Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
q0 = CU0.
После того как пролетит частица, заряд конденсатора уменьшится на суммарный заряд образовавшихся ионов, который в свою очередь равен заряду одного иона е9 умноженному на число ионов N. Следовательно, после пролета частицы
q=q0-eN9
73
Рис. 18. Нормальный режим работы ионизационной камеры. Обозначения те же, что и на рис. 17
а потенциал верхней пластины
Ux = q/C=(q0 - eN)jC = U0 - eN/C.
Таким образом, напряжение на конденсаторе уменьшается после попадания в него частицы на величину
AU=U0-U=eN/C.
Изменение напряжения со временем на конденсаторе С графически представлено на рис. 17,6. До момента появления частицы ?i напряжение было постоянным и равным U0. В момент tx оно скачком уменьшилось до Ux и оставалось постоянным до тех пор, пока в ионизационную камеру не попала следующая частица (момент Г2), и т. д. По мере попадания в камеру новых частиц она постепенно разряжается, пока не разрядится совсем. Если же в некоторый момент времени Г3 опять замкнуть ключ K9 то между электродами камеры восстановится первоначальное напряжение U0.
Замыкать и размыкать ключ — дело хлопотное. К тому же частицы могут попадать в камеру настолько часто, что никакой, даже самый проворный, оператор не будет успевать приводить камеру в первоначальное состояние. А нельзя ли сделать так, чтобы заряд камеры восстанавливался автоматически? Оказывается, можно. Для этого достаточно включить камеру в электрическую цепь так, как показано на рис. 18,я. Вместо ключа в этой цепи стоит резистор R. Его сопротивление должно быть настолько большим, чтобы за время движения ионов конденсатор не успевал подзаряжаться от источника тока. Поэтому на
74
первых порах все происходит так же, как и в предыдущем случае, т. е. после пролета частицы напряжение уменьшается на AK Однако как ни мал ток, текущий через большое сопротивление R9 все же он постепенно возвращает потенциал верхней пластины к прежнему значению U0 (рис. 18,6), т. е. восстанавливается первоначальное состояние системы. В результате каждое попадание в ионизационную камеру заряженной частицы сопровождается кратковременным изменением разности потенциалов между ее электродами, своеобразным рывком напряжения, который обычно называют электрическим импульсом. Если мы научимся считать такие импульсы, то тем самым сможем считать пролетающие частицы, а измеряя амплитуду импульсов AU9 можно находить энергию частиц, ибо, как уже отмечалось, входящее в выражение для амплитуды импульсов AU число ионов N определяется энергией частицы E и постоянной величиной е.
Чтобы лучше себе представить, с какими напряжениями приходится иметь дело, проведем небольшой расчет. Предположим, что у нас есть ионизационная камера с площадью каждой пластины S = 100 см2 и расстоянием между пластинами d = 2 см. Емкость такой камеры легко вычислить по формуле
С=е0?Л/«4,4пФ
(единица емкость 1 пФ = 10""12 Ф). Если в эту камеру влетит а-частица энергией 6,8 МэВ, то, как мы видели, возникнет 2•1O5 ионов, а их суммарный заряд eN = 1,6-10"19 •2•1O5 = = 3,2-10"14 Кл.,Таким образом, амплитуда возникшего импульса
Д?/=еЛГ/С = 3,2-10Г14/4,4-1(Г12 «7,3-10"3 В.
Во многих случаях, когда приходится регистрировать частицы меньших энергий и когда ионизационная камера имеет большую емкость, амплитуда импульсов оказывается еще меньше — порядка 1(Г5 В. Совершенно очевидно, что работать со столь маленькими импульсами непосредственно нельзя, поэтому прежде всего их необходимо усилить. О том, как это делается, рассказано в следующей главе.
Ионизационные камеры делают самых разнообразных форм и размеров. Бывают плоские камеры, похожие на ту, о которой только что шла речь, но бывают также цилиндрические или сферические камеры. Есть камеры-малютки, объем которых измеряется несколькими кубическими миллиметрами, и камеры-гиганты объемом несколько сотен литров. В зависи-
75
мости от назначении ионизационные камеры наполняют воздухом, водородом или каким-нибудь другим газом; их электроды покрывают иногда некоторыми специальными веществами. Но при всем разнообразии деталей любая ионизационная камера работает так, как об этом было рассказано.
ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ СЧЕТЧИКИ
Из рассмотрения работы ионизационной камеры можно сделать вывод о том, что прикладываемое к камере напряжение служит только для "растаскивания" ионов и его значение никак не влияет на амплитуду возникающего импульса. Однако это верно лишь в определенной области значений напряжения. При очень больших напряжен-ностях электрического поля ионы при своем движении к электродам получают настолько большую энергию, что сами начинают ионизовать газ, порождая новые ионы. В результате общее число ионов может увеличиться в сотни раз и во столько же раз увеличится амплитуда возникающего импульса напряжения. Это явление получило название газового усиления. В отличие от процессов, происходящих в ионизационной камере, газовое усиление (а следовательно, и амплитуда снимаемого импульса) зависит от приложенного к электродам напряжения (Z0* Но и в этом случае величина импульса остается пропорциональной энергии пролетевшей частицы. Поэтому прибор, работающий в описанном режиме, называют пропорциональным счетчиком.
