Савельев - Курс общей физики Том 2 - Электричество (934756), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Возникшие при этом свободные электроны, разогнавшись, в сжпо очередь вызывают ионизацию. Таким образом, происходит лавинообразное размножение первичных ио- нов, созданных внешним ионнl затором, и .усиление разряд,> ного тока. Однако процесс не утрачивает характера несамо/ стоятельного разряда, так как после прекращения действия внешнего ионизатора разряд продолжается только до тех пор, пока все электроны (первичные и вторичные) не достигРис.
1зз. нут анода (задняя граница пространства, в котором имеются ионизирующие частицы — электроны, перемещается к аноду). Для того чтобы разряд стал самостоятельным, необходимо наличие двух встречных лавин ионов, что возможно только в том случае, когда ионизацию ударом способны вызвать носители обоих знаков. Весьма важно, что несамостоятельные разрядные токи, усиленные за счет размножения носителей, пропорциональны числу первичных ионов, создаваемых внешним ионизатором.
Это свойство разряда используется в пропорциональных счетчиках (см. следующий параграф). 5 86, Ионизационные камеры и счетчики Действие ионизационных камер и счетчиков в приборов, применяемых для обнаружения и счета ядерных частип, а также для измерения интенсивности рентгеновского и гамма-излучения, основано на использовании несамостоятельного газового разряда. Принципиальная схема ионнзационной камерыисчетчика одинакова (рис.
184). Отличаются они лишь режи- ') Вследствие большой длины свободного пробега электроны раньше приобретают способность вызывать ионизацию, чен газовые новы. 310 мом работы и конструктивными особенностями. Счетчик (рис. 184, б) состоит нз 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 иэ стекла. Для впуска ионнзирукнцих частицвторце счетчика делается окошко из алюминиевой фольги или из слюды. Некоторые частицы, а также рентгеновское и гамма-излучение проникают в счетчик или ионизационную камеру непосредственно через их стенки. Рис.
>64. Ионизационная камера (рис. 184,а) может иметь электроды разной формы. В частности, они могут быть та кими же, как у счетчика, либо иметь форму плоских параллельных пластин и т. и. Предположим, что в пространство между электродами влетает быстрая заряженная частица (например, а- или р-частица), которая создает № пар первичных ионов (электронов и»оложнтельнь>х ионов).. Возникшие ионы увленаются полем к электродам, вследствие чего через сопротивление Ю проходит некоторый заряд д, который мы будем называть импульсом тока.
На ркс. 1% приведена зависимость импульса тока >1 от напряжения (l между эпектродами для двух рйзлнчных количеств первичных ионов №, отличающихся по величине в три раза (№а 3№>). На графике можно выделить шесть обозначенных римскими цифрами различных областей. Области > и »' были подробно рассмотрены и 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 Уэ 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 АФэ ионов.
Величина А называется ко э ф ф и ц и е нт о м г а з о в о г о у с и л е н и я. В области 1П этот коэффициент не зависит от количества первичных ионовиче еям тФр и, и, Рнс 185. (но зависит от напряжения). Поэтому, если поддерживать напряжение постоянным, импульс тока будет пропорционален количеству первичных ионов, образованных ионизатором. Область 11! называется областью п р- опорционально, а напряжение Ур — порогом пропорциональной области. Коэффициент газового усиления изменяется в этой области от 1 в начале до 1()з —:.1О' в конце (рис. 185 выполнен без соблюдения масштаба по оси д; выдержано лишь соотношение 1: 3 между ордннатзмн кривых в областях П и Пl).
В области !У, называемой областью частичной пропорциональности, коэффициент газового усиления А все сильнее зависит от Ум в связи с чем различие в импульсах тока, порожденных различным количеством первичных ионов, все больше сглаживается.
При напряжениях, соответствующих области У (ее называют областью Г ей ге р а, а напряжение Уз— порогом этой области), процесс приобретает характер 312 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 И напряжение столь велико, что разряд, возникнув, болыпе не прекращается, Поэтому ее называют обласгью непрерывного разряда. Ионизационная камера.
Ионизационпой камерой называется прибор, работающий без газового усиления, т. е; при напряжениях, соответствующих области 11. Сушествуют два типа ионизационных камер. Камеры одного типа применяются для регистрации импульсов, создаваемых отдельными частицами(импульспые камеры). Влетевшая в камеру частица создает 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. 184, а) повышается и становится равным 1)г (первоначально потенциал этой точки был такой же, как и зазем- 1 ленной точки 2). Этот потенциал поступает на усилитель и после усиления приводит в действие счетное устройство. После того, как все попавшие на б' Р внутренний электрод заряды пройдут через сопротивление Й, ток прекратится и потенциал точки 1 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 )г (рис. 186). Если сообщить обкладкам конденсатора разноименные заряды величины дм через сопротивление )г потечет ток, вследствие чего величина зарядов д на обкладках конденсатора будет убывать.
Мгновенное значение напряжения, приложенного к сопротивлению, равно 11 = д!С. Следовательно, сила. тока (86. 1) Убыль заряда на обкладках — дд равна 1Ж Таким образом, 1 в уравнении (86.1) можно заменить через 313 — —. В результате получается следующее дифферента и! ' циальное уравнение: д! ч !! .к ' Разделяя переменные, имеем — = — — !1!.
нч 1 !!С Согласно (86.1) — —. Поэтому можно написать аз в! Д л! ! — = — — и'! гс Интегрирование этого уравнения дает ! 1п 1= — к~ !+1п)О, (86.2) где через 1п !О обозначена постоянная интегрирования. Наконец, пропотенцнровав (86.2), получим ! 1= !зе (86.3) Прн ! = 0 получается ! =!в Таким образом, !з представляет собой начальное значение силы тока.
Из выражения (86.3) следует, что за время т=)1С (86.4) сила тока уменьшается в е раз. В соответствии с этим величина (86.4) носит название постоянной времении цепи. Чем больше эта величина, тем медленнее спадает ток в цепи. Схема ионнзационной камеры, (рнс. 184,а) сходна со схемой, изображенной на рис. 186. Роль С играет межэлектродная емкость, показанная на рисунке пунктиром. Чем больше сопротинление !1, тем сильнее будет повышаться напряжение точки 1 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, ностоян- ндя времени должна быть невелика. Поэтому при выборе величины !г для импульсных камер приходится идти на компромисс. Обычно берут !г порядка 10«ом. Тогда при С = !О " ф постоянная времени составит 10-' сея.
Другим типом ионизационных камер являются так называемые интегрирующие камеры, В них берут Й порядка 10м ом. При С = 10" ф постоянная времени будет равна 10' секг В этом случае импульсы тока, порождаемые отдельными ионизирующими частицами, сливаются и по сопротивлению течет постоянный ток, величина которого характеризует суммарный заряд ионов, возникающих в камере в единицу времени.
Таким образом, ионизационные камеры обоих типов различаются лишь величиной постоянной времени !гС. Пропорциональные счетчики. Импульсы, вызываемые отдельными частицами, могут быть значительно усилены (до' 10' †: 10' раз), если напряжение между электродами попадает в область П! (рис. 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 анодам. Напряжен- 1 ность поля между электродами изменяется по законуг [см.
формулу (8.8)1; поэтому вблизи нити она достигает особенно больших значений. При достаточно большом .напряжении между электродами электроны, возникаю. щие вблизи нити, 'приобретают под действием поля энер. гию, 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
