Номер 2, страница 239 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Какими приборами регистрируют частицы радиоактивного излучения? Как они устроены? Поясните принцип их действия.

Для регистрации частиц радиоактивного излучения используются различные приборы, основанные на разных физических принципах. Основными из них являются:

Счетчик Гейгера-Мюллера
Устройство: Представляет собой газоразрядный прибор, состоящий из герметичного цилиндра (катода), заполненного инертным газом под низким давлением, и тонкой проволоки (анода) вдоль его оси. Между катодом и анодом приложено высокое напряжение, близкое к напряжению пробоя газа.
Принцип действия: Ионизирующая частица, попадая в счетчик, выбивает электроны из атомов газа. Создается первичная ионизация. Электроны под действием сильного электрического поля ускоряются и на своем пути ионизируют другие атомы газа, вызывая лавину вторичных ионов и электронов (газовый разряд). Это приводит к возникновению короткого импульса тока в цепи прибора, который регистрируется счетным устройством. После каждого импульса прибору требуется короткое время для восстановления, чтобы быть готовым к регистрации следующей частицы.

Ответ: Счетчик Гейгера-Мюллера регистрирует ионизирующие частицы путем возникновения кратковременного газового разряда, вызванного пролетом частицы через объем счетчика.

Камера Вильсона
Устройство: Состоит из герметичной камеры со стеклянной крышкой и поршнем, заполненной парами легкоконденсирующейся жидкости (например, воды или спирта), близкими к насыщению.
Принцип действия: При резком опускании поршня (адиабатном расширении) пар в камере охлаждается и становится перенасыщенным. В таком состоянии пар готов сконденсироваться, но для этого нужны центры конденсации. Заряженная частица, пролетая сквозь камеру, оставляет на своем пути цепочку ионов. Эти ионы становятся центрами, на которых пар конденсируется, образуя видимый след из мелких капелек — трек. По форме, длине и толщине трека, а также по его искривлению в магнитном поле, можно определить тип частицы, ее энергию и заряд.

Ответ: Камера Вильсона позволяет визуализировать траектории (треки) заряженных частиц за счет конденсации перенасыщенного пара на ионах, созданных частицей.

Пузырьковая камера
Устройство: Камера, заполненная прозрачной жидкостью (например, жидким водородом или пропаном), находящейся в состоянии, близком к кипению. С помощью поршневой системы можно резко понижать давление.
Принцип действия: Принцип действия похож на камеру Вильсона, но вместо пара используется жидкость. При резком понижении давления жидкость становится перегретой, то есть ее температура оказывается выше температуры кипения при данном давлении. Ионы, которые оставляет за собой быстрая заряженная частица, становятся центрами кипения. Вдоль траектории частицы образуется видимая цепочка пузырьков пара. Так как плотность жидкости значительно выше плотности газа, в пузырьковой камере можно наблюдать треки более энергичных частиц и изучать более редкие процессы.

Ответ: Пузырьковая камера регистрирует треки заряженных частиц в виде цепочек пузырьков пара, образующихся в перегретой жидкости на ионах, оставленных частицей.

Сцинтилляционный счетчик
Устройство: Состоит из двух основных частей: сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Сцинтиллятор — это материал (кристалл, пластик, жидкость), который излучает свет (сцинтиллирует) при поглощении ионизирующего излучения.
Принцип действия: Частица попадает в сцинтиллятор, ее энергия возбуждает атомы вещества, которые при возвращении в основное состояние испускают фотоны видимого света (вспышку). Эта вспышка света улавливается фотокатодом ФЭУ. Фотоны выбивают из фотокатода электроны (фотоэффект). Затем система электродов (динодов) внутри ФЭУ многократно умножает число электронов, создавая на выходе мощный и короткий электрический импульс, который легко зарегистрировать. Амплитуда этого импульса пропорциональна энергии, оставленной частицей в сцинтилляторе, что позволяет проводить спектрометрические измерения.

Ответ: Сцинтилляционный счетчик регистрирует частицы по вспышкам света, возникающим в специальном веществе (сцинтилляторе), и преобразует эти вспышки в электрические импульсы с помощью фотоэлектронного умножителя.

Полупроводниковый детектор
Устройство: Представляет собой кристалл полупроводника (например, кремния или германия) с p-n переходом или p-i-n структурой, к которому приложено обратное смещающее напряжение.
Принцип действия: Действие детектора основано на свойствах p-n перехода. В обедненной области перехода почти нет свободных носителей заряда. Когда ионизирующая частица проходит через эту область, она создает электронно-дырочные пары. Под действием электрического поля электроны и дырки начинают двигаться к противоположным электродам, создавая импульс тока в цепи. Величина заряда в импульсе пропорциональна энергии, поглощенной детектором. Эти детекторы обладают очень высоким энергетическим разрешением.

Ответ: Полупроводниковый детектор регистрирует ионизирующее излучение путем генерации электронно-дырочных пар в объеме полупроводника под действием этого излучения и последующего сбора созданных носителей заряда электрическим полем.