physics_saveliev_2 (535939), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Каждую секунду электродов достигают Лп,'о! пар ионов(5 — площадь электродов, ! — расстояние между ними; Я равно объему межэлектродного пространства). Следовательно, сила тока в цепи равна: У=э'Лп!Я; где ие+ н ие — подвижности положительных и отрицательных ионов, В этом выражении п является, как это следует из соотношения (85.5), функцией 1, т. е. в конечном счете функцией Е. Исключив л из выражений (85.5) и (85.6) и решив получающееся квадратное уравнение, можно найти для 1 следующую формулу: е'(все+ во )т / У 4Лл,гР (второе решение отрицательно и должно быть отброшено как не имеющее физического смысла).
Рассмотрим случаи слабых и сильных полей. 1, В случае слабых полей плотность тока будет очень мала и слагаемым //е'1 в соотношении (85.5) можно пренебречь по сравнению с гп' (это означает, что убыль ионов из межэлектродного пространства происходит в основном за счет рекомбинации ')). Тогда (85.5) переходит в (85.2) и для равновесной концентрации ионов получается выражение (85.3). Подставляя это значение и в (85.6), получаем 1 = е' ~/ —,' (и"- + и ) Е (эта формула получается нз (85 7), если пренебречь едн4Ллмн ницей по сравнению с + ("с + "о Г Множитель при Е в формуле (85.8) не зависит от напряженности поля.
Следовательно, в случае слабых полей несамостоятельный газовый разряд подчиняется закону Ома. Подвижность ионов в газах гораздо больше, чем в электролитах — она имеет величину порядка 10 ' в/м ( ) см/сек '1 1 7 ). Некоторые ионы, называемые ион а м и вусм Л анж ее е н а, обладают в 100 — 1000 раз меньшейцодвижностью. Онн представляют собой обычный ион, соединившийся с пылинкой, капелькой воды н т. п. ') Таксе же соотношение между количеством рекомбннирующнх и количеством отсасыввемых полем ионов имеет место у электролитов. При равновесной концентрации и = 10э м-е = 1Оз см-а и напряженности поля Е = 1 в/м плотность тока согласно формуле (85.6) составит /=1,6 ° 1О 10 (10 +10 ') 1-10 "а/м'=10 'еа/см (ионы мы считали однозарядными), 2.
В случае сильных полей слагаемым гп' в формуле (85.5) можно пренебречь по сравнению с //с'!. Это означает, что практически все вознлкающие ионы достигают электродов, не успев рекомбинировать. При этом условии соотношение (85.5) принимает внд Ьп, = —, ! еч ' откуда (85.9) !=е'Лп; / (это выражение можно получить из (85.7), преобразо- 1 пав корень по формуле )/1+х =!+ —,х, справедливой при малых х). Плотность тока (85.9) создается всеми ионами, порождаемыми ионизатором в заключенном между электродами столбе газа с единичным поперечным сечением.
Следовательно, эта плотность тока является наибольшей при данной интенсивности ионнзатора и величине межэлектродного промежутка Е Ее называют плотностью тока насыщения Вычислим /„,„, при следующих условиях: Ьп; = = 1О' м-з = 10 см-' (напомннм, что в атмосферном воздухе при обычных условиях возникает ежесекундно в каждом кубическом сантиметре несколько пар ионов), ! = 0,1 м (10 см). По формуле (85.9) /„„=1,6 ° 10 ° 10 1О ' 10 "а/м =10 а/см.
Этот расчет показывает, что проводимость воздуха в обычных условиях ничтожно мала, График функции (85.7) изображен на рнс. 183(сплош« пая кривая). При достаточно больших значениях на пряженности поля ток начинает резко возрастать (см. пунктирный участок кривой). Это объясняется тем, чтф порождаемые внешним ионизатором электроны ') за время свободного пробега успевают приобрести энергию, достаточную для того, чтобы, столкнувшись с молекулой, вызвать ее ионнзацню (ионнзацня ударом).
Возникшие при этом свободные электроны, разогнавшись, в свою очередь вызывают ионизацию. Таким образом, происходит лавинообразное размножение первичных ио- нов, созданных внешним иони/ затором, и усиление разрядного тока. Однако процесс не ,г утрачивает характера несамо/ гг стоятельного разряда, так как после прекращения действия внешнего ионизатора разряд продолжается только до тех пор, пока все электроны (первичные и вторичные)иедостигРис. 183. нут анода (задняя граница пространства, в котором имеются ионизирующне частицы — электроны, перемещается к аноду).
Для того чтобы разряд стал самостоятельным, необходимо наличие двух встречных лавин ионов, что возмомсно только в том случае, когда иоиизацию ударом способны вызвать носители обоих знаков. Весьма важно, что несамостоятельные разрядные токи, усиленные за счет размножения носителей, пропорциональны числу первичных ионов, создаваемых внешним иоиизатором.
Это свойство разряда используется в пропорциональных счетчиках (см. следующий параграф). $86. Ионизациоиные камеры и счетчики Действие ионизационных камер н счетчиков — приборов, применяемых для обнаружения и счета ядерных частиц„ а также для измерения интенсивности рентгеновского и гамма-излучения, основано на использовании несамостоятельного газового разряда. Принципиальная схема ионизационной камерыисчетчика одинакова (рис. 184). Отличаются они лишь режи- ') Вследствие большой длииы свободного пробега злеитроиы раиьше приобретают способиость вызывать иоиизацию, чеи газовые ионы. мом работы и конструктивными особенностями.
Счетчик (рис. 184, б) состоит из цилиндрического корпуса, по оси которого укреплен на изоляторах электрод в виде тонкой нити (анод). Вторым электродом (катодом) служит корпус счетчика. Иногда счетчик заключают в оболочку из стекла, Для впуска ионизирующих частицвторце счетчика делается окошко из алюминиевой фольги или из слюды. Некоторые частицы, а также рентгеновское и гамма-излучение проникают в счетчик или ионнзационную камеру непосредственно через их стенки, Рвс. !84.
Ионизацнонная камера (рис. 184, а) может иметь электроды разной формы. В частности, они могут быть такими же, как у счетчика, либо иметь форму плоских параллельных пластин и т. п. Предположим, что в пространство между электродами влетает бьгстрая заряженная частица (иапример, а- нли р-частица), которая создает № пар первичных ионов (элекэронов и положительных ионов). Возникшие ионы увлеиа1отся полем к электродам, вследствие чего через сопротивление !! проходит некоторый заряд д, котарый мы будем называть импульсом тока.
На рис. 1% приведена зависимость импульса тока д от напряжения У между электродами для двух рйзлнчных количеств первичных ионов №, отличающихся по величине в три раза (Моз = 3№1), На графике можно выделить шесть обозначенных римскими цифрами различных областей. Области 7 и П были подробно рассмотрены в предыдущем параграфе. В частности, область П есть область тока насыщения — все созданные ионизатором ионы достигают электродов, не успев рекомбинировать, 311 Естественно, что при этом условии импульс тока не зависит от напряжения. Начиная со значения напряжения И„поле достигает такой величины, что электроны получают возможность ионизировать молекулы ударом. Поэтому количество электронов и положительных ионов лавинообразно нарастает.
В результате на каждый из электродов попадает Ай!э ионов. Величина А называется коэффициентом газового усиления. В области !1! этот коэффициент не зависит от количества первичных ионов Мо гам сЯ', Рис. 185. (но зависит от напряжения). Поэтому, если поддерживать напряжение постоянным, импульс тока будет пропорционален количеству первичных ионов, образованных нонизатором. Область 111 называется областью п р опорциональностн, а напряжение Ур — порогом и р о п о р ц и о н а л ь н о й о б л а с т и.
Коэффициент газового усиления изменяется в этой области от ! в начале до (О' —: !О' в конце (рнс. 185 выполнен без соблюдения масштаба по оси д; выдержано лишь соотношение (: 3 между ординатамн кривых в областях П и П1). В области 1Р, называемой областью частичной пропорциональности, коэффициент газового усиления А все сильнее зависит от й(м в связи с чем различие в импульсах тока, порожденных различным количеством первичных ионов, все больше сглаживается.
При напряжениях, соответствующих области У (ее называют областью Ге й ге р а, а напряжение (!я— порогом этой области), процесс приобретает характер самостоятельного разряда. Первичные ионы лишь создают первоначальный толчок для его возникновения. Величина импульса тока в этой области совершенно не зависит от количества первичных ионов. В области Я напряжение столь велико, что разряд, возникнув, болыне не прекращается. Поэтому ее называют обласгью непрерывного разряда Ионизационная камера. Ионизационной камерой называется прибор, работающий без газового усиления, т.
е. при напряжениях, соответствующих области 1й Существуют два типа ионизационных камер. Камеры одного типа применяются для регистрапии импульсов, создаваемых отдельными частицами(импульсиые камеры). Влетевшая в камеру частица создаст в ней некоторое число ионов, в результате чего через сопротивление Й начинает течь ток й Это приводит к тому, что потенциал точки 1 (см. рис. !84, а) повышается и становится равным И (первоначально потенциал этой точки был такой же, как и заземленной точки 2).
Этот потенциал поступает на усилитель и после усиления приводит в действие счетное устройство. После того, как все попавшие на ь' внутренний электрод заряды пройдут через сопротивление )1, ток прекратится и потенциал точки ! снова станет равным нулю. Характер работы камеры зависит от длительности импульса тока, вызванного одной частицей. Чтобы выяснить, от чего зависит продолжительность импульса, рассмотрим цепь, состоящую из конденсатора С и сопротивления Р (рис. 186). Если сообщить обкладкам конденсатора разноименные заряды величины дм через сопротивление Й по~счет ток, вследствие чего величина зарядов д на обкладках конденсатора будет убывать, Мгновенное значение напряжения, приложенного к сопротивлению, равно (У = д/С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
