Номер 1, страница 113 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

1. Как устроен счётчик Гейгера—Мюллера?

1. Как устроен счётчик Гейгера—Мюллера?

Счётчик Гейгера—Мюллера, также известный как газоразрядный счётчик, является детектором ионизирующего излучения. Его основной частью является газоразрядная трубка. Она представляет собой герметичный цилиндрический резервуар, который служит катодом (отрицательным электродом). Этот цилиндр может быть металлическим или стеклянным с внутренним металлическим напылением. По центральной оси трубки натянута тонкая металлическая проволока (чаще всего вольфрамовая), выполняющая роль анода (положительного электрода). Анод и катод электрически изолированы друг от друга с помощью изоляторов на концах трубки.

Внутреннее пространство трубки заполнено смесью газов под низким давлением (порядка 10–20 кПа). Основу составляет инертный газ (например, аргон, неон), к которому добавлено небольшое количество гасящего газа (пары спирта или галогены, например, бром). Гасящая добавка необходима для правильной работы прибора.

Для того чтобы в трубку могли проникать частицы с невысокой проникающей способностью, такие как альфа- и бета-частицы, один из её торцов оборудован тонким входным окном, изготовленным из материала, слабо поглощающего излучение (например, слюды). Для регистрации гамма-излучения специальное окно не требуется, так как гамма-кванты могут пройти через стенки корпуса.

К электродам счётчика подключается источник высокого напряжения (от нескольких сотен до более тысячи вольт), который создаёт между ними сильное электрическое поле. Внешняя регистрирующая схема, подключённая к счётчику через нагрузочный резистор, фиксирует и подсчитывает возникающие электрические импульсы, преобразуя их в звуковой сигнал (щелчки) или числовые данные на дисплее.

Ответ: Счётчик Гейгера—Мюллера состоит из герметичной трубки (выполняющей роль катода), заполненной инертным газом с гасящей добавкой, и натянутой по её оси тонкой нити (анода). К электродам приложено высокое напряжение, а к внешней цепи подключена регистрирующая аппаратура для фиксации электрических импульсов.

2. Каков принцип действия счётчика Гейгера—Мюллера?

Принцип работы счётчика основан на явлении ударной ионизации, приводящем к возникновению самостоятельного газового разряда при попадании ионизирующей частицы в рабочий объём детектора.

Процесс регистрации частицы можно разделить на несколько ключевых этапов.
1. Ионизация. Пролетая через газ в трубке, ионизирующая частица (альфа-, бета-частица или гамма-квант) сталкивается с атомом инертного газа и выбивает из него электрон. В результате образуется первичная ионная пара: отрицательно заряженный электрон и положительно заряженный ион.
2. Развитие лавины. Под действием сильного электрического поля, созданного высоким напряжением, первичный электрон устремляется к аноду, набирая высокую скорость и энергию. На своём пути он сталкивается с другими атомами газа, ионизируя их. Каждый акт ионизации порождает новые электроны, которые также ускоряются и участвуют в ионизации. Процесс приобретает лавинообразный характер, и к аноду движется целая электронная лавина. Этот эффект называется таунсендовским разрядом.
3. Формирование импульса. Лавина электронов за очень короткое время (менее микросекунды) достигает анода, вызывая короткий, но мощный импульс тока во внешней электрической цепи. Важной особенностью счётчика является то, что амплитуда этого импульса практически не зависит от начальной энергии и типа частицы, вызвавшей разряд. Каждая зарегистрированная частица генерирует один стандартный импульс.
4. Гашение разряда. После сбора электронов на аноде, в трубке остаётся облако медленных положительных ионов, движущихся к катоду. При ударе о катод они могли бы выбить из него вторичные электроны, что привело бы к возникновению нового разряда и непрерывной работе счётчика. Чтобы этого избежать, используется гасящий газ. Его молекулы имеют более низкий потенциал ионизации, чем атомы инертного газа. Они перехватывают заряд у положительных ионов и, достигнув катода, нейтрализуются, затрачивая энергию на диссоциацию (распад молекулы), а не на эмиссию электронов. Это прекращает разряд и подготавливает счётчик к регистрации следующей частицы.
5. Регистрация. Каждый импульс тока, возникающий в цепи, усиливается и подсчитывается электронной схемой. Частота следования импульсов прямо пропорциональна мощности дозы (интенсивности) ионизирующего излучения.

Ответ: Принцип действия основан на регистрации лавинного газового разряда, инициируемого в трубке счётчика каждой пролетевшей ионизирующей частицей. Этот разряд создаёт короткий электрический импульс, который подсчитывается регистрирующей электроникой, что позволяет судить об интенсивности излучения.