Номер 1, страница 251 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 50. Ионизирующее излучение и его биологическое действие. Задания и упражнения - номер 1, страница 251.

Условие.

1. На рис. 238 приведена схема счётчика Гейгера — прибора для автоматического счёта частиц (применяется в основном для регистрации электронов). Он состоит из стеклянной трубки 1, заполненной при низком давлении неоном или аргоном. Трубка изнутри покрыта металлическим слоем, представляющим собой катод 2. Вдоль оси трубки пропущена тонкая металлическая нить — анод 3. В цепи имеется также источник питания — батарея 4 и резистор 5, с которого напряжение (около 200–1 000 В) подаётся на регистрирующее устройство 6. Объясните действие прибора.

Решение.

Решение

Принцип действия счётчика Гейгера основан на явлении ударной ионизации. Между катодом 2 (внутренняя металлическая поверхность стеклянной трубки 1) и анодом 3 (тонкая металлическая нить вдоль оси трубки) от источника питания 4 подаётся высокое напряжение, близкое к напряжению пробоя газа (неона или аргона), которым заполнена трубка. В обычном состоянии газ является диэлектриком, и ток в цепи отсутствует.

Когда ионизирующая частица (например, электрон, протон или альфа-частица) попадает внутрь трубки, она сталкивается с атомами газа и ионизирует их, то есть выбивает из них электроны. В результате образуются свободные электроны и положительные ионы.

Под действием сильного электрического поля, создаваемого между анодом и катодом, свободные электроны начинают двигаться к положительно заряженному аноду 3, а положительные ионы — к отрицательно заряженному катоду 2. По пути к аноду электроны разгоняются до энергий, достаточных для того, чтобы при столкновении с другими атомами газа также выбивать из них электроны. Этот процесс называется ударной ионизацией.

Каждый новый электрон, в свою очередь, ускоряется полем и ионизирует другие атомы. Процесс нарастает лавинообразно, и в результате к аноду за очень короткое время приходит огромное количество электронов. Это создает кратковременный, но мощный импульс электрического тока в цепи счётчика.

Этот импульс тока протекает через резистор 5 (R), создавая на нём скачок напряжения согласно закону Ома ($U = I \cdot R$). Этот импульс напряжения подаётся на регистрирующее устройство 6, которое подсчитывает количество таких импульсов. Каждый зарегистрированный импульс соответствует одной частице, попавшей в счётчик. После прохождения лавины разряд гаснет (этому способствует и наличие резистора R, и образование облака положительных ионов), и прибор снова готов к регистрации следующей частицы.

Ответ:

Действие счётчика Гейгера основано на способности быстрой заряженной частицы вызывать ударную ионизацию газа. Когда частица пролетает через трубку счётчика, она создаёт на своём пути свободные электроны и ионы. В сильном электрическом поле между анодом и катодом первичные электроны ускоряются и вызывают лавинообразную ионизацию газа. Возникающий в результате этого кратковременный электрический разряд приводит к появлению импульса тока в цепи. Этот импульс регистрируется специальным устройством, что позволяет считать количество частиц, прошедших через прибор.