Номер 1, страница 261 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. По рисунку 184 расскажите об устройстве и принципе действия счётчика Гейгера.

1. По рисунку 184 расскажите об устройстве и принципе действия счётчика Гейгера.

Счётчик Гейгера (или счётчик Гейгера-Мюллера) — это газоразрядный прибор, предназначенный для обнаружения и измерения ионизирующего излучения. Несмотря на отсутствие рисунка, можно описать его стандартное устройство и принцип работы.

Устройство счётчика:

• Основным элементом является герметичная трубка, которая служит газоразрядной камерой. Чаще всего это металлический цилиндр или стеклянная трубка с нанесенным на внутреннюю поверхность проводящим слоем. Этот цилиндр выполняет роль катода (отрицательного электрода).
• Вдоль оси цилиндра натянута тонкая металлическая нить (обычно из вольфрама), которая является анодом (положительным электродом). Анод и катод изолированы друг от друга.
• Трубка заполнена инертным газом (например, аргоном, неоном) под низким давлением (около 10-20 кПа). В газ также добавляют небольшое количество "гасящей" примеси — органического вещества (например, паров спирта) или галогена (например, брома).
• К электродам через высокое сопротивление (резистор $R$) подключается источник высокого напряжения (от 400 до 1500 В). Величина напряжения подбирается так, чтобы оно было немного ниже напряжения самостоятельного газового разряда.
• Для регистрации частиц с низкой проникающей способностью, таких как альфа-частицы, в корпусе счётчика имеется тонкое входное окно, например, из слюды.

Принцип действия:

1. Когда ионизирующая частица (альфа-, бета-частица или гамма-квант) попадает в рабочий объём счётчика, она взаимодействует с атомами газа, выбивая из них электроны и создавая таким образом первичные электронно-ионные пары.
2. Под действием сильного электрического поля, создаваемого высоким напряжением, образовавшиеся электроны начинают двигаться к аноду, а положительные ионы — к катоду.
3. Вблизи тонкой нити анода электрическое поле особенно сильное. Электроны, ускоряясь в этом поле, приобретают энергию, достаточную для ионизации других атомов газа при столкновениях. Этот процесс, называемый ударной ионизацией, приводит к возникновению электронной лавины.
4. Развитие лавины приводит к кратковременному несамостоятельному газовому разряду. В результате через резистор $R$ протекает короткий импульс тока.
5. Этот импульс вызывает падение напряжения на резисторе, которое регистрируется усилителем и счётчиком импульсов. Каждому зарегистрированному импульсу соответствует одна попавшая в счётчик частица.
6. После прохождения разряда "гасящая" добавка помогает быстро прекратить лавину и вернуть счётчик в исходное состояние, готовое к регистрации следующей частицы. Молекулы гасящего газа поглощают энергию положительных ионов, не давая им выбить вторичные электроны из катода и вызвать повторный, ложный разряд.

Ответ: Счётчик Гейгера представляет собой газонаполненную трубку с двумя электродами (анодом и катодом), к которым приложено высокое напряжение. Его действие основано на явлении ударной ионизации: пролетающая частица ионизирует газ, создавая первичные электроны, которые в сильном электрическом поле вызывают лавину ионов и электронов. Эта лавина представляет собой короткий электрический разряд, который регистрируется как импульс тока, свидетельствующий о попадании частицы в счётчик.

2. Для регистрации каких частиц применяется счётчик Гейгера?

Счётчик Гейгера — универсальный детектор, чувствительный к любому виду ионизирующего излучения. Однако его эффективность регистрации для разных частиц различна.

Он применяется для регистрации:

• Бета-частиц ($β$-частиц): это электроны или позитроны. Так как они являются заряженными частицами и обладают достаточной проникающей способностью, чтобы пройти через стенку или окно счётчика, эффективность их регистрации очень высока и близка к 100% (для частиц, попавших в рабочий объём).
• Альфа-частиц ($α$-частиц): это ядра атомов гелия. Они обладают очень высокой ионизирующей способностью, но очень низкой проникающей. Поэтому для их регистрации счётчик должен иметь специальное тонкое входное окно.
• Гамма-квантов ($\gamma$-квантов) и рентгеновского излучения: это фотоны высокой энергии. Они не имеют заряда и ионизируют газ слабо. Их регистрация происходит в основном косвенно: гамма-квант выбивает электрон из материала катода (стенки счётчика), и уже этот вторичный электрон вызывает газовый разряд. Из-за низкой вероятности такого взаимодействия эффективность регистрации гамма-излучения счётчиком Гейгера невелика и составляет обычно 1–2%.

Стандартные счётчики Гейгера практически нечувствительны к нейтронам, так как нейтроны не имеют электрического заряда и не вызывают ионизацию напрямую. Для регистрации нейтронов используются специальные счётчики, заполненные, например, газом трифторидом бора ($BF_3$) или имеющие стенки, покрытые бором или литием. Нейтрон, взаимодействуя с ядром бора, вызывает ядерную реакцию с испусканием альфа-частицы, которая уже легко регистрируется счётчиком.

Ответ: Счётчик Гейгера применяется для регистрации заряженных частиц (в первую очередь бета-частиц, а при наличии тонкого окна — и альфа-частиц), а также гамма-квантов и рентгеновского излучения.