physics_saveliev_2 (535939), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Следовательно, сила. тока (86.1) Убыль заряда на обкладках — дд равна Ый Таким образом, 1 в уравнении (86.1) можно заменить через 3!3 — —. В результате получается следующее диффереиач йЕ циальное уравнение: ~~9 е ,и =~~с' Разделяя переменные, имеем — = — — Ж. и! ! кС Согласно (86.1) — —.. Поэтому можно написать ыд ш е ! ш ! —. = — — о(. ис Интегрирование этого уравнения дает ! 1и 1= — — !+1п!о гс ° (86.2) где через !п !о обозначена постоянная интегрирования.
Наконец, пропотенцировав (86.2), получим (=!ое "'. При != О получается ! =!о, Таким образом, !о представляет собой начальное значение силы тока, Из выражения (86.3) следует, что за время т= !сС (86.4) сила тока уменьшается в е раз. В соответствии с этим величина (86.4) носит название постоянной времени цепи. Чем больше эта величина, тем медленнее спадает ток в цепи. Схема ионизационной камеры, (рис. 184,а) сходна со схемой, изображенной на рнс.
186. Роль С играет межэлектродная емкость, показанная на рисунке пунктиром. Чем больше сопротивление 11, тем сильнее будет повышаться напряжение точки у при данной силе тока и тем, следовательно, легче обнаружить импульс. Поэтому сопротивление Я стремятся сделать как можно больше. Вместе с тем для того, чтобы камера могла раздельно регистрировать .импульсы тока, порождаемые быстро следующими друг за другом частицами, постояи- идя времени должна быть невелика, Поэтому при выборе величины )с для импульсных камер приходится идти на компромисс. Обычно берут 11 порядка 10«ом. Тогда при С = 10ги ф постоянная времени составит 10 «сек.
Другим типом ионизационных камер являются так называемые интегрирующие камеры. В них берут )с порядка 1Ом ом. При С = 10 " ф постоянная времени будет равна 10«сек, В этом случае импульсы тока, порождаемые отдельными ионизирующими частицами, сливаются и по сопротивлению течет постоянный ток, величина которого характеризует суммарный заряд ио.
нов, возникающих в камере в единицу времени. Таким образом, ионизационные камеры обоих типов различаются лишь величиной постоянной времени мС. Пропорциональные счетчики. Импульсы, вызываемые отдельными частицами, могут быть значительно усилены (до'!Оз ь104 раз), если напряжение между электродами попадает в область Ш (рнс. 185).
Прибор, работающий в таком режиме, называется и р'о п о р ц и опальным счетчиком. Внутренний электрод счетчика делается в виде нити диаметром в несколько сотых миллиметра. Этот электрод служит анодом. Напряжен. 1 ность поля между электродами изменяется по закону(см. формулу (8.8)); поэтому вблизи нити она достигает особенно больших значений. При достаточно большом .напряжении между электродами электроны, возникающие вблизи нити, приобретают под действием поля элер.
ги1о, достаточную для того, чтобы вызвать ионизацию молекул ударом, В результате происходит «размножение» ионов. Размеры объема, в пределах которого происходит размножение, увеличиваются с ростом напряжения. В соответствии с этим растет и коэффициент газового усиления, Количество первичных ионов зависит от природы и энергии частицы, вызвавшей импульс. Поэтому по величине импульсов на выходе пропорционального счетчика можно различить частицы разной природы, а также произвести сортировку частиц одной и той же природы по их энергиям.
Пропорциональные счетчики могут применяться и для счета нейтронов. В этом случае счетчик наполняют газообразным трехфтористым бором (ВЕ,). Нейтроны вступают в ядерную реакцию с изотопом бора с массовым числом 10 (В"), причем возникают ю-частицы, которые и вызывают первичную ионизацию, Счетчики Гейгера — Мюллера. Еще большего усиления импульса (до 1Оз) можно достигнуть, заставив работать счетчик в области Гейгера(область Рна рис.185). Счетчик, работающий в этом режиме, называется счетчиком Гейгера — Мюллера (сокращенно счетч и ко м Г ей ге р а). Как уже отмечалось, разряд в этой области переходит в самостоятельный, первичные ионы, создаваемые ионизнрующей частицей, лишь «запускают» разряд.
Поэтому величина импульса не зависит от первоначальной ионизации. Для того, чтобы получать от отдельных частиц раздельные импульсы, необходимо возникший разряд быстро прервать(погасить). Это достигается либо с помощью внешнего сопротивления )с (в несамогасящихся счетчиках), либо за счет процессов, возникающих в самом счетчике. В последнем случае счетчик называется с а и о г а с ящи мся. Гашение разряда с помощью внешнего сопротивления объясняется тем, что при протекании по сопротивлению разрядного тока на нем возникает большое падение напряжения.
В результате на межэлектродиый проме-' жуток приходится только часть приложенного напряжения, которая оказывается недостаточной для поддержания разряда Прекращение разряда в самогасящихся счетчиках обусловлено следующими причинами. Электроны обладают гораздо большей (прнмерно в 1000 раз) подвижностью, чем положительные ионы, Поэтому за то время, за которое электроны достигают нити, положительные ионы почти не сдвигаются со своих мест.
Этн ионы создают положительный пространственный заряд, ослабляющий поле вблизи нити, и разряд прекращается. Гашению разряда в этом случае препятствуют дополнительные процессы, которых мы не будем рассматривать. Для их подавления к газу, заполняющемусчетчик(обычно аргону), добавляется примесь многоатомного органического газа (например, паров спирта).
Такой счетчик разделяет импульсы от частиц, следующих друг за другом с интервалами порядка 10-" сек. 316 2 8?. Процессы, приводящие к появлению носителей тока при самостоятельном разряде Носители тока — электроны н ионы — могут возникать при самостоятельном разряде за счет различных процессов, некоторые из которых мы рассмотрим прежде, чем перейти к описанию отдельных видов разряда. Столкновения электронов с молекулами. Столкновения электронов (а также ионов) с молекулами могут иметь упругий и неупругий характер. Молекула, как и атом, может находиться в дискретных энергетических состояниях. Состояние с наименьшей энергией называется основным. Для того чтобы перевести молекулу из основного в различные возбужденные состояния, требуются определенные значения энергии В'1, й72 и т.
д. Сообщив молекуле достаточно большую энергию 1Г1, можно вызвать ее ионизацию. Перейдя в возбужденное состояние, молекула обычно пребывает в нем всего лишь 10-' сек, после чего переходит снова в основное состояние, излучая избыток энергии в виде кванта света — фотона. В некоторых так называемых метастабильных состояниях молекула может находиться значительно дольше — примерно 1О-' сек. При соударенни частиц должны выполняться законы сохранения энергии и импульса. Поэтому на передачу энергии при ударе накладываются определенные ограничения — не вся энергия, которой обладает ударяющая частица, может быть передана другой частице.
Если при столкновении молекуле не может быть сообщена энергия, достаточная для се возбуждения, суммарная кинетическая энергия частиц остается без изменений и удар будет у и р у г и м. Пусть частица массы т1, имею- щаЯ скоРость и!р, УдаРЯетсЯ о неподвижнУю 1прр = О) частицу массы п12. При центральном ударе должны выполняться условия 2 2 2 В1РЮ 1!1!Р1 Л'222 2 2 2 л21п12 и!!в! + 1п2о2с где п! и п2 — скорости частиц после удара, Решая эту систему уравнений относительно неизвестных о, и оо (см. т. 1, 5 30), получим 0 2"!от! 2= т!+т ' Таким образом, для энергии, которая передается при упругом ударе второй частице, получается выражение о о тово т!о!о 4т!то Ляг» =— го» 2 2 (т! + т!) Если и! « пго, это выражение можно приближенно записать следующим образом: т!оо!о 4т! 4т! (87.1) где %'!о — энергия ударяющейся частицы перед ударом.
Из формулы (87.1) следует, что легкая частица (электрон), ударяясь упруго о тяжелую частицу (молекулу), сообщает ей лишь малую долю своего запаса энергии (" — '«1). Легкая частица «отскакивает» от тяжелой, т! подобно мячу от стенки, с практически ие изменяющейся по величине скоростью. Как показывает соответствующий расчет, при нецентральном ударе доля переданной энергии оказывается еще меньше.
При достаточно большой энергии ударяющей частицы (электрона или иона) молекула может быть возбуждена или Нонизирована. В этом случае суммарная кинетическая энергия частиц не сохраняется — часть энергии затрачивается на возбуждение илн ионнзацню, т. е. на увеличение внутренней энергии соударяющихся частиц. Такие соударения называются неупругими столкновенияя ми не р во го род а.
Молекула, находящаяся в возбужденном состоянии, при столкновении с другой частицей (электроном, ионом или нсйтральной молекулой) может перейти в основное состояние, не излучая избыток энергии, а передав его электрону. В этом случае суммарная кинетическая энергия частиц после удара будет больше, чем до удара. Такие соударения называются н е у п р у г и м и с т о л к н он е н ия м и второго рода. Переход молекул из мета- стабильного состояния в основное возможен только за счет столкновений второго рода. 318 При неупругом столкновении первого рода уравнения сохранения энергии н импульса имеют внд 2 2 2 тРю а!Р1 в!202 — = — + — + ь))у 2 2 2 вне (87.2) 2п!п10 = тл!о! + гл2озг где Лйу„ — увеличение внутренней энергии молекулы, соответствующее ее переходу в возбужденное состояние. Исключив о, нз уравнений (87.2), можно получить т1+т2 т2"2 ~~ ((' вн и!2 о 10 о 2 т! (87.3) При одной и той же скорости ударяющейся частицы (О,з) ПРИРаЩЕНИЕ ВНУтРЕННЕй ЭНЕРГИИ МОЛЕКУЛЫ Линн зависит от скорости ою с которой молекула движется после удара.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
