Presentation om fysik på ämnet: "Experimentella metoder för att studera partiklar." Presentation om fysik om ämnet: "Experimentella metoder för att studera partiklar" Presentation av geigerräknarens funktionsprincip
Kompletterad av: Andrey Andreyenko
Gomel 2015
Geiger-Muller-disken - uppfann 1908 av G. Geiger, senare förbättrad av W. Muller, som implementerade flera varianter av enheten Den innehåller en kammare fylld med gas, varför denna enhet också kallas gasfyllda detektorer.
Principen för mätarens funktion Mätaren är en gasutsläppsvolym med en mycket inhomogen
elektriskt fält. Oftast används mätare med koaxiellt placerade cylindriska elektroder:
den yttre cylindern är katoden och en gänga med en diameter på 0,1 mm sträckt på sin axel är anoden. Den interna, eller samlande, elektroden (anoden) är monterad på isolatorer. Denna elektrod är vanligtvis gjord av volfram, vilket ger en stark och enhetlig tråd med liten diameter. Den andra elektroden (katoden) utgör vanligtvis en del av mätarskalet. Om rörets väggar är av glas, är dess inre yta täckt med ett ledande skikt (koppar, volfram, nikrom, etc.). Elektroderna är placerade i en hermetiskt tillsluten tank fylld med lite gas (helium, argon, etc.) till ett tryck på flera centimeter till tiotals centimeter kvicksilver. För att överföringen av negativa laddningar i räknaren ska kunna utföras av fria elektroner måste gaserna som används för att fylla räknarna ha en tillräckligt låg elektronvidhäftningskoefficient (som regel är det ädelgaser). För att registrera partiklar med kort räckvidd (α-partiklar, elektroner) görs ett fönster i mottanken genom vilket partiklarna kommer in i arbetsvolymen.
a - ände, b - cylindrisk, c - nålformad, d - mantlad disk, d - planparallell
Geigerräknare är uppdelade i icke-självsläckande och självsläckande
Extern urladdningsskyddskrets.
I gasfyllda mätare färdas positiva joner hela vägen till katoden och neutraliseras nära den och avlägsnar elektroner från metallen. Dessa extra elektroner kan leda till en annan urladdning om inte åtgärder vidtas för att förhindra och släcka den. Urladdningen i mätaren släcks genom att en motståndsmätare ingår i anodkretsen. I närvaro av ett sådant motstånd stannar urladdningen i mätaren när spänningen mellan anoden och katoden minskar på grund av ansamlingen av elektroner vid anoden till värden som är lägre än de som är nödvändiga för att upprätthålla urladdningen. En betydande nackdel med detta schema är den låga tidsupplösningen, i storleksordningen 10−3 s eller mer.
Självsläckande mätare.
För närvarande används icke-självsläckande mätare sällan, eftersom bra självsläckande mätare har utvecklats. Uppenbarligen, för att stoppa urladdningen i räknaren, är det nödvändigt att eliminera orsakerna som upprätthåller urladdningen efter passagen av en joniserande partikel genom räknarens volym. Det finns två sådana skäl. En av dem är ultraviolett strålning som genereras under urladdningsprocessen. Fotoner av denna strålning spelar en dubbel roll i urladdningsprocessen. Deras positiva roll i en självsläckande mätare
Urladdningsutbredning längs motglödtråden är utstötningen av fotoelektroner från katoden, vilket leder till att urladdningen upprätthålls. En annan orsak till uppkomsten av sekundära elektroner från katoden är neutraliseringen av positiva joner vid katoden. I en normalt fungerande räknare bör urladdningen avbrytas vid den första lavinen. Den vanligaste metoden för att snabbt släcka ett utsläpp är att lägga till en annan gas som kan släcka utsläppet till huvudgasen som fyller mätaren. En mätare med sådan fyllning kallas självsläckande.
En molnkammare kan kallas ett "fönster" in i mikrovärlden. Det är ett hermetiskt tillslutet kärl fyllt med vattenånga eller alkoholer nära mättnad.
Molnkammaren spelade en stor roll för att studera materiens struktur. Under flera decennier förblev det praktiskt taget det enda verktyget för visuell studie av kärnstrålning. 1927 fick Wilson Nobelpriset i fysik för sin uppfinning.
Geiger mätare
Geiger mätare(eller Geiger-Muller-räknare) är en gasfylld räknare av laddade elementarpartiklar, vars elektriska signal förstärks på grund av sekundär jonisering av räknarens gasvolym och inte beror på den energi som partikeln lämnar i denna. volym. Uppfanns 1908 av H. Geiger och E. Rutherford, senare förbättrad av Geiger och W. Muller.
Motapplikation
Geigerräknaren används främst för att registrera fotoner och y-kvanta.
Räknaren registrerar nästan alla elektroner som faller in i den.
Registrering av komplexa partiklar är svår.
Bubbelkammare
Bubbelkammaren uppfanns av Donald Glaser (USA) 1952. Glaser fick Nobelpriset för sin upptäckt 1960. Luis Walter Alvarez förbättrade Glaser bubbelkammare genom att använda väte som en överhettad vätska. Och även för att analysera hundratusentals fotografier som tagits under forskning med hjälp av en bubbelkamera, var Alvarez den första att använda datorprogram, vilket gjorde det möjligt att analysera data i mycket hög hastighet.
Bubbelkammaren använder egenskapen hos en ren överhettad vätska för att koka (bilda ångbubblor) längs vägen för en laddad partikel. En överhettad vätska är en vätska som har värmts upp till en temperatur över sin kokpunkt under de givna förhållandena.
Det överhettade tillståndet uppnås genom en snabb (5-20 ms) minskning av externt tryck. Under några millisekunder blir kameran känslig och kan upptäcka en laddad partikel. Efter att ha fotograferat spåren stiger trycket till sitt tidigare värde, bubblorna "kollapsar" och kameran är redo att användas igen
ABSTRAKT
" Geiger–Mullerräknare"
Funktionsprincip
a) Räknare och kopplingskrets. En Geiger–Mullerräknare, tillsammans med en scintillationsräknare, används i de flesta fall för att räkna joniserande partiklar och framför allt partiklar och sekundära elektroner som genereras under inverkan av strålar. Denna räknare består vanligtvis av en cylindrisk katod, inuti vilken en tunn tråd sträcks längs sin geometriska axel på isolatorer, som tjänar som en anod. Gastrycket inuti röret är vanligtvis i storleksordningen 1 Z10 atm.
Det schematiska diagrammet för att slå på räknaren visas i fig. Spänning tillförs mätaren U, som för de mest använda räknarna når 1000 V; resistans kopplas i serie med räknaren R. Spänningsfallet som orsakar R när ström passerar genom mätaren, kan bestämmas med en lämplig mätanordning. En förstärkare används oftast för detta ändamål för enkla experiment, en strängelektrometer kan också användas. Kapacitet anges med prickad linje MED representerar den totala kapacitansen för den krets som är ansluten parallellt med resistansen R. Det är nödvändigt att säkerställa att det alltid finns en negativ spänning på cylindern, eftersom om polerna är felaktigt anslutna kan mätaren göras oanvändbar.
b) Utloppsmekanism.Åtgärden hos den beskrivna kretsen beror avsevärt på spänningen U. Vid mycket låga spänningar rör sig jonerna som bildas i gasen mellan katoden och anoden under påverkan av laddade partiklar mot elektroderna så långsamt att en del av dem lyckas rekombinera innan de når elektroden. Men vid en spänning högre än mättnadsspänningen U 5 når alla joner elektroderna, och om kretsens tidskonstant är mycket större än jonernas uppsamlingstid, då, på grund av motståndet R, en spänningspuls uppstår lika med AU= = ne/S, som minskar med tiden, som
/>. I detta område sträcker sig från U$ till spänning Upt, fungerar räknaren som en vanlig joniseringskammare.
Under spänning Upi fältstyrkan i anodens omedelbara närhet blir så hög att antalet primära joner som produceras av de joniserande partiklarna ökar på grund av stötjonisering. Istället för h primärelektroner anländer till anoden pA elektroner. Gasförstärkningsfaktor A,ökar med ökande spänning, i "proportionell region" mellan UPl Och Upp1 är inte beroende av primär jonisering; därför kommer antalet spänningspulser som uppstår till exempel vid motståndet A under påverkan av en starkt joniserande b-partikel och en snabb b-partikel att relatera till varandra som de primära joniseringarna av båda partiklarna. Under spänning USY få A= i, och vid den övre gränsen av detta område kan det nå ett värde av 1000 eller mer. Vid högre spänning UR, få A inte längre beror på primär jonisering, så att pulserna som härrör från svagt och starkt joniserande partiklar blir alltmer utjämnade. På Ugl– tröskelspänning, "motplatå" eller "Geigerregion" - alla pulser har nästan samma storlek, oavsett primär jonisering. Vid spänningar högre än den inte särskilt tydligt definierade spänningen Ug2 , ett stort antal falska pulser uppstår, som så småningom övergår i en kontinuerlig urladdning.
SIDBRYTNING--
Schematiskt diagram över att slå på räknaren
Amplitudkarakteristik för mätaren beroende på spänning
Räknarna som beskrivs nedan fungerar i Geigerregionen mellan Ug1 Och Ug2 .
Den mycket komplexa urladdningsprocessen i platåområdet kan beskrivas ungefär som följer. Elektroner som genereras under primär jonisering skapar ett tätt moln av joner i omedelbar närhet av anoden som ett resultat av den kombinerade verkan av stötjonisering och fotojonisering av ultraviolett ljuskvanta. På grund av den höga rörelsehastigheten, molnen som dök upp i detta moln fria elektroner för mycket en kort tid falla på anoden, medan vid en gasökning på 1000 de långsammare positiva jonerna fortfarande rör sig något bort från sina ursprungsplatser. Eftersom en positiv rymdladdning uppstår direkt runt tråden är fältstyrkan där för 10 ~6 sek eller mindre minskar så mycket att stötjonisering blir omöjlig, och elektronlavinen upphör omedelbart. Men under IO-4 sek positiva joner rör sig till katoden och bildar vanligtvis sekundära elektroner där när de neutraliseras. Dessa fotoelektroner rör sig mot anoden och orsakar där en ny lavin; Som ett resultat kan fördröjda urladdningar eller oscillerande koronaurladdningar uppstå. Uppkomsten av joner med negativ laddning eller metastabila atomära tillstånd kan också orsaka sådana störningar. Man tror att räknaren för laddade partiklar uppfyller sitt syfte endast om det är möjligt att undertrycka dessa efterurladdningar. För det senare är det nödvändigt att antingen minska spänningen vid mätaren under tillräckligt lång tid efter urladdningen, eller att välja lämpliga gaser för att fylla mätaren.
c) Utsläppssläckning. Spänningen på mätaren minskar varje gång den utlöses med ett belopp
Om läckagemotstånd L tillräckligt stor, då är intervallet lika med pAe, dränerar så långsamt att spänningen åter når det tröskelvärde som krävs för att trigga räknaren först efter att alla positiva joner har försvunnit; Först efter denna dödtid kan räknaren igen anses vara redo att räkna nästa partikel. Det är känt från experiment att t.ex.
Självsläckande räknare som producerar urladdningspulser som bara varar några tiotusendelar av en sekund , erhålls genom att fylla mätarna med en polyatomisk gas, såsom metan, eller genom att tillsätta en sådan gas till en ädelgas, om den senare införs i mätaren. Dessa gaser får tydligen energi från interfererande joner eller metastabila ädelgasatomer vid dissociation; därför uppstår praktiskt taget inga nya elektroner och inga störande efterurladdningar inträffar. Eftersom släckgasen gradvis sönderfaller främst på grund av dissociation, blir sådana räknerör oanvändbara efter IO7–IO9-urladdningar.
d) Mätarens egenskaper. För att kontrollera kvaliteten på disken, hitta kvantiteten N spänningspulser som uppstår vid motståndet R med konstant bestrålning av mätaren beroende på spänningen på mätaren U. Som ett resultat erhålls mätarkarakteristiken i form av en kurva som visas i fig. Spänning U", vid vilken de första pulserna börjar observeras beror på tröskelspänningen hos den använda mätanordningen, som i de flesta fall är flera tiondels volt. Så snart pulshöjden överstiger tröskelvärdet kommer den att räknas och med ytterligare spänningsökning N bör förbli konstant när spänningen ökar ytterligare till slutet av Geigerregionen. Detta fungerar naturligtvis inte perfekt; tvärtom, som ett resultat av uppkomsten av individuella falska urladdningar, har platån en mer eller mindre uttalad jämn stigning. I mätare som arbetar i det proportionella området är det möjligt att erhålla en nästan horisontell platå av karakteristiken.
För bra räknare gäller följande krav: platån ska vara så lång och jämn som möjligt, d.v.s. om området mellan Ug, Och Ug2 bör vara lika med minst 100 V, då bör ökningen av antalet pulser inte vara mer än några procent för varje 100:e V spänning; karakteristiken måste vara oförändrad under lång tid och inom ett tillräckligt område oberoende av temperatur; Känsligheten för partiklar bör vara praktiskt taget 100 %, d.v.s. Varje motpartikel som passerar genom de känsliga utrymmena måste registreras. Det är önskvärt att mätaren har en låg tröskelspänning och producerar stora spänningspulser. Nedan kommer vi att uppehålla oss i detalj vid i vilken utsträckning dessa egenskaper hos räknaren beror på fyllmedlet, typen och formen på elektroderna och räknarens omkopplingskrets.
Fortsättning
--SIDBRYTNING--
B) Tillverkning av mätare
a) Allmänna bestämmelser. Stor omsorg och renlighet krävs vid tillverkning av mätare; till exempel kan små dammfläckar, eller fragment av elektroder, eller små mängder främmande gaser, som vattenånga, redan göra mätaren oanvändbar. Men även när dessa krav är uppfyllda är inte alla räknare framgångsrika, så beroende på olika omständigheter kan partikelräkning ske med ett större eller mindre fel. Viktig roll Under tillverkningen av mätaren är frånvaron av damm och noggrann rengöring av elektroderna viktigt. Och glasrör för fett Och andra föroreningar och bra vakuumteknik. För att röret ska ha lång livslängd måste påfyllningsgasen hela tiden hållas ren. För detta ändamål är det bäst att använda glasrör med smälta elektroder, som kan glödgas bättre i vakuum. Eftersom det ibland är omöjligt att undvika limfogar är det åtminstone nödvändigt att använda ett lim med lågt ångtryck Och obetydlig löslighet i organiska gaser som tillsätts fyllgasen för att släcka utsläppet.
Räknarna som beskrivs nedan, vid lämplig spänning, kan fungera som proportionella räknare om en linjär förstärkare med tillräckligt hög förstärkning ansluts mellan räkneröret och räkneanordningen.
b) Gaspåfyllning. 1) Gastryck. Den genomsnittliga specifika joniseringen av snabba elektroner för de flesta gaser är cirka 20 till 100 jonpar per centimeter körsträcka vid atmosfärstryck; den är omvänt proportionell mot trycket. För att en sådan elektron ska ha en väglängd på ungefär 2 centimeter antagligen bildat minst ett par joner i räknaren Och detta skulle orsaka en signal i mätaren, ett minimitryck på cirka 50 krävs mm rt. Konst. Den övre tryckgränsen ställs oftast in på denna nivå; vid högre tryck skulle driftspänningen på mätaren behöva ställas in för högt.
2) Ej självsläckande mätare. I icke-självsläckande mätare, genom att välja en lämplig gas för att fylla dem och motsvarande kretsparametrar, är det möjligt att få dödtiden till ett värde mindre än 10-4 sek. Framgångsrika fyllmedel är ädelgaser, som naturligtvis inte behöver vara uteslutande rena; Det är bättre att lägga till en viss mängd av en annan gas till dem för att eliminera de metastabila tillstånden av ädelgasatomer som uppträder efter utsläppet.
Den specifika joniseringen av helium är mycket liten, så den bör användas vid ett tryck på minst 200 mm rt. Konst.; helium kan användas upp till atmosfärstryck; därför är den lämplig för diskar med mycket tunna fönster. Driftspänningen även vid atmosfärstryck är cirka 1100 V. Särskilt lämpliga gaser är argon och neon, som har hög specifik jonisering och relativt låg driftspänning. Tillsatsen av upp till 10 % väte har visat sig vara extremt framgångsrik, och en liten mängd kvicksilverånga kan eliminera metastabila tillstånd; men tillsats av syre bör undvikas på grund av faran för bildandet av negativa joner vid katoden. Om koldioxid används som fyllmedel kan bildningen av negativa joner undvikas genom att tillsätta CS2 till den. Negativa joner förekommer i stora mängder i luften, så det är inte lämpligt att fylla mätare. Alla gaser måste torkas noggrant, eftersom negativa joner särskilt lätt bildas i vattenånga. Organiska ångor bör också undvikas; de kan till exempel uppstå vid användning av lim.
Argon med tillsats av några procent CO2 och i synnerhet ren metan, som vid atmosfärstryck långsamt och kontinuerligt strömmar från en stålcylinder genom en tryckreduceringsventil in i ett mätrör isolerat från luft, används som påfyllningsgas proportionellt. meter.
3) Självsläckande mätare. För självsläckande räknare är dödtiden vanligtvis flera tiotusendelar av en sekund. För att producera självsläckande mätare av hög kvalitet är det nödvändigt att både fyllmedlet och släckningsgasen är mycket rena, eftersom även mindre föroreningar kan störa släckningsprocessen.
Det vanligaste fyllmedlet är en blandning av argon och 5–10 % etanol med ett totalt tryck på cirka 100 mm rt. Konst. Ju högre alkoholhalt, desto mindre jämn är meterplatån. Spår av vattenånga eller luft, samt lätt kväveförorening, leder till försämring av platån. I närvaro av alkoholånga, på grund av deras dissociation under påverkan av urladdningar, försämras mätarnas platå över tiden och driftspänningen ökar. Bra räknare V i smältglasrör misslyckas de efter IO8–10" urladdningar och måste fyllas på igen. Mätare tillverkade med organiskt lim är ännu mindre stabila. Eftersom sådana mätare inte kan kalcineras och lämnar dem på en vakuumpump, leds ett utsläpp genom dem i 1 –2 dagar; till en början fylls de bara med alkoholånga så att limytan är mättad med alkohol Först de följande dagarna fylls de faktiskt med gas.
Förutom alkohol kan även en rad andra organiska gaser eller ångor användas som släckande förorening, till exempel metylal 2), myr-etyleter, metan, xylen, koltetraklorid, svaveleter, etylen etc. Mätarnas livslängd, beroende på egenskaperna hos de ångor som ingår i fyllmedlet, sträcker sig från 10" till IO9-utsläpp. Metan kan också användas som en oberoende mätarfyllare.
Med en anodrådsdiameter på 0,1 är gastrycket från 50 till 120 mm rt. Konst. tröskelspänningen sträcker sig mellan 800 och 12U0 V, om mätaren använder ångor av organiska ämnen som släckare.
Av de diatomiska gaserna kan endast halogener användas som släckande tillsats för ädelgaser; denna tillsats bör endast vara några tusendelar, eftersom negativa joner annars kommer att bildas, vilket stör släckningsprocessen. Eftersom halogenmolekylerna inte sönderdelas, är räknarens livslängd inte begränsad i detta avseende. Enligt Libzon och Friedman är neon särskilt lämpligt för att fylla diskar, som tillsätts en blandning av fyra delar argon med en del klor i en mängd av 0,1–1 %. Med ett totalt tryck på 200 till 500 mm rt. Konst. Driftspänningen varierar från 250 till 600 V. Argon med tillsats av några tusendelar brom eller neop med klor ger också en låg tröskelspänning; dock är platån i detta fall mindre bra.
Fortsättning
--SIDBRYTNING--
c) Katoder. Koppar är det mest lämpliga materialet för katoder; dessutom kan grafit, silver, guld och platina användas; De används i synnerhet i glasdiskar i form av tunna beläggningar. Rostfritt stål och mässing kan också användas. Metallrör är väl polerade inuti och rengörs noggrant med alkohol eller aceton före installation. Metaller vända på en svarv eller polerade uppvisar spontan elektronemission direkt efter bearbetning, som gradvis försvinner. Därför rekommenderas det att värma upp de mekaniskt bearbetade katoderna innan mätaren monteras eller lämna dem i luften i 24 timmar.
För att tillförlitligt rengöra kopparkatoder, särskilt i icke-självsläckande mätare, används en blandning av lika delar 50 % salpetersyra och 90 % svavelsyra, som späds med 5–10 delar vatten. Efter behandling med denna komposition tvättas katoden 5–10 gånger med vatten och slutligen med destillerat vatten; värm sedan röret i cirka 2 timmar i högvakuum vid en temperatur av 350–400 ° C. Om fyllmedlet innehåller en blandning av väte, reduceras kopparkatoderna i väte; om syre är en konstant komponent i fyllmedlet, täcks de rengjorda katoderna, efter intensiv uppvärmning i luft eller syre, med en tunn film av oxid. Det rekommenderas också att värma det i en atmosfär av kväveoxid tills en film bildas som är färgad mörklila.
Vissa metaller, såsom aluminium och bly, är ibland svåra att använda som katodmaterial. Men om de trots detta fortfarande måste användas, är insidan av röret täckt med aquadag eller ett tunt lager koppar, som avsätter det genom avdunstning i vakuum. Om det är nödvändigt att löda mässingspluggar i ett aluminiumrör, är rörets ändar klädda med koppar.
Den optimala känsligheten hos räknaren för att studera röntgennålar uppnås genom att göra tjockleken på katodväggen ungefär lika med väglängden för sekundära elektroner i ett givet material. Räknarens känslighet för strålning, d.v.s. andelen kvanta som räknas räknas i förhållande till alla kvanter som kommer in i räknaren beror på katodernas material och på strålningsenergin. Känsligheten hos aluminiumkatoder minskar från 2 % vid en energi på 10 kee till cirka 0,05 % vid 100 energi kee och ökar sedan igen med 1,5 % vid 2,6 Aiae. Känslighet för koppar- eller mässingsmätare vid 10 kab och 2,6 Mav ungefär samma; dess minimum ligger mellan 200 och 300 kee och är cirka 0,1 %. Katoder gjorda av tungmetaller, som bly eller guld, har en känslighet som minskar ojämnt från 3–4 % vid 10 kee till cirka 0,8 % vid 600 kee, och ökar sedan igen till 2 % vid 2,6 Mav Anoder. Det är bäst att använda volframtråd med samma diameter längs hela längden som anoder. Du kan också framgångsrikt använda trådar gjorda av andra metaller, såsom kovar, rostfritt stål och vanligt stål. Eftersom driftspänningen ökar med ökande tråddiameter är det nödvändigt att använda den tunnaste tråden som möjligt: den nedre gränsen för diametern är cirka 0,08 mm; med en diameter större än 0,3 mm, det finns inte längre en bra platå.
För att smälta ihop tråden i mätarens glasvägg eller in i glasisolatorn, svetsas lämpliga trådsektioner med en tjocklek på 0,5–1 till båda ändarna av tråden genom punktsvetsning mm för smältning till glas. Innan installation i mätaren måste tråden rengöras noggrant; Du bör under inga omständigheter röra vid tråden med fingrarna. Det är bättre att kalcinera allt i högvakuum eller i väteatmosfär. Om mätarens utformning är sådan att båda ändarna av tråden sticker ut utåt, så kalcineras tråden omedelbart innan mätaren fylls med gas. För att erhålla en viss effektiv längd på anoden är trådens båda ändar inneslutna i tunna glaskapillärer eller i metallstift som sticker något in i katoden; tråden kan begränsas i längd med hjälp av smälta glaspärlor eller glasstavar.
I proportionella räknare, för att förhindra små urladdningar mot anoden längs isolatorns yta, rekommenderas att omge anodingången med en skyddsring, vars potential är konstant och ungefär lika med anodpotentialen.
Glasdisk
e) Form på mätare. Nedan finns instruktioner för att göra diskar själv.
1) Mått. Räknare kan vara väldigt olika i form och storlek, vilket förklaras av det stora utbudet av deras applikationer. I de flesta fall används mätare med en katoddiameter mellan 5 och 25. mm och anodtrådar med längder från 2 till 20 Cjh; När man studerar till exempel kosmisk strålning används mycket längre räknare. I allmänhet bör räknarens längd vara många gånger större än dess diameter. Eftersom räknarens dödtid ökar ungefär i proportion till kvadraten på katoddiametern är det bättre att använda flera parallellkopplade räknare med liten diameter istället för en räknare med stor diameter; till exempel istället för en enmetersräknare med en diameter på 3 centimeter du kan använda ett komplex av sju diskar, var och en med en diameter på 1 centimeter, som är sammansmälta till ett glasrör och har en gemensam gasfyllning. I mycket långa självsläckande mätare kan en kortare dödtid erhållas om anodtråden delas i flera delar genom att smälta ihop små glaspärlor med en diameter på cirka 0,5 mm.
Ingång till en metallmätare med en lödd metallplugg, glasisolator och metallbas.
Vätskemätare
2) Glasdiskar. Den enklaste glasdisken visas i fig. Katoden är ett tunnväggigt metall- eller kolrör sammansmält till ett glasrör, med ändarna väl rundade eller lätt böjda utåt; Du kan också avsätta ett tunt lager av metall på innerväggarna av ett glasrör med hjälp av vakuumavdunstning eller kemisk avsättning. Speciellt tunna grafitlager, som erhålls genom att applicera ett lager av aquadag, är också lämpliga för detta ändamål. Innan metall- eller grafitskikt appliceras är det nödvändigt att rengöra glasröret mycket noggrant med en lösning av kaliumdikromat i svavelsyra eller annat liknande rengöringsmedel, eftersom det är nödvändigt att skiktet fäster väl vid glaset; annars, om små filmer separeras från lagret, kommer disken snabbt att bli oanvändbar. Anslutningen till katoden görs i form av en tunn tråd smält till ett glasrör. För ett mjukt sodaglasrör med en väggtjocklek på mindre än 0,8 mm ett grafitskikt kan appliceras på utsidan av ett glasrör: konduktiviteten hos tunna glasskikt är tillräcklig för att tillåta ström att passera genom väggen.
Disk med tunn glimmerbotten
Eftersom de flesta katoder, redan under påverkan av synligt ljus, avger en liten mängd fotoelektroner som driver räknaren, är det nödvändigt att noggrant skydda räknarna med skärmar från inverkan av ljusstrålar under mätningar. Det är bäst att belägga glasöverdrag med en ljustät, välisolerande lack eller ceresin, i vilken ett ogenomskinligt färgämne, lösligt i fett, tillsätts. .
Fortsättning
--SIDBRYTNING--
3) Metallräknare. Det enklaste sättet är att göra en meter från ett metallrör, vars båda ändar är stängda med välpassade isolatorer limmade med picein eller, om de kommer att fungera kl. hög temperatur, araldite. Mässingsstift borrade längs längden med en tjocklek på 3 till 4 installeras i isolatorerna i mitten mm med väl rundade kanter, flera utskjutande mm inuti röret. Anodtråden dras genom hålen i stiften och löds i deras yttre ändar. Dessutom är ett tunt glasrör installerat i en av isolatorerna för pumpning och fyllning av mätaren. Ebonit släpper lätt ut gas, vilket snabbt gör mätaren oanvändbar; därför bör sådana isolatorer endast användas i de där fall där mätarens livslängd inte är viktig. Det är bättre att använda plexiglas, trolitol och liknande material; mer lämpliga material för isolatorer är dock glas eller keramiska ämnen som porslin, täljsten etc. För glasisolatorer kan användningen av lim undvikas genom att använda glasrör med metallrör smälta till dem. Dessa glasrör kan lödas med sina metalländar i mässingspluggar som avslutar metallmätaren. Anodtråden smälts ihop på samma sätt som i glasrör. I fig. Dessutom visas en metallsockel fäst på mätaren, med en stickpropp för anslutning till den skärmade kabeln som leder till förstärkaren. Keramiska isolatorer kan beläggas med koppar runt kanterna och lödas till metallkatoder.
4) Tunnväggiga partikelräknare. På grund av den obetydliga penetreringsförmågan hos partiklar för deras forskning kräver mycket tunnväggiga diskar. β-partiklar med energi 0,7 Mavinte längre sparkade genom glas eller aluminiumtjocklek 1 mmeller genom koppar tjock 0,3 mm. Med rördiameter från 10 innan 15 mmMer glasdiskar kan pumpas ut Och aluminium , om väggen är mycket jämn i tjocklek. Tunna aluminiumrör görs bäst av duralumin, medan tjocka flänsar kan förstärkas i ändarna av röret för att öka stabiliteten. Om gasfyllmedlet innehåller halogener, rekommenderas det att föra in en trådspiral av rostfritt stål nästan nära dess väggar som en katod i ett tunnväggigt glasrör; spiralen måste ha en stigning lika med flera mm, och består av tre parallella ledningar.
En mätare för att studera vätskor visas i fig. Ett tunnväggigt glasrör är smält till mätarens yttre glasrör så att vätska kan införas i det smala mellanrummet mellan rören. I detta fall bör vätskan fylla detta utrymme till den övre änden av mätarröret . För att öka effektiviteten vid räkning av lågenergielektroner är det nödvändigt att ha ett mycket tunt fönster i motröret, till exempel från ett glimmerskiva, som visas i fig. Glimmerfolien placeras på en uppvärmd fläns, jämnt smord med lim, monterad på änden av mätarröret, och pressad med en varm metallring, även smord med lim. Glimmerfönster med diameter från 20 till 25 mm stabil till en tjocklek av cirka 2 till 3 mg/cm2 , de där. avrundat 0,01 mm. Trådtjocklek 0,2 mmär fixerad i mätaren endast i ena änden; direkt bakom fönstret slutar den i en glaspärla med en diameter på 1–2 mm.
Glasfönstret kan göras med en tjocklek på 10 till 15 mg\cmG. För detta ändamål värms glasröret från den smälta änden över en längd av 1–2 centimeter tills nästan helt mjuknat; sedan upphettas dess smälta ände mycket starkt och luft dras in i röret så snabbt som möjligt så att det får den form som visas i fig. Den inre delen av röret är smält till ytterväggen; då bryts röret av ungefär på det ställe, som visas i figuren med den streckade linjen, och rörets kant smälter.
Att göra ett tunt glasfönster
B) Förstärkare för mätare
a) Ingångskrets. För att registrera och räkna antalet spänningspulser som visas på motståndet R disk har ett stort antal system utvecklats, av vilka endast några av de enklaste kommer att beskrivas här.
I självsläckande räknare tillförs pulser till mätkretsen antingen direkt eller genom en förförstärkare, som i det enklaste fallet består av en pentod eller två trioder med resistiv-kapacitiv koppling mellan stegen. Pulser som kommer in i kretsen omvandlas till pulser av samma storlek och form. För detta ändamål kan till exempel en tyratron användas i en triggerkrets där kondensatorn NW urladdar genom tyratronen så snart nätspänningen under påverkan av positiva pulser överstiger blockeringsspänningen. Den negativa blockeringsspänningen är vanligtvis ungefär 5 % av anodspänningen; För att säkerställa tillförlitlig släckning är nätspänningen inställd 5–10 gånger lägre än tyratronavstängningsspänningen. Tyratroner fyllda med helium har en svarstid på cirka 10 ~ 5 sek, och de som är fyllda med argon tar lite längre tid.
Fortsättning
--SIDBRYTNING--
Tyratroner är mycket dyra, så i de flesta fall, särskilt när hög upplösning krävs, används triggers på vakuumvakuumrör. Ett exempel på detta
enheten visas i fig. Båda trioderna har ett gemensamt motstånd i katodkretsen; i ett stabilt tillstånd flyter ström genom den första trioden , medan den andra trioden är låst med en negativ nätspänning i förhållande till katoden. En negativ puls från räknaren, förstärkt av den första trioden, appliceras i positiv polaritet till den andra triodens rutnät och låser upp lampan. Den första trioden, på grund av katodisk koppling, är låst och förblir i detta tillstånd tills den positiva laddningen på kapacitansen i den andra nätkretsen flyter genom läckmotståndet, vilket resulterar i att kretsen återgår till sitt stabila tillstånd. Detta inträffar för varje räknad puls vars värde överstiger tröskelvärdet med ungefär 1 V; vid anoden på den andra trioden finns en negativ rektangulär puls på 50vi med en varaktighet på 100 μsek tjänar till att styra omvandlingskretsen. Det är bäst att använda dubbla trioder av typen 6SN71 som förstärkningsrör i denna krets, men du kan naturligtvis använda motsvarande individuella trioder.
En liknande krets, som samtidigt fungerar som en dämpningskrets, visas i fig. Här flyter ström i stationärt tillstånd genom den andra lampan medan den första lampan är stängd.
Ingång multivibratorkrets
Puls från räknaren genom kondensatorer med en kapacitet på 0,001 mkf och 27 pf anländer till den andra lampans galler och leder till en "rollover", så att en negativ rektangulär puls på cirka 270 V uppträder vid den första lampans anod, som tillförs som en släckningspuls till mätarens glödtråd genom kopplingskondensatorn , som ett resultat av vilket dess spänning faller till noll. Varaktigheten för rektangulära pulser är justerbar inom intervallet 150–430 μsek med variabelt motstånd 5 Mamma. Den negativa pulsen för styrning av den efterföljande omvandlingskretsen avlägsnas från spänningsdelaren i anodkretsen hos den första lampan, medan den positiva pulsen från spänningsdelaren hos den andra lampan används för att styra den mekaniska räknaren.
Ingångskrets som släckningskrets
Enligt F. Droste har i det i fig. visade diagrammet. du kan också göra en dämpningskrets om mätarens katoder inte är jordade, utan anslutna till anoden på ingångslampan; på detta sätt erhålls en dämpningspuls på minst 200 V.
b) Konverteringskretsar och mekaniska räknare. Konventionella elektromekaniska räknare används för att räkna pulser. Men för att matcha motståndet hos motspolen med utgångsresistansen från förstärkarens slutrör, är det nödvändigt att öka antalet varv på spolen så att dess motstånd är flera tusen ohm Det är lättast att använda en telefonmätare för detta ändamål, där spolen med ett relativt litet antal varv ersätts av en spole med ett antal varv från 5000 till 10 000 Mätaren, tillsammans med kondensatorer med en kapacitet på 0,01 till 0.1, ingår i anodkretsen för en tyratron eller utgående lampa, vars effekt är tillräcklig för att driva mätaren. Den positiva pulsen från spänningsdelaren i föregående krets matas till tyratronen, medan terminaltrioden eller heptoden också kan styras av en negativ puls om viloströmmen för dessa lampor väljs på ett sådant sätt att mätarankaret attraheras i vila och släpps när en puls dyker upp.
På grund av den relativt stora trögheten hos mekaniska räknare sker betydande felberäkningar även vid räknehastigheter på cirka 100 pulser per minut.
Mekaniska mätare med låg tröghet kan endast tillverkas till stora kostnader. Det är mycket lättare att uppnå tillförlitliga resultat om du inkluderar en omvandlingskrets framför räknaren, som sänder t.ex. bara varannan puls till den mekaniska räknaren. Om du slår på den i serie h sådana kretsar, kommer bara var 2n puls att anlända till den mekaniska räknaren. I fig. Två mycket använda konverteringsscheman ges. En krets som använder principen om en symmetrisk multivibrator har, till skillnad från de asymmetriska kretsarna som visas i fig. två stabila tillstånd där, beroende på omständigheterna, en lampa är stängd medan den andra leder ström. Dubbla dioder ingår i kretsen för att stänga av positiva pulser. Deras katoder är under potentialen för anoderna på triggerlamporna, så glödtråden i de uppvärmda katoderna på dessa dioder måste matas från en separat källa. En negativ puls appliceras på anoden på endast den grindade trioden. Potentialen för den andra triodens anod är betydligt lägre än potentialen hos diodens katod och passerar genom isoleringskondensatorn till den olåsta triodens rutnät . Denna triod stängs av och kretsen går in i ett andra stabilt tillstånd, i vilket den förblir tills nästa räknepuls anländer. Flera sådana triggers är kopplade i serie som visas i figuren. Nollställning av omräkningskretsen görs genom att kort bryta nyckeln som anges i diagrammet med ordet "noll". Således, innan räkningen börjar, är de andra avtryckarlamporna öppna. På neonljus G.L., ansluten till anoderna på de första triggerlamporna, finns det ingen spänning. Vid den första pulsen passerar en ström genom den första lampan på den första triggern, neonlampan "1" tänds, men den positiva pulsen som uppstår på den andra anoden överförs inte till den andra triggern. Med den andra pulsen återgår den första triggern till sitt initiala tillstånd, neonlampan "1" slocknar, en negativ puls på den andra anoden får den andra triggern att välta och neonlampan "2" tänds.
Låt oss tilldela siffrorna 1, 2, 4, 8, 16, etc. till neonlamporna för successiva triggers. Då kommer det totala antalet pulser som tas emot vid ingången till cellräkningskretsen, vars sista av cellerna styr den mekaniska räknaren genom den slutliga lampan, att vara lika med avläsningen av denna räknare multiplicerat med 2" plus talet som visas med de brinnande neonlamporna. Så, till exempel, om den första, fjärde och femte lampan lyser, måste du lägga till siffran 25.
Konverteringsschema
Enkla tiodagarsräknekretsar kan också monteras från kommersiellt tillgängliga specialräknelampor, såsom ElT1dekatron, trachotron eller EZh10.
c) Medelvärdesindikator. Du kan få en avläsning som är proportionell mot det genomsnittliga räknade antalet pulser per tidsenhet om du till exempel mäter den genomsnittliga anodströmmen för tyratronen i kretsen som visas i Fig. Anordningens tröghet, som är nödvändig för att minska strömfluktuationer i samband med den statistiska fördelningen av pulser, kan erhållas om en galvanometer med ett seriekopplat motstånd på flera com bypass med en stor kondensator med högsta möjliga isolationsresistans. Denna enhet är kalibrerad in imp\min genom att jämföra dess avläsningar med avläsningarna för omvandlingskretsen. Dessutom tillhandahålls ett antal kondensatorer Cs, C4 och motstånd Rs av olika storlekar, som kan slås på efter önskemål med en strömbrytare. På så sätt kan du ändra området
Fortsättning
--SIDBRYTNING--
mätningar över ett brett intervall. Om ett konventionellt utgångsrör används istället för en tyratron, måste anodens viloström som flyter genom galvanometern kompenseras. Andra scheman för att räkna det genomsnittliga antalet pulser per minut finns i litteraturen.
d) Spänningsstabilisering. För noggranna mätningar måste spänningen på mätaren hållas så konstant som möjligt. Detta görs till exempel genom att stabilisera en serie små glödurladdningslampor kopplade i serie, som förbrukar lite ström. Mätarförstärkaren fungerar ofta tillfredsställande även med ostabiliserad spänning; men det är bättre att stabilisera dess anodspänning.
D) Statistiska fel och deras korrigering
a) Statistiska fel. Om det för en viss tid beräknas N pulser, då är det genomsnittliga statistiska felet för detta resultat ±Х ~N. På grund av närvaron i miljö kosmiska strålar och radioaktivitet, varje räknare, även i frånvaro av en strålningskälla, ger en liten bakgrund . Denna bakgrund kan reduceras avsevärt genom att avskärma mätaren på alla sidor med ett lager av bly eller järn flera centimeter tjockt. För varje mätning måste bakgrunden bestämmas i förväg. Om för samma tid i närvaro av en strålkälla beräknas det N impulser, och utan det N pulser, då är strålningseffekten N– N pulser, och det genomsnittliga statistiska felet för detta värde är
b) Korrigering för begränsad upplösning. Om det mest tröga elementet i räkneanordningen har en upplösningstid h sekunder och den genomsnittliga räknehastigheten är N"imp/sek, sedan den verkliga genomsnittliga räknehastigheten
Därför till exempel med ett medelvärde N" = = 100 imp/sek och upplösningstid = 10~s sek felberäkningen är 10 % av det totala antalet pulser.
"Neutrino" - Uppåt ?L=upp till 13000 km?. P(?e??e) = 1 – sin22?sin2(1,27?m2L/E). 5. 13 maj 2004. ??. p, He... Andra Markov-läsningar 12 – 13 maj 2004 Dubna - Moskva. Neutrinoscillationer. 2-?. ?. Atmosfäriska neutriner. S.P. Mikheev. S.P. Mikheev INR RAS. Vad vill vi veta? 3. Upp/ner symmetri. e.
"Metoder för att registrera elementarpartiklar" - Spår av elementarpartiklar i tjockskiktsfotografisk emulsion. Metoder för att observera och registrera elementarpartiklar. Utrymmet mellan katoden och anoden är fyllt med en speciell blandning av gaser. R. Emulsioner. Metod för tjocka skikt fotografiska emulsioner. 20:e L.V. Mysovsky, A.P. Zhdanov. Blixten kan observeras och spelas in.
"Antipartiklar och antimateria" - Det borde finnas lika många stjärnor av varje slag i världen," - Paul Dirac. Med tidens ständiga ensidighet är förhållandet mellan materia och antimateria till rum-tid annorlunda, en "förenkling" av naturen. Positronen upptäcktes 1932 med hjälp av en molnkammare. Vederläggning av Diracs teori eller vederläggning av den absoluta symmetrin mellan materia och antimateria.
"Metoder för att observera och registrera partiklar" - Wilson Charles Thomson Fig. Utrymmet mellan katoden och anoden är fyllt med en speciell blandning av gaser. Kolv. Registrering av komplexa partiklar är svår. Katod. +. Wilson är en engelsk fysiker, medlem av Royal Society of London. Wilson kammare. Använda en räknare. Glastallrik. Geigerräknare för gasurladdning.
"Discovery of the proton" - Upptäckter förutspådda av Rutherford. Silina N. A., fysiklärare, kommunal utbildningsinstitution Gymnasieskola nr 2, byn Redkino, Tver-regionen. bestämmer relativ atommassa kemiskt element. Massa och laddningsnummer för en atom. Antalet neutroner i kärnan anges. Upptäckten av protonen och neutronen. Isotoper. Vad är isotoper? Mot studiet av kärnans struktur.
"Elementarpartiklars fysik" - I alla interaktioner är baryonladdningen bevarad. Universum som omger oss består alltså av 48 grundläggande partiklar. Quarkstruktur av hadroner. Chadwick upptäcker neutronen. Antimateria är ett ämne som består av antinukleoner och positroner. Fermioner är partiklar med halvheltalsspin (1/2 h, 3/2 h....) Till exempel: elektron, proton, neutron.
Det finns totalt 17 presentationer i ämnet
Bild 1
Experimentella metoder för att studera partiklar. Geigerdisk Kommunal utbildningsinstitution “Secondary school No. 30 of the city of Belovo” Utförd av: Valery Voronchikhin, Anton Makareikin Elever i årskurs 9 “B” Ledare: Popova I.A., fysiklärare Belovo 2010Bild 2
Geigerräknare Den utbredda användningen av Geiger-Müllerräknaren förklaras av dess höga känslighet, förmågan att upptäcka olika typer av strålning och den jämförande enkelheten och den låga installationskostnaden. Räknaren uppfanns 1908 av Geiger och förbättrades av Müller. Mätarens känslighet bestäms av gasens sammansättning, dess volym och materialet (och tjockleken) på dess väggar.
Bild 3
Funktionsprincipen för enheten En geigerräknare består av en metallcylinder, som är katoden, och en tunn tråd, anoden, sträckt längs dess axel. Katoden och anoden är anslutna till källan genom motståndet R högspänning(200-1000 V), på grund av vilket ett starkt elektriskt fält uppstår i utrymmet mellan elektroderna. Båda elektroderna placeras i ett förseglat glasrör fyllt med förtärnad gas.
Bild 4
Om spänning elektriskt fältär tillräckligt stor, då får elektronerna vid den medelfria vägen tillräckligt hög energi och joniserar även gasatomer och bildar nya generationer av joner och elektroner som kan delta i jonisering. En elektron-jon lavin bildas i röret, vilket resulterar i en kortvarig och kraftig ökning av strömmen i kretsen och spänningen i motståndet R. Denna spänningspuls, som indikerar att en partikel har kommit in i räknaren, registreras av en speciell anordning.
Bild 5
Geigerräknaren används främst för att registrera elektroner, men det finns modeller som även lämpar sig för att spela in gammakvanta.
Läs också...
- Pin-tolkning av drömboken Varför drömmer du om nålar i munnen
- Uppgifter för barn att hitta ett extra föremål
- Befolkning i Sovjetunionen per år: folkräkningar och demografiska processer All-union folkräkning 1939
- Talmaterial för att automatisera ljudet P i ljudkombinationer -DR-, -TR- i stavelser, ord, meningar och verser
