Файл: Руководство к лабораторным занятиям по физике учеб. пособие.pdf

Вторым процессом, который способен освобождать электроны из катода, является фотоэффект — вырывание электронов из катода световыми квантами (в основном ультрафиолетом). Кванты ультрафиолетового излучения при разряде счетчика излучаются возбуждаемыми при соударениях с электронами атомами и реком­ бинирующими у катода положительными ионами. Возникший в счетчике самостоятельный разряд должен сам собой прекратиться, как только около нити образуется достаточно мощный простран­ ственный заряд. Вскоре, однако, положительные ионы уходят от нити, и условия для образования разряда восстанавливаются. Один из описанных выше эффектов приводит к появлению в газе новых электронов, происходит новая вспышка, за ней следующая и т. Д.

Ясно, что описываемый счетчик может зарегистрировать всего одну частицу, а для регистрации следующей нужно предварительно погасить самостоятельный разряд. В зависимости от методов гаше­ ния счетчики делятся на самогасящиеся и несамогасящиеся.

В несамогасящемся счетчике в токовую цепь счетчика вводится большое сопротивление R (см. рис. 318). Как ясно из предыдущего, «самоподдерживаться» в счетчике может лишь достаточно интенсив­ ный разряд, т. е. разряд с током больше некоторого / т ,п. Если этот

видно, должен погаснуть. Необходимые для гашения разряда со­ противления составляют обычно около ІО8 Ом. При таких больших сопротивлениях сильно возрастает постоянная времени, с которой восстанавливается напряжение на рчетчике (RC — 10“ 3 с). Во время восстановления счетчик не может давать импульсы прежней вели­ чины. Часть этого времени (так называемое «мертвое время») он оказывается вообще неработоспособен. Хотя в последнее время был предложен ряд эффективных радиотехнических методов гаше­ ния разряда, несамогасящиеся счетчики сейчас применяются срав­ нительно редко.

Гашение разряда в самогасящихся счетчиках осуществляется путем введения в газ паров какого-нибудь сложного органического вещества (спирта, ацетона и др.). Многие сложные молекулы непро­ зрачны для ультрафиолета и не дают соответствующим квантам достичь катода. Энергия, освобождаемая ионами у катода, в присут­ ствии таких молекул расходуется не на вырывание электронов, а на диссоциацию молекул. Возникновение самостоятельного раз­ ряда в этих условиях становится невозможным, а величина импульса ограничивается пространственным зарядом положительных ионов. Для прекращения самостоятельного разряда достаточно сравни«

Давление в счетчиках колеблется от нескольких сотых до несколь­ ких десятых долей от атмосферного.

В отличие от несамогасящихся счетчиков, самогасящийся счет­ чик способен зарегистрировать лишь ограниченное количество им­ пульсов; оно составляет обычно несколько десятков миллионов. За это время существенная часть многоатомных молекул успевает дис­ социировать, и счетчик становится непригоден к работе.

Разряд в самогасящихся счетчиках заканчивается за время по­ рядка ІО“ 7 секунды, однако чувствительность его восстанавливается только после того, как положительные ионы уйдут достаточно да­ леко от нити (полная чувствительность достигается лишь после их

Рис. 319. Вид осциллограммы при наблюдении импульсов гейге­ ровского счетчика.

х м — мертвое время счетчика, тв — «выпадающее» время, состоящее из мертвого времени и времени восстановления.

нейтрализации на катоде). Время полной нечувствительности счет­ чика называется обычно мертвым временем, а время его неполной чувствительности — временем восстановления. Мертвое время и время восстановления счетчиков удобно наблюдать и измерять с по­ мощью осциллографа со ждущей разверткой.

Подадим на вертикальный вход осциллографа сигналы со счет­ чика, установленного вблизи от радиоактивного источника. Выбе­ рем длительность ждущей развертки в два-три раза больше мерт­ вого времени. Сигналы, запускающие развертку и расположенные вследствие этого в самом ее начале, налагаются друг на друга и дают яркую картину, изображенную на рис. 319 жирной линией. Эта линия характеризует форму нормального импульса.

Если подобрать интенсивность радиоактивного источника так, чтобы среднее время между проходящими через счетчик части­ цами было меньше длительности развертки, то за время прохожде­ ния луча по экрану может быть зарегистрирован второй сигнал. В силу случайного характера радиоактивного распада повторные сигналы появляются через различное время после импульса, за­ пустившего развертку. Эти сигналы имеют на экране осциллографа вид тонких линий, так как они связаны с однократным прохожде­ нием луча.

610 ПРИЛОЖЕНИЯ

зации электрон разгоняется в поле нити и возбуждает атомы неона, которые в свою очередь ионизируют новые молекулы брома. Часть возбужденных атомов пеона переходит в основное состояние путем излучения. Возникающее при этом ультрафиолетовое излучение практически не поглощается в газе и, попадая на катод, выбивает с его поверхности электроны. При движении этих электронов к аноду процесс возбуждения атомов неона повторяется, возникают новые электронно-ионные лавины и при достаточном напряжении на счет­ чике в нем возникает самостоятельный разряд.

В результате разряда вблизи нити счетчика образуется большой положительный пространственный заряд, состоящий из ионизи­ рованных молекул брома. Этот заряд понижает напряженность поля около нити, и процесс возбуждения атомов неона прекращается. К этому времени еще не все возбужденные атомы неона успевают перейти в основное состояние. Процесс ионизации молекул брОхѴіа и выбивание электронов с катода ультрафиолетовым излучением продолжаются. Эти процессы несколько затягивают время оконча­ ния разряда. Как отмечалось выше, в несамогасящихся счетчиках Гейгера самостоятельный разряд поддерживается электронами, которые выбиваются из катода положительными ионами газа. В галогенных счетчиках с катодом сталкиваются только ионы брома и вторичные электроны при этом не выбиваются, поскольку энер­ гия ионизации брома меньше удвоенной работы выхода электронов с поверхности катода. Эта поверхность подвергается специальной обработке, цель которой заключается в том, чтобы увеличить ра­ боту выхода электронов.

Мертвое время и время восстановления у галогенных счетчиков имеют те же значения и обусловлены теми же причинами, что и у счетчиков, заполненных многоатомными газами.

Следует отметить, что начальная стадия разряда в галогенных счетчиках развивается гораздо медленнее, чем в других типах счет­ чиков из-за того, что молекулы брома ионизируются электронами не прямо, а в два этапа. Первый этап этого процесса — возбужде­ ние атомов неона — происходит быстро, а второй — медленно, поскольку встреча атомов неона с молекулами брома происходит редко (напомним, что в газе счетчика на атомов неона имеется только одна молекула брома!).

Медленное развитие -разряда приводит к удлинению фронта электрических сигналов, снимаемых со счетчиков. Импульсы гало­ генных счетчиков сильнее запаздывают и больше флюктуируют по времени, чем импульсы обычных самогасящихся счетчиков. По­ этому при работе с галогенными счетчиками нельзя использовать схемы совпадения с высоким разрешением.

Приведем в заключение с ч е т н у ю х а р а к т е р и с т и к у гейгеровского счетчика (рис. 320). Счетная характеристика опре­ деляет зависимость числа частиц, регистрируемых счетчиком за