеновские лучи? Обычно наступает молчание после вопроса, кто был первым лауреатом Нобелевской премии по физике. Предлагается несколько кандидатов: Ротшильд, Рокфеллер, Рентген и Резерфорд . Из 30 человек  только один вспомнит Рентгена, обычно молодежь отдает Нобелевскую премию  Резерфорду.  Демонстрация установки и устройств, входящих в нее. Как устроен сцинтилляционный детектор, какие физические явления происходят и используются в сцинтилляторе и ФЭУ. Не усилитель, а – умножитель! «Вот в   фотоэлектронный умножитель залетает одна электронная  копейка, а на выходе выползает миллион электронных рублей». Это впечатляет. Попутно задается каверзный вопрос, а можно ли использовать ФЭУ для создания генератора электрического тока в электростатическом поле Земли? Нельзя, потому что не сделали? Так вас ждут! Где еще можно использовать ФЭУ? А что такое электрический ток? Что такое лазер? Представьте, что создали гамма-лазер.  Какие  возможности такого квантового генератора, если энергия гамма-излучения в миллион раз выше энергии фотонов  света?
    Задача сотрудников практикума  - только популяризация науки, которой сильно не хватает. Поэтому необходимо не только освещать вопросы и факты из различных областей науки, но и заставлять школьника задумываться, искать физический смысл явления.  Если только сыпать цифрами и сравнениями, то можно подняться до уровня прораба  в исполнении гениального артиста  М. Пуговкина из кинокомедии «Операция «Ы» и другие приключения Шурика».
     Переходим к демонстрации работы пересчетного устройства и  определению радиационного фона в комнате. Заодно – посмотрите, как выглядит энергетический спектр фона. Представьте, как считали с увеличительным стеклом вспышки на экране, покрытом  сернистым цинком 100 лет назад. Видите, с какой бешеной скоростью считает импульсы пересчетное устройство. Теперь уже можно каждому школьнику убедиться, что 5 мм свинца не спасают от гамма-излучения. Ослабление интенсивности  всего в два раза. А если добавить еще 5 мм? Какой будет отсчет? Делайте ставки, господа! ( Здесь, как правило, народ оживляется и начинает делать физические прогнозы. Может,  запатентовать новую игру – «гамма-рулетку»? В весеннем семестре студентов мало, а гамма-кванты вхолостую летят, пропадают. И к нам сразу потянутся люди, инвесторы, спонсоры…)
   Итак, ставки сделаны! Смотрим! 
    Как видите, ослабление происходит не по линейному закону. Экспоненту в школе не проходили, но эту тайну надо обнародовать. Ослабление зависит не только от плотности вещества, но и от энергии излучения. Для убедительности  демонстрируются пистолетные гильзы, винтовочные калибра 7.62  и 20мм бронебойный снаряд от авиационной пушки. У какой пули больше дальность полета и глубина поражения? Почему? Так и с гамма-квантами.
Вот схема бета-распада изотопа цезия. Вот из ядра полетели электроны. А ядро же всегда заряжено положительно! Откуда тогда взялись электроны?
А если на гамма-источник положить яблоко, когда его можно съесть? А если помыть?
 Можете себе представить из чего должна быть сделана защита космического корабля и ее толщину для безопасного полета на Луну или на Марс, если в  космосе энергии излучения на порядки выше, чем в лаборатории! Поэтому лучше, конечно, сначала отправить в экспедицию дозиметры, а уже потом,  после разработки безопасного маршрута - людей.
Чтобы не перегрузить молодые умы обилием знаний, физический смысл эффективного сечения взаимодействия приходится  объяснять и всем вместе и каждому по отдельности. Но можно ограничиться только определением длины свободного пробега фотонов в поглотителе.
   По этой характеристике можно узнать энергию излучения и определить, соответственно, что за изотоп спрятан в этом свинцовом блоке. Ваша задача - только правильно ввести данные в программу и решить уравнение с одним неизвестным. На пожелтевшем бланке, стилизованном под  старинный, ("Практикумъ по радiоактивности")   написано уравнение для определения сечения взаимодействия по тангенсу угла наклона графика, все - с дореволюционной орфографией. (Школьники обычно спрашивают:  «А почему на украинском?»)
    И вот все отсчеты занесены в программу, получен ответ, на несколько порядков не совпадающий с правильным и начинается мучительный поиск ошибок.  Ибо даже средневековый алхимик не смог  бы всего за 20 минут получить из цезия – серебро, а из кобальта – золото, йод или натрий. (Теоретически – должен быть барий, или никель). Но суха теория, мой друг, а древо жизни пышно зеленеет!)  Поэтому лучше сказать каждому на прощанье: «А ведь вы были на пороге открытия…»
   Анализируя, как проходили  общения со школьниками, можно выделить таких:

-  1.  Сидел, смотрел, писал, решить уравнение не смог, не задумался и ушел, не приходя в сознание.
    И зачем приходил?
- 2.  Восторженные селфи с установкой на фоне научных цифр, при расчетах совершает все возможные ошибки в вычислениях, эмоционально страдает, грызет карандаши,  кусает себя за локти. С помощью сотрудника решит, наконец, уравнение и уходит, взяв бланк на память. Завтра и сам не объяснит, что он такое делал вчера. Но было круто!
 - 3. Теоретически подкованный. Решает уравнение, находит сечение взаимодействия и награждается просмотром энергетических спектров изотопов на десерт и демонстрацией установки с аннигиляцией.  Вернется, поступит и будет учиться. Но таких – не больше 10%.
     К сожалению,  никто не читает и не смотрит фантастику. Ни - "Солярис "  С.Лема, ни повести братьев Стругацких, ни просто- фантастические рассказы.  Спросишь, что такое аннигиляция? Помните - ...Профессор Снаут сказал: «Это была просто вспышка света." 
  А в ответ – равнодушная тишина…
   Может быть, у них достаточно игр и развлечений и поэтому чтение книг – тоска зеленая? Очень мало любопытных детей. Они практически не задают вопросов, но теряются, когда им задаешь вопрос по школьной программе.
   Когда-то  знание лучших произведений мировой фантастики  было нормой!  Тем более – на физфаке. Зачитывали фантастику до дыр и шли учиться на физфак для воплощения  этих фантазий в жизни. Теперь таких нет. Батюшки!  Дети разучились фантазировать! ( Фантазер-второклассник попался всего один раз. Как исключение, подтверждающее правило.)  Ученому-исследователю, находящемуся на переднем крае науки, просто необходимо создавать гипотезы, предположения, теории. Если ему не интересно узнавать новое, он ничего никогда не откроет.
    Но все-таки надеюсь, что и в этом семестре школьники порадуют нас новыми эпохальными открытиями!