yavor1 (553178), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Вторая причина, по которой электроны являются более эффективными нонизаторами, заключается н том, что, благодаря закону сохранения импульса, при ударе лишь часть кинетической энергии может превратиться во внутреннюю (см 44 2> 35 23 2). Оказывается, что чем меньше масса ионизирующей частицы по сравнению с массой молекулы, тем ббльшая часть кинетической энергии сможет превратиться во внутреннюю и израсходоваться на ионизацию. Пусть масса нонизирующей частицы т, ее импульс р и до неупругого удара молекула с массой М покоится. Изменение внутренней энергии равно потере кинетическои энергии: рз рз рзМ М 2ш 2(М+т) 2ш(М+ш) К М+ш' (43 >') где К = р'/2гл — энергия ионизирующей частицы Масса иона равна массе молекулы, следовательно, А~с=К/2 Масса электрона в несколько тысяч раэ меньше массы молекулы, поэтому в (48 11) отношение М/(М + гл)'ш 1 и ояуе се К Итак, даже при одинаковой кинетической энергии электрон в качестве ионичатора оказывается эффективнее иона в два раза 4 При ударной ионизации и внешнем поле достаточной напряженности в газе создается ионная лавина Вторичные электроны, возникшие за счет ударной ионизации, также разгоняются полем и в свою очередь ионизируют встречные молекулы.
В результате такого рода цепной реакции даже небольшое число электронов, возникших в процессе внешней ионизации, способно вызвать значительный разрядный ток. Вместе с тем этот процесс еще нельзя назвать самостоятельным разрядом, ибо при прекращении действия внешнего ионизатора разряд обрывается, как только все ионы нейтрализуются на электродах. Для возникновения развитого самостоятельного разряда необходимо, чтобы и положительные ионы приобрели способность выбивать свободные электроны либо из молекул газа, либо из катода. Как следует из выражения (48.10), этого можно достичь либо за счет увеличения напряженности поля, либо за счет увеличения длины свободного пробега иона.
й 48.4. Счетчик Гейгера — Мюллера 1. В процессе ударной ионизации происходит резкое возрастание числа пар ионов, примерно в 10' — 10' раз. Следовательно, если в газовом объеме возникнет даже одна лара ионов (один положительный ион и одни электрон), то благодаря ударной ионизации их число возрастет в миллионы раз. В этом случае говорят, что ионизационная ежгегллр камера работает в режиме газового усиления. Газовое усиление используется в счетчиках Гейгера Рис 48 3 для счета отдельных частиц радиоактивного излучения Благодаря выбору определенного режима работы счетчик считает каждую частицу в отдельности. 2. Чаще всего счетчик представляет собой герметически запаянную.
стеклянную трубку, к внутренним стенкам которой прилегает катод К вЂ” тонкий металлический цилиндр; анодом А служит тонкая проволока, натянутая по оси счетчика (рис. 48.3). Для мягких бета- и альфа-частиц применяются счетчики, отличающиеся тем, что излучение поступает в рабочий объем счетчика с торца, затянутого тонкой пленкой. Счетчик включается в регистрирующую схему. На корпус подается отрицательный потенциал, на нить — положительный.
Последовательно счетчику включается резистор с сопротивлением 16 В М Яворский, А. А. Пвксккй, т 1 481 несколько метом. С резистора через разделительный конденсатор с емкостью несколько тысяч пнкофарад сигнал подается на вход пересчетной схемы. 3. Пусть в счетчик попала частица, создавшая на своем пути хотя бы одну пару ионов.
Электроны, двигаясь к аноду (нити), попадают в поле с нарастающей напряженностью, их скорость стремительно возрастает, н на своем пути они создают ионную лавину. Попав на нить, электроны снижают ее потенциал, вследствие чего по резистору течет ток. На его концах возникает импульс напряжения, который через конденсатор поступает на вход пересчет- ного устройства.
Высокий потенциал, который раньше целиком находился на аноде, переключается на резистор, н напряженность поля внутри счетчика уменьшается, вследствие чего уменьшается кинетическая энергия электронов (48.10). В связи с этим обрывается режим газового усиления. Таким образом, резистор играет роль гасящего сопротивления. 4.
Благодаря тому, что подвижность положительных иовов меньше подвижности электронов, а также потому, что эти ионы движутся к катоду, где напряженность поля много меньше, чем у анода, скорость положительных ионов значительно меньше скорости электронов. В результате ионы достигают катода ве ранее, чем через время тга 10-4 с после начала разряда.
В течение этого времени счетчик не способен регистрировать вновь поступающие в него частицы. В самом деле, пока положительно заряженное облако ионов заполняет рабочий объем счетчика, напряженность поля мала и ударная ионизация произойти не может. В связи с этим время т часто называют мертвым временем счетчика. Разрешающая способность счетчика показывает, сколько частиц способен зарегистрировать счетчик в единицу времени как раздельные импульсы. Поскольку импульсы от двух частиц будут зарегистрированы раздельно, если они следуют друг за другом через промежуток времени, не меньший, чем мертвое время, то разрешающая способность равна около 10' импульсов в секунду.
8 48.5. Самостоятельный разряд. Плазма 1. Как уже говорилось, для того чтобы в газе возник самостоятельный разряд, недостаточно наличия одного лишь процесса ударной ионизации. Нужно еще, чтобы за счет процессов, происходящих в газе при разряде, непрерывно возникали электроны, которые после ускорения принимали бы участие в ударной ионизации. Таких процессов может оказаться несколько.
Иногда они действуют одновременно, иногда один из них начинает играть доминирующую роль — это зависит от давления газа, его температуры и напряженности поля. Рассмотрим важнейшие из них. Термоэлектроняая эмиссия с катода возникает в том случае, если катод имеет высокую температуру. Именно этот процесс обеспечивает дуговой разряд. Впторичиая электронная эмиссия с катода возникает в том случае, если кинетическая энергия положительных ионов оказывается достаточной, чтобы ударом выбить из катода электроны. Этот процесс обеспечивает тлеющий разряд Я 48.6). 482 Термоионизация газа происходит в тех случаях, когда кинетическая энергия молекул газа превышает энергию ионизации: йТ > е7„,„. 148. 12) Нетрудно убедиться, что ионизация газа при тепловых соударениях молекул возможна лишь при очень высоких температурах ® иж10эВ): ~ион 1О'! 6 10-ов й 138!О Фотоионизацил газа происходит под действием коротковолнового ультрафиолетового или рентгеновского излучения.
Молекула газа, поглотив порцию энергии !квант излучения, 8 68.3), которая больше энергии ионизации, выбрасывает электрон и превращается в положительный ион. 2. Ионизированный газ при значительной степени ионизации представляет собой фактически особое состояние вещества, отличное от газообразного, жидкого или кристаллического. Это четвертое состояние вещества называется плазмой. Плазма, возникающая в результате ударной ионизации газа, называется газоразрядной. Ее отличительная особенность заключается в том, что практически здесь отсутствует обмен энергией между свободными электронами и ионами, и их средние кинетические энергии значительно отличаются.
Последнее качественно объясняется тем, что длина свободного пробега электрона много больше, чем у иона,— примерно в 5 — 10 раз, вследствие чего электроны накапливают в электрическом поле примерно во столько же раз больше энергии. По аналогии с температурой газа, которая вводится по формуле в =в)ийТ 1см.
8 26.5), можно ввести ионнУю темпеРатУРУ и электронную температуру из равенств: виои ='~ийТиои еви=УвйТви. Оказывается, что Т„ж5000 К при Т„„300 К. Итак, газоразрядная плазма — это неравновесное или, как говорят, неизотермическое состояние вещества. 3. Высокотемпературная плазма, возникающая в результате термической ионизации, является равновесной или, другими словами, изогпермичеекой плазмой. Степень ее ионизации очень велика, благодаря чему она является очень хорошим проводником — проводимость высокотемпературной плазмы сопоставима с проводимостью металлов. Температура поверхности Солнца и заезд равна нескольким тысячам градусов, их недра разогреты до миллионов градусов. Отсюда следует, что значительная масса вещества Вселенной, сконцентрированная в звездах, находится в состоянии высокотемпературной плазмы.
1ьи 483 % 48.6. Тлеющий разряд 1. Этот вид разряда удобно наблюдать в газоразрядной стеклянной трубке с двумя электродами, расстояние между которыми около 0,5 м, а разность потенциалов — около тысячи вольт. Оказывается, что при нормальном атмосферном давлении в трубке разряда нет (очень слабым несамостоятельным разрядом пренебрежем). При уменьшении давления газа примерно до 40 — 50 мм рт. ст. в трубке наблюдается узкий светящийся шнур; прн давлении около 0,5 мм рт. ст. разряд сплошь запол(в няет трубку, причем положительный столб у анода разбивается на ряд слоев — страт. Наконец, при давле- Е нии около 0,02 мм рт. ст.
свечение в трубке пропадает, но ярко начинает светиться стекло против катода. з Самостоятельный разряд, возниРис, 48.4. кающий в газе при пониженном дав- лении, называется тлеющим разрядом. 2. Исследования показали, что потенциал в разрядной трубке распределяется весьма неравномерно, как это изображено на рис. 48.4. Вблизи катода напряженность поля значительно болыпе, чем в светящемся столбе у анода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
