Eistreich Dmitry

Instrumente und Anlagen zur Erfassung und Untersuchung von Teilchen. Diagramme von Geräten, ihre Funktionsprinzipien, Fotos von Partikelspuren.

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Vortrag über Physik zum Thema: „Experimentelle Methoden zur Untersuchung von Teilchen“ von einem Schüler der 9. Klasse der Sekundarschule Nr. 1465 der staatlichen Haushaltsbildungseinrichtung Dmitry Eistreich, Physiklehrer: L.Yu

Methoden der Partikelforschung: Geigerzähler, Szintillationszähler, Wilson-Kammer, Blasenkammer, Dickschichtemulsionen

Geigerzähler

Ein Geigerzähler ist ein einfaches Gerät zur Aufzeichnung von Strahlung. Es ist in der Lage, verschiedene Arten radioaktiver Strahlung (Alpha, Beta, Gamma) zu erkennen, reagiert jedoch am empfindlichsten auf γ-Strahlung und β-Partikel. Der Aufbau ist einfach: Das Geiger-Müller-Zählrohr ist mit Gas gefüllt und verfügt über zwei Elektroden, an die Hochspannung angelegt wird. Wenn ein ionisierendes Teilchen in die Röhre eindringt, entsteht für einige Zeit ein leitender Kanal zwischen den Elektroden. Der resultierende Strom wird von einem elektronischen Verstärker erfasst. 1908 von H. Geiger und E. Rutherford erfunden, später von Geiger und W. Muller verbessert. Geiger-Müller-Zähler sind die gebräuchlichsten Detektoren (Sensoren) ionisierender Strahlung.

Schaltkreis des Geigerzählers Die Potentialdifferenz (V) wird zwischen den Wänden und der Mittelelektrode über den Widerstand R angelegt, der vom Kondensator C1 überbrückt wird. Der Zähler arbeitet auf Basis der Stoßionisation. γ – von einem radioaktiven Isotop emittierte Quanten, die auf die Wände des Zählers treffen, schlagen Elektronen aus ihm heraus. Elektronen, die sich durch das Gas bewegen und mit Gasatomen kollidieren, schlagen Elektronen aus den Atomen heraus und erzeugen positive Ionen und freie Elektronen. Das elektrische Feld zwischen Kathode und Anode beschleunigt die Elektronen auf Energien, bei denen die Stoßionisation beginnt. Es entsteht eine Ionenlawine und der Strom durch den Zähler steigt stark an. Dabei entsteht am Widerstand R ein Spannungsimpuls, der dem Aufzeichnungsgerät zugeführt wird. Damit der Zähler das nächste auftreffende Teilchen registriert, muss die Lawinenladung gelöscht werden. Dies geschieht automatisch. Im Moment des Auftretens des Stromimpulses entsteht am Widerstand R ein großer Spannungsabfall, sodass die Spannung zwischen Anode und Kathode so stark abnimmt, dass die Entladung stoppt und das Messgerät wieder betriebsbereit ist.

Szintillationszähler

Schematische Darstellung Der Zähler wurde 1947 vom deutschen Physiker Kalman Hartmut Paul erfunden. Ein Szintillationszähler ist ein Gerät zur Aufzeichnung von Kernstrahlung und Elementarteilchen (Protonen, Neutronen, Elektronen, γ-Quanten, Mesonen usw.), deren Hauptelemente ein unter dem Einfluss geladener Teilchen lumineszierender Stoff (Szintillator) und sind eine Photomultiplier-Röhre (PMT).

Anwendung von Zählern, ihre Vor- und Nachteile Vorteile eines Szintillationszählers: hohe Effizienz der Registrierung verschiedener Partikel; Leistung; die Fähigkeit, Szintillatoren unterschiedlicher Größe und Konfiguration herzustellen; hohe Zuverlässigkeit und relativ niedrige Kosten. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Szintillationszähler häufig in der Kernphysik (z. B. zur Messung der Lebensdauer angeregter Zustände von Kernen, zur Messung von Spaltungsquerschnitten, zur Aufzeichnung von Spaltfragmenten mit Gasszintillationszählern), in der Physik von Elementarteilchen und in der kosmischen Strahlung (z. B B. experimenteller Nachweis von Neutrinos), in der Industrie (γ-Fehlererkennung, Strahlungsüberwachung), Dosimetrie (Messung der von Menschen und anderen lebenden Organismen emittierten γ-Strahlungsflüsse), Radiometrie, Geologie, Medizin usw. Nachteile eines Szintillationszählers : geringe Empfindlichkeit gegenüber niederenergetischen Teilchen (1 keV), geringe Energieauflösung.

Wilson-Kammer

Eine Nebelkammer (auch Nebelkammer genannt) ist eines der ersten Instrumente in der Geschichte zur Aufzeichnung von Spuren (Tracks) geladener Teilchen. Zwischen 1910 und 1912 vom schottischen Physiker Charles Wilson erfunden. Das Funktionsprinzip der Kamera nutzt das Phänomen der Kondensation von übersättigtem Dampf: Wenn im Medium des übersättigten Dampfes Kondensationszentren auftreten (insbesondere Ionen, die die Spur eines schnell geladenen Teilchens begleiten), bilden sich darauf kleine Flüssigkeitstropfen. Diese Tröpfchen erreichen beträchtliche Größen und können fotografiert werden. Die Quelle der untersuchten Partikel kann sich entweder innerhalb der Kammer oder außerhalb befinden (in diesem Fall fliegen die Partikel durch ein für sie transparentes Fenster).

Das Funktionsprinzip der Kamera nutzt das Phänomen der Kondensation von übersättigtem Dampf: Wenn im Dampfmedium Kondensationszentren auftreten (insbesondere Ionen, die die Spur eines schnell geladenen Teilchens begleiten), bilden sich darauf kleine Flüssigkeitstropfen. Diese Tröpfchen erreichen beträchtliche Größen und können fotografiert werden. Die Quelle der untersuchten Partikel kann sich entweder innerhalb der Kammer oder außerhalb befinden (in diesem Fall fliegen die Partikel durch ein für sie transparentes Fenster). Um die quantitativen Eigenschaften von Partikeln (z. B. Masse und Geschwindigkeit) zu untersuchen, wird die Kamera in ein Magnetfeld gebracht, das die Spuren verbiegt. Wilson-Kammer. Ein Behälter mit Glasdeckel und einem Kolben am Boden wird mit gesättigten Dämpfen aus Wasser, Alkohol oder Äther gefüllt. Beim Absenken des Kolbens kühlen die Dämpfe aufgrund der adiabatischen Expansion ab und werden übersättigt. Ein geladenes Teilchen, das die Kammer passiert, hinterlässt auf seinem Weg eine Kette von Ionen. Der Dampf kondensiert auf den Ionen und macht die Partikelspur sichtbar.

Gesamtansicht der Nebelkammer

Blasenkammer

Eine Blasenkammer ist ein Spurdetektor für geladene Elementarteilchen, bei dem die Spur (Spur) eines Teilchens durch eine Kette von Dampfblasen entlang der Flugbahn seiner Bewegung gebildet wird, d. h. Die Wirkungsweise des Detektors basiert auf dem Sieden einer überhitzten Flüssigkeit entlang der Teilchenbahn. Erfunden von A. Glaser im Jahr 1952 (Nobelpreis 1960). Das Funktionsprinzip der Blasenkammer erinnert an das Prinzip der Wilson-Kammer. Letzteres nutzt die Eigenschaft von übersättigtem Dampf, entlang der Flugbahn geladener Teilchen zu winzigen Tröpfchen zu kondensieren. Die Blasenkammer nutzt die Eigenschaft einer reinen überhitzten Flüssigkeit, entlang der Bahn eines geladenen Teilchens zu sieden (Dampfblasen zu bilden). Eine überhitzte Flüssigkeit ist eine Flüssigkeit, die unter den gegebenen Bedingungen auf eine Temperatur über ihrem Siedepunkt erhitzt wurde. Das Sieden einer solchen Flüssigkeit erfolgt, wenn Verdampfungszentren, beispielsweise Ionen, auftreten. Wenn also in einer Nebelkammer ein geladenes Teilchen auf seinem Weg die Umwandlung von Dampf in Flüssigkeit initiiert, dann bewirkt in einer Blasenkammer im Gegenteil ein geladenes Teilchen die Umwandlung von Flüssigkeit in Dampf.

Schema einer Wasserstoffblasenkammer: Der Kammerkörper ist mit flüssigem Wasserstoff gefüllt (); Die Expansion erfolgt mit Kolben P; Die Transmissionsbeleuchtung der Kammer erfolgt durch eine gepulste Lichtquelle L durch Glasluken I und einen Kondensator K; Von Blasen gestreutes Licht wird mit fotografischen Objektiven und auf fotografischen Filmen aufgezeichnet und.

Ein Foto eines Transformationsprozesses von Elementarteilchen, aufgenommen mit einer Blasenkamera.

Verfahren zur Herstellung dickschichtiger fotografischer Emulsionen.

Zur Erkennung von Partikeln sowie Nebelkammern und Blasenkammern werden dickschichtige fotografische Emulsionen verwendet. Ionisierende Wirkung schnell geladener Teilchen auf die Emulsion fotografischer Platten. Die fotografische Emulsion enthält eine große Anzahl mikroskopisch kleiner Silberbromidkristalle. Die Photoemulsionsmethode wurde 1958 von den sowjetischen Physikern L. V. Mysovsky und A. P. Zhdanov entwickelt. Ein schnell geladenes Teilchen, das den Kristall durchdringt, entzieht einzelnen Bromatomen Elektronen. Eine Kette solcher Kristalle bildet ein latentes Bild. Wenn in diesen Kristallen metallisches Silber erscheint, bildet die Kette der Silberkörner eine Partikelspur. Anhand der Länge und Dicke der Spur lässt sich die Energie und Masse des Teilchens abschätzen. Aufgrund der hohen Dichte der Fotoemulsion sind die Spuren sehr kurz, beim Fotografieren können sie jedoch vergrößert werden. Der Vorteil der fotografischen Emulsion besteht darin, dass die Belichtungszeit beliebig lang sein kann. Dadurch ist es möglich, seltene Ereignisse aufzuzeichnen. Wichtig ist auch, dass aufgrund der hohen Stoppwirkung der Photoemulsion die Zahl der beobachteten interessanten Reaktionen zwischen Partikeln und Kernen zunimmt.

Schema der Methode der Dickfilmemulsionen

Partikelspuren in einer Dickfilmemulsion.

ABSTRAKT

" Geiger-Müller-Zähler"

Funktionsprinzip

a) Zähler und Schaltkreis. Ein Geiger-Müller-Zähler wird neben einem Szintillationszähler in den meisten Fällen zur Zählung ionisierender Teilchen und vor allem von Teilchen und Sekundärelektronen verwendet, die unter dem Einfluss von Strahlen entstehen. Dieser Zähler besteht üblicherweise aus einer zylindrischen Kathode, in deren Inneren ein dünner Draht entlang seiner geometrischen Achse auf Isolatoren gespannt ist und als Anode dient. Der Gasdruck im Rohr liegt normalerweise in der Größenordnung von 1 Z10 Geldautomat.

Das schematische Diagramm zum Einschalten des Zählers ist in Abb. dargestellt. Das Messgerät wird mit Spannung versorgt U, was für die am häufigsten verwendeten Zähler 1000 erreicht V; Der Widerstand ist in Reihe mit dem Zähler geschaltet R. Der Spannungsabfall, der verursacht R wann Strom durch das Messgerät fließt, kann mit einem geeigneten Messgerät ermittelt werden. Zu diesem Zweck wird am häufigsten ein Verstärker verwendet; für einfache Experimente kann auch ein Saitenelektrometer verwendet werden. Die Kapazität wird durch die gestrichelte Linie angezeigt MIT stellt die Gesamtkapazität des parallel zum Widerstand geschalteten Stromkreises dar R. Es ist darauf zu achten, dass an der Flasche immer eine negative Spannung anliegt, da bei falscher Polung das Messgerät unbrauchbar werden kann.

b) Entlademechanismus. Die Wirkung der beschriebenen Schaltung hängt maßgeblich vom Spannungswert ab U. Bei sehr niedrigen Spannungen bewegen sich die im Gas zwischen Kathode und Anode unter dem Einfluss geladener Teilchen gebildeten Ionen so langsam auf die Elektroden zu, dass es einigen von ihnen gelingt, sich zu rekombinieren, bevor sie die Elektrode erreichen. Allerdings bei einer Spannung, die höher als die Sättigungsspannung ist U 5 erreichen alle Ionen die Elektroden, und wenn die Zeitkonstante des Stromkreises viel größer ist als die Sammelzeit der Ionen, dann aufgrund des Widerstands R, Es entsteht gleich ein Spannungsimpuls AU= = ne/S, was mit der Zeit abnimmt

/>. In diesem Bereich erstreckt sich von U$ zu Spannung Upt Der Zähler verhält sich wie eine normale Ionisationskammer.

Unter Spannung UPi Die Feldstärke in unmittelbarer Nähe der Anode wird so hoch, dass die Anzahl der von den ionisierenden Teilchen erzeugten Primärionen durch Stoßionisation zunimmt. Anstatt H Primärelektronen kommen an der Anode an pA Elektronen. Gasgewinnfaktor A, mit zunehmender Spannung im „Proportionalbereich“ dazwischen ansteigend UPl Und Hoch1 hängt nicht von der primären Ionisierung ab; daher verhalten sich die Anzahlen der Spannungsimpulse, die beispielsweise am Widerstand A unter dem Einfluss eines stark ionisierenden b-Teilchens und eines schnellen b-Teilchens entstehen, zueinander wie die primären Ionisationen beider Teilchen. Unter Spannung USY gewinnen A= ich, und an der oberen Grenze dieses Bereichs kann er einen Wert von 1000 und mehr erreichen. Bei höherer Spannung UR, gewinnen A Dabei kommt es nicht mehr auf die primäre Ionisierung an, so dass sich die Impulse schwach und stark ionisierender Teilchen zunehmend angleichen. Bei Ugl– Schwellenspannung, „Gegenplateau“ oder „Geiger-Bereich“ – alle Impulse haben nahezu die gleiche Größe, unabhängig von der primären Ionisierung. Bei Spannungen höher als die nicht ganz klar definierte Spannung Ug2 , Es treten zahlreiche Fehlimpulse auf, die schließlich in eine kontinuierliche Entladung übergehen.

SEITENUMBRUCH--

Schematische Darstellung des Einschaltens des Zählers

Amplitudencharakteristik des Messgeräts in Abhängigkeit von der Spannung

Die unten beschriebenen Zähler arbeiten im Geigerbereich dazwischen Ug1 Und Ug2 .

Der sehr komplexe Entladungsprozess im Plateaubereich lässt sich ungefähr wie folgt beschreiben. Die bei der Primärionisation erzeugten Elektronen erzeugen in unmittelbarer Nähe der Anode durch die kombinierte Wirkung von Stoßionisation und Photoionisation durch ultraviolette Lichtquanten eine dichte Ionenwolke. Aufgrund der hohen Bewegungsgeschwindigkeit erreichen die in dieser Wolke auftretenden freien Elektronen die Anode in sehr kurzer Zeit, während sich die langsameren positiven Elektronen bei einer Gasverstärkung von 1000 noch leicht von ihren Ursprungsorten entfernen. Da direkt um den Draht herum eine positive Raumladung entsteht, beträgt die Feldstärke dort 10 ~6 Sek oder weniger nimmt so stark ab, dass eine Stoßionisierung unmöglich wird und die Elektronenlawine sofort endet. Allerdings während IO-4 Sek Positive Ionen wandern zur Kathode und bilden dort bei Neutralisierung meist Sekundärelektronen. Diese Photoelektronen bewegen sich zur Anode und lösen dort eine neue Lawine aus; Dadurch kann es zu verzögerten Entladungen oder zu oszillierenden Koronaentladungen kommen. Auch das Auftreten von Ionen mit negativer Ladung oder metastabilen Atomzuständen kann solche Störungen verursachen. Es wird angenommen, dass der Zähler geladener Teilchen nur dann seinen Zweck erfüllt, wenn es gelingt, diese Nachentladungen zu unterdrücken. Für letzteres ist es erforderlich, entweder die Spannung am Messgerät für eine ausreichend lange Zeit nach der Entladung zu reduzieren oder geeignete Gase zum Befüllen des Messgeräts auszuwählen.

c) Aussterben der Entladung. Die Spannung am Messgerät verringert sich bei jeder Auslösung um einen bestimmten Betrag

Wenn Leckwiderstand L groß genug, dann ist die Reichweite gleich pAe, entlädt sich so langsam, dass die Spannung erst dann wieder den zum Auslösen des Zählers erforderlichen Schwellenwert erreicht, wenn alle positiven Ionen verschwunden sind; Erst nach dieser Totzeit kann der Zähler wieder als bereit betrachtet werden, das nächste Teilchen zu zählen. Aus Experimenten ist bekannt, dass z.B.

Selbstlöschende Zähler, die Entladungsimpulse von nur wenigen Zehntausendstelsekunden erzeugen , wird durch Füllen der Messgeräte mit einem mehratomigen Gas wie Methan oder durch Zugabe eines solchen Gases zu einem Edelgas gewonnen, sofern letzteres in das Messgerät eingeleitet wird. Diese Gase gewinnen offenbar bei der Dissoziation Energie aus störenden Ionen oder metastabilen Edelgasatomen; daher treten praktisch keine neuen Elektronen auf und es treten keine störenden Nachentladungen auf. Da sich das Löschgas vor allem durch Dissoziation allmählich zersetzt, werden solche Zählrohre nach IO7–IO9-Entladungen unbrauchbar.

d) Eigenschaften des Messgeräts. Um die Qualität des Zählers zu überprüfen, ermitteln Sie die Menge N Spannungsimpulse, die am Widerstand entstehen R bei konstanter Einstrahlung des Messgerätes abhängig von der Spannung am Messgerät U. Als Ergebnis erhält man die Kennlinie des Messgerätes in Form der in Abb. Stromspannung U", Ab wann die ersten Impulse beobachtet werden, hängt von der Schwellenspannung des verwendeten Messgeräts ab, die in den meisten Fällen mehrere Zehntel Volt beträgt. Sobald die Impulshöhe den Schwellwert überschreitet, wird dieser gezählt, und zwar mit einem weiteren Spannungsanstieg N sollte konstant bleiben, wenn die Spannung bis zum Ende des Geiger-Bereichs weiter ansteigt. Das funktioniert natürlich nicht perfekt; im Gegenteil, durch das Auftreten einzelner Fehlentladungen weist das Plateau einen mehr oder weniger ausgeprägten sanften Anstieg auf. Bei Zählern, die im Proportionalbereich arbeiten, ist es möglich, ein nahezu horizontales Plateau der Kennlinie zu erhalten.

Für gute Theken gelten folgende Anforderungen: Das Plateau sollte möglichst lang und gleichmäßig sein, d.h. wenn der Bereich dazwischen Ug, Und Ug2 sollte mindestens 100 V betragen, dann sollte die Erhöhung der Impulszahl nicht mehr als ein paar Prozent pro 100 betragen V Spannung; die Kennlinie muss über einen langen Zeitraum unverändert bleiben und in einem ausreichenden temperaturunabhängigen Bereich liegen; Die Empfindlichkeit für Partikel sollte praktisch 100 % betragen, d. h. Jedes Gegenteilchen, das die sensiblen Räume passiert, muss registriert werden. Es ist wünschenswert, dass das Messgerät eine niedrige Schwellenspannung hat und große Spannungsimpulse erzeugt. Im Folgenden gehen wir detailliert darauf ein, inwieweit diese Eigenschaften des Zählers vom Füllstoff, der Art und Form der Elektroden sowie dem Schaltkreis des Zählers abhängen.

Fortsetzung
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B) Herstellung von Zählern

a) Allgemeine Bestimmungen. Bei der Herstellung von Messgeräten ist größte Sorgfalt und Sauberkeit erforderlich; Beispielsweise können bereits kleine Staubkörner oder Bruchstücke von Elektroden oder geringe Mengen an Fremdgasen, wie zum Beispiel Wasserdampf, das Messgerät unbrauchbar machen. Aber selbst wenn diese Voraussetzungen erfüllt sind, ist nicht jeder Zähler erfolgreich, sodass die Partikelzählung je nach Umständen mit einem größeren oder kleineren Fehler erfolgen kann. Eine wichtige Rolle bei der Herstellung des Messgeräts spielen die Staubfreiheit und die gründliche Reinigung der Elektroden. Und Glasrohr für Fett Und andere Verunreinigungen und gute Vakuumtechnik. Damit die Tube eine lange Lebensdauer hat, muss das Füllgas stets sauber gehalten werden. Hierzu verwendet man am besten Glasröhren mit eingeschmolzenen Elektroden, die sich im Vakuum besser ausglühen lassen. Da sich Klebefugen teilweise nicht vermeiden lassen, ist zumindest die Verwendung eines Klebers mit niedrigem Dampfdruck erforderlich Und geringe Löslichkeit in organischen Gasen, die dem Füllgas zum Löschen der Entladung zugesetzt werden.

Die nachfolgend beschriebenen Zähler können bei entsprechender Spannung als Proportionalzähler arbeiten, wenn zwischen Zählrohr und Zählgerät ein Linearverstärker mit ausreichend hoher Verstärkung geschaltet wird.

b) Gasfüllung. 1) Gasdruck. Die durchschnittliche spezifische Ionisierung durch schnelle Elektronen beträgt für die meisten Gase etwa 20 bis 100 Ionenpaare pro cm Laufleistung bei atmosphärischem Druck; es ist umgekehrt proportional zum Druck. Damit ein solches Elektron eine Weglänge von etwa 2 hat cm Wahrscheinlich hat sich im Zähler mindestens ein Ionenpaar gebildet Und Würde also ein Signal im Messgerät auslösen, ist ein Mindestdruck von ca. 50 erforderlich mm rt. Kunst. Die obere Druckgrenze wird meist auf diesem Niveau eingestellt; bei höheren Drücken müsste die Betriebsspannung am Messgerät zu hoch eingestellt werden.

2) Nicht selbstverlöschende Messgeräte. Bei nicht selbstverlöschenden Zählern ist es durch die Wahl eines geeigneten Füllgases und der entsprechenden Schaltungsparameter möglich, die Totzeit auf einen Wert unter 10-4 zu bringen Sek. Erfolgreiche Füllstoffe sind Edelgase, die natürlich nicht ausschließlich rein sein müssen; Es ist besser, ihnen eine bestimmte Menge eines anderen Gases hinzuzufügen, um die nach der Entladung auftretenden metastabilen Zustände der Edelgasatome zu beseitigen.

Die spezifische Ionisierung von Helium ist sehr gering, daher sollte es bei einem Druck von mindestens 200 verwendet werden mm rt. Kunst.; Helium kann bis zum atmosphärischen Druck verwendet werden; Daher ist es für Theken mit sehr dünnen Fenstern geeignet. Die Betriebsspannung beträgt selbst bei Atmosphärendruck etwa 1100 V. Besonders geeignete Gase sind Argon und Neon, die eine hohe spezifische Ionisierung und eine relativ niedrige Betriebsspannung aufweisen. Die Zugabe von bis zu 10 % Wasserstoff hat sich als äußerst erfolgreich erwiesen, und eine kleine Menge Quecksilberdampf kann metastabile Zustände beseitigen; Aufgrund der Gefahr der Bildung negativer Ionen an der Kathode sollte jedoch die Zugabe von Sauerstoff vermieden werden. Wenn Kohlendioxid als Füllstoff verwendet wird, kann die Bildung negativer Ionen durch die Zugabe von CS2 vermieden werden. Negative Ionen kommen in großen Mengen in der Luft vor und sind daher nicht zum Befüllen von Messgeräten geeignet. Alle Gase müssen gründlich getrocknet werden, da sich im Wasserdampf besonders leicht negative Ionen bilden. Auch organische Dämpfe sollten vermieden werden; Sie können beispielsweise bei der Verwendung von Leim auftreten.

Als Füllgas dienen anteilig Argon unter Zusatz von einigen Prozent CO2 und insbesondere reines Methan, das bei Atmosphärendruck langsam und kontinuierlich aus einer Stahlflasche durch ein Druckminderventil in ein von der Luft isoliertes Messrohr fließt Meter.

3) Selbstverlöschende Messgeräte. Bei selbstlöschenden Zählern beträgt die Totzeit üblicherweise mehrere Zehntausendstelsekunden. Um qualitativ hochwertige selbstverlöschende Messgeräte herzustellen, ist es notwendig, dass sowohl der Füllstoff als auch das Löschgas sehr sauber sind, da bereits geringfügige Verunreinigungen den Löschvorgang stören können.

Am häufigsten wird als Füllstoff eine Mischung aus Argon und 5–10 % Ethylalkohol bei einem Gesamtdruck von etwa 100 verwendet mm rt. Kunst. Je höher der Alkoholgehalt, desto unebener ist das Meterplateau. Spuren von Wasserdampf oder Luft sowie leichte Stickstoffbelastungen führen zu einer Verschlechterung des Plateaus. In Gegenwart von Alkoholdämpfen verschlechtert sich aufgrund der Dissoziation unter dem Einfluss von Entladungen das Plateau der Messgeräte mit der Zeit und die Betriebsspannung steigt. Gute Zähler V In geschmolzenen Glasröhren versagen sie nach IO8–10"-Entladungen und müssen wieder aufgefüllt werden. Messgeräte, die mit organischem Klebstoff hergestellt werden, sind noch weniger stabil. Da solche Messgeräte nicht kalzinierbar sind und an einer Vakuumpumpe belassen werden, wird eine Entladung 1 Jahr lang durch sie geleitet -2 Tage; zunächst werden sie nur mit Alkoholdampf gefüllt, sodass die Oberfläche des Klebers mit Alkohol gesättigt ist. Erst in den folgenden Tagen werden sie tatsächlich mit Gas gefüllt.

Neben Alkohol können auch eine Reihe anderer organischer Gase oder Dämpfe als Löschverunreinigung verwendet werden, beispielsweise Methylal 2), Ameisensäureethylether, Methan, Xylol, Tetrachlorkohlenstoff, Schwefelsäureether, Ethylen usw. Die Lebensdauer der Zähler liegt je nach Eigenschaften der im Füllstoff enthaltenen Dämpfe zwischen 10" und IO9-Entladungen. Methan kann auch als eigenständiger Zählerfüller verwendet werden.

Bei einem Anodendrahtdurchmesser von 0,1 beträgt der Gasdruck 50 bis 120 mm rt. Kunst. die Schwellenspannung liegt zwischen 800 und 12U0 V, wenn das Messgerät Dämpfe organischer Substanzen als Löschmittel verwendet.

Von den zweiatomigen Gasen können nur Halogene als Löschzusatz für Edelgase verwendet werden; Dieser Zusatz sollte nur wenige Tausendstel betragen, da sonst negative Ionen entstehen, die den Löschvorgang stören. Da sich die Halogenmoleküle nicht zersetzen, ist die Lebensdauer des Zählers diesbezüglich nicht begrenzt. Laut Libzon und Friedman eignet sich besonders Neon zum Füllen von Theken, das einer Mischung aus vier Teilen Argon und einem Teil Chlor in einer Menge von 0,1–1 % zugesetzt wird. Mit einem Gesamtdruck von 200 bis 500 mm rt. Kunst. Die Betriebsspannung reicht von 250 bis 600 V V. Auch Argon mit Zusatz einiger Tausendstel Brom oder Neop mit Chlor ergibt eine niedrige Schwellenspannung; Allerdings ist das Plateau in diesem Fall weniger gut.

Fortsetzung
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c) Kathoden. Kupfer ist das am besten geeignete Material für Kathoden; darüber hinaus können Graphit, Silber, Gold und Platin verwendet werden; Sie werden insbesondere in Glastheken in Form dünner Beschichtungen eingesetzt. Auch Edelstahl und Messing können verwendet werden. Metallrohre werden innen gut poliert und vor dem Einbau gründlich mit Alkohol oder Aceton gereinigt. Auf einer Drehbank oder geschliffene Metalle zeigen unmittelbar nach der Bearbeitung eine spontane Elektronenemission, die nach und nach verschwindet. Daher empfiehlt es sich, die mechanisch bearbeiteten Kathoden vor dem Zusammenbau des Messgerätes aufzuwärmen oder 24 Stunden an der Luft zu belassen.

Zur zuverlässigen Reinigung von Kupferkathoden, insbesondere in nicht selbstlöschenden Messgeräten, wird eine Mischung aus gleichen Teilen 50 %iger Salpetersäure und 90 %iger Schwefelsäure verwendet, die mit 5–10 Teilen Wasser verdünnt wird. Nach der Behandlung mit dieser Zusammensetzung wird die Kathode 5–10 Mal mit Wasser und schließlich mit destilliertem Wasser gewaschen; Anschließend wird das Rohr etwa 2 Stunden lang im Hochvakuum auf eine Temperatur von 350–400 °C erhitzt. Enthält der Füllstoff eine Beimischung von Wasserstoff, werden die Kupferkathoden in Wasserstoff reduziert; Ist Sauerstoff ein fester Bestandteil des Füllstoffs, werden die gereinigten Kathoden nach intensiver Erhitzung an Luft oder Sauerstoff mit einem dünnen Oxidfilm bedeckt. Es wird außerdem empfohlen, es in einer Stickstoffoxidatmosphäre zu erhitzen, bis sich ein dunkelviolett gefärbter Film bildet.

Einige Metalle wie Aluminium und Blei sind manchmal schwierig als Kathodenmaterialien zu verwenden. Müssen sie dennoch verwendet werden, wird die Innenseite der Röhre mit Aquadag, einer dünnen Kupferschicht, überzogen und im Vakuum aufgedampft. Wenn es erforderlich ist, Messingstopfen in ein Aluminiumrohr einzulöten, werden die Enden des Rohrs mit Kupfer ummantelt.

Die optimale Empfindlichkeit des Zählers zur Untersuchung von Röntgennadeln wird dadurch erreicht, dass die Dicke der Kathodenwand ungefähr der Weglänge der Sekundärelektronen in einem bestimmten Material entspricht. Die Empfindlichkeit des Zählers für Strahlung, d.h. Der Anteil der vom Zähler gezählten Quanten an allen in den Zähler eintretenden Quanten hängt vom Material der Kathoden und von der Strahlungsenergie ab. Die Empfindlichkeit von Aluminiumkathoden nimmt ab 2 % bei einer Energie von 10 ab kee auf etwa 0,05 % bei 100 Energie kee und steigt dann bei 2,6 Aiae wieder um 1,5 % an. Empfindlichkeit von Kupfer- oder Messingmessgeräten bei 10 kab und 2,6 Mav ungefähr gleich; sein Minimum liegt zwischen 200 und 300 kee und beträgt etwa 0,1 %. Kathoden aus Schwermetallen wie Blei oder Gold haben eine Empfindlichkeit, die bei 10 ungleichmäßig von 3–4 % abnimmt kee auf etwa 0,8 % bei 600 Kee, und steigt dann bei 2,6 wieder auf 2 % an Mav-Anoden. Als Anoden verwenden Sie am besten Wolframdraht mit dem gleichen Durchmesser über die gesamte Länge. Sie können auch erfolgreich Drähte aus anderen Metallen wie Kovar, Edelstahl und normalem Stahl verwenden. Da die Betriebsspannung mit zunehmendem Drahtdurchmesser zunimmt, ist es notwendig, einen möglichst dünnen Draht zu verwenden: Die untere Grenze des Durchmessers liegt bei etwa 0,08 mm; mit einem Durchmesser größer als 0,3 mm, Es gibt kein gutes Plateau mehr.

Um den Draht in die Glaswand des Zählers oder in den Glasisolator einzuschmelzen, werden an beiden Enden des Drahtes entsprechende Drahtabschnitte mit einer Dicke von 0,5–1 durch Punktschweißen angeschweißt mm zum Einschmelzen in Glas. Vor dem Einbau in das Messgerät muss das Kabel gründlich gereinigt werden; Berühren Sie den Draht auf keinen Fall mit den Fingern. Besser ist es, alles im Hochvakuum oder in einer Wasserstoffatmosphäre zu kalzinieren. Wenn das Messgerät so konstruiert ist, dass beide Enden des Drahtes nach außen ragen, wird der Draht unmittelbar vor dem Befüllen des Messgeräts mit Gas kalziniert. Um eine bestimmte effektive Länge der Anode zu erhalten, werden beide Enden des Drahtes in dünne Glaskapillaren oder in Metallstifte eingeschlossen, die leicht in die Kathode hineinragen; Die Länge des Drahtes kann durch eingeschmolzene Glasperlen oder Glasstäbe begrenzt werden.

Um bei Proportionalzählern kleine Entladungen in Richtung der Anode entlang der Oberfläche des Isolators zu verhindern, wird empfohlen, den Anodeneingang mit einem Schutzring zu umgeben, dessen Potential konstant ist und ungefähr dem Anodenpotential entspricht.

Glastheke

e) Form der Meter. Nachfolgend finden Sie Anweisungen zum Selbermachen von Theken.

1) Abmessungen. Theken können in Form und Größe sehr unterschiedlich sein, was durch die große Vielfalt ihrer Einsatzmöglichkeiten erklärt wird. In den meisten Fällen werden Messgeräte mit einem Kathodendurchmesser zwischen 5 und 25 verwendet. mm und Anodendrähte mit Längen von 2 bis 20 Cjh; Bei der Untersuchung beispielsweise der kosmischen Strahlung werden viel längere Zähler verwendet. Generell sollte die Länge der Theke um ein Vielfaches größer sein als ihr Durchmesser. Da die Totzeit des Zählers etwa proportional zum Quadrat des Kathodendurchmessers zunimmt, ist es besser, mehrere parallel geschaltete Zähler mit kleinem Durchmesser anstelle eines Zählers mit großem Durchmesser zu verwenden; zum Beispiel statt einer Ein-Meter-Theke mit einem Durchmesser von 3 cm Sie können einen Komplex aus sieben Theken mit einem Durchmesser von jeweils 1 verwenden cm, die in ein Glasrohr eingeschmolzen sind und eine gemeinsame Gasfüllung haben. Bei sehr langen selbstlöschenden Messgeräten kann eine kürzere Totzeit erreicht werden, wenn der Anodendraht durch Einschmelzen kleiner Glasperlen mit einem Durchmesser von etwa 0,5 in mehrere Teile geteilt wird mm.

Einführung in einen Metallzähler mit angelötetem Metallstecker, Glasisolator und Metallsockel.

Flüssigkeitszähler

2) Glastheken. Die einfachste Glastheke ist in Abb. dargestellt. Die Kathode ist ein dünnwandiges Metall- oder Kohlenstoffrohr, das in ein Glasrohr eingeschmolzen ist und dessen Enden gut abgerundet oder leicht nach außen gebogen sind. Sie können auch durch Vakuumverdampfung oder chemische Abscheidung eine dünne Metallschicht auf die Innenwände einer Glasröhre auftragen. Hierzu eignen sich insbesondere auch dünne Graphitschichten, die durch Auftragen einer Aquadag-Schicht erhalten werden. Vor dem Auftragen von Metall- oder Graphitschichten ist es notwendig, das Glasrohr sehr gründlich mit einer Lösung von Kaliumdichromat in Schwefelsäure oder einem anderen ähnlichen Reiniger zu reinigen, da eine gute Haftung der Schicht auf dem Glas erforderlich ist; Andernfalls wird die Theke schnell unbrauchbar, wenn sich kleine Folien von der Schicht lösen. Die Verbindung zur Kathode erfolgt über einen dünnen Draht, der in ein Glasrohr eingeschmolzen ist. Für ein weiches Natronglasrohr mit einer Wandstärke von weniger als 0,8 mm Auf die Außenseite eines Glasrohrs kann eine Graphitschicht aufgebracht werden: Die Leitfähigkeit dünner Glasschichten reicht aus, um Strom durch die Wand fließen zu lassen.

Theke mit dünnem Glimmerboden

Da die meisten Kathoden bereits unter dem Einfluss von sichtbarem Licht eine kleine Menge Photoelektronen aussenden, die den Zähler antreiben, ist es notwendig, die Zähler während der Messungen sorgfältig mit Abschirmungen vor der Einwirkung von Lichtstrahlen zu schützen. Glasabdeckungen beschichten Sie am besten mit einem lichtbeständigen, gut isolierenden Lack oder Ceresin, dem ein deckender, fettlöslicher Farbstoff zugesetzt wird. .

Fortsetzung
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3) Metalltheken. Der einfachste Weg besteht darin, einen Zähler aus einem Metallrohr herzustellen, dessen beide Enden mit gut sitzenden Isolatoren verschlossen sind, die mit Picein oder, wenn sie bei hohen Temperaturen betrieben werden sollen, mit Araldit verklebt sind. In die Isolatoren sind in der Mitte längsgebohrte Messingstifte mit einer Stärke von 3 bis 4 eingebaut mm mit gut abgerundeten Kanten, mehrere hervorstehend mm innerhalb der Röhre. Der Anodendraht wird durch die Löcher in den Stiften gezogen und an deren äußeren Enden angelötet. Zusätzlich ist in einem der Isolatoren ein dünnes Glasrohr zum Pumpen und Befüllen des Zählers eingebaut. Ebonit setzt leicht Gas frei, wodurch das Messgerät schnell unbrauchbar wird. Daher sollten solche Isolatoren nur in verwendet werden diese Fälle, in denen die Lebensdauer des Zählers keine Rolle spielt. Es ist besser, Plexiglas, Trolitol und ähnliche Materialien zu verwenden; Geeignetere Materialien für Isolatoren sind jedoch Glas oder keramische Stoffe wie Porzellan, Speckstein usw. Bei Glasisolatoren kann auf den Einsatz von Kleber verzichtet werden, indem Glasrohre mit daran verschmolzenen Metallrohren verwendet werden. Diese Glasrohre können mit ihren Metallenden in Messingstopfen eingelötet werden, die den Metallzähler abschließen. Der Anodendraht wird auf die gleiche Weise wie bei Glasröhren verschmolzen. In Abb. Darüber hinaus ist am Messgerät ein Metallsockel angebracht, mit einem Steckerstift für den Anschluss an das abgeschirmte Kabel, das zum Verstärker führt. Keramische Isolatoren können an den Rändern mit Kupfer beschichtet und mit Metallkathoden verlötet werden.

4) Dünnwandige Partikelzähler. Aufgrund der unbedeutenden Penetrationsfähigkeit von Partikeln z ihre Forschung erfordert sehr dünnwandige Theken. β-Teilchen mit einer Energie von 0,7 Mavnicht mehr durch Glas getreten oder Aluminiumstärke 1 mmoder durch Kupfer dick 0,3 mm. Mit Rohrdurchmesser aus 10 Vor 15 mmnoch Glastheken können abgepumpt werden Und Aluminium , wenn die Wand sehr gleichmäßig dick ist. Dünne Aluminiumrohre werden am besten aus Duraluminium gefertigt, während dicke Flansche an den Rohrenden verstärkt werden können, um die Stabilität zu erhöhen. Wenn der Gasfüllstoff Halogene enthält, empfiehlt es sich, als Kathode eine Edelstahldrahtspirale nahezu wandnah in ein dünnwandiges Glasrohr einzuführen; Die Spirale muss eine Steigung von mehreren haben mm, und bestehen aus drei parallelen Drähten.

Ein Messgerät zur Untersuchung von Flüssigkeiten ist in Abb. dargestellt. Ein dünnwandiges Glasrohr ist mit dem äußeren Glasrohr des Messgeräts verschmolzen, so dass Flüssigkeit in den engen Zwischenraum zwischen den Rohren eingeleitet werden kann. In diesem Fall sollte die Flüssigkeit diesen Raum bis zum oberen Ende des Messrohrs ausfüllen . Um die Effizienz beim Zählen niederenergetischer Elektronen zu erhöhen, ist ein sehr dünnes Fenster im Zählrohr erforderlich, beispielsweise aus einer Glimmerplatte, wie in Abb. Die Glimmerfolie wird auf einen beheizten Flansch gelegt, gleichmäßig mit Leim geschmiert, am Ende des Messrohrs montiert und mit einem heißen, ebenfalls mit Leim geschmierten Metallring gedrückt. Glimmerfenster mit einem Durchmesser von 20 bis 25 mm stabil bis zu einer Dicke von ca. 2 bis 3 mg/cm2 , diese. gerundet 0,01 mm. Drahtstärke 0,2 mm ist nur an einem Ende im Messgerät befestigt; Direkt hinter dem Fenster endet es in einer Glasperle mit einem Durchmesser von 1–2 mm.

Das Glasfenster kann mit einer Dicke von 10 bis 15 hergestellt werden mg\cmG. Dazu wird das Glasrohr vom verschmolzenen Ende her auf einer Länge von 1–2 erhitzt cm bis es fast vollständig weich ist; Dann wird sein geschmolzenes Ende sehr stark erhitzt und so schnell wie möglich Luft in das Rohr gesaugt, so dass es die in Abb. gezeigte Form annimmt. Der innere Teil des Rohres ist mit der Außenwand verschmolzen; dann bricht das Rohr etwa an der in der Abbildung durch die gestrichelte Linie dargestellten Stelle ab und der Rohrrand schmilzt.

Ein dünnes Glasfenster herstellen

B) Verstärker für Messgeräte

a) Eingangsschaltung. Zum Registrieren und Zählen der Anzahl der am Widerstand auftretenden Spannungsimpulse R Zähler wurde eine große Anzahl von Schemata entwickelt, von denen hier nur einige der einfachsten beschrieben werden.

Bei selbstlöschenden Zählern werden die Impulse dem Messkreis entweder direkt oder über einen Vorverstärker zugeführt, der im einfachsten Fall aus einer Pentode oder zwei Trioden mit ohmsch-kapazitiver Kopplung zwischen den Stufen besteht. In den Stromkreis eintretende Impulse werden in Impulse gleicher Größe und Form umgewandelt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Thyratron in einer Triggerschaltung verwendet werden, in der sich der Kondensator befindet NW entlädt sich über das Thyratron, sobald die Gitterspannung unter dem Einfluss positiver Impulse die Sperrspannung überschreitet. Die negative Sperrspannung beträgt üblicherweise etwa 5 % der Anodenspannung; Um eine zuverlässige Löschung zu gewährleisten, wird die Netzspannung 5–10 Mal niedriger eingestellt als die Abschaltspannung des Thyratrons. Mit Helium gefüllte Thyratrons haben eine Reaktionszeit von etwa 10 ~ 5 Sek., und die mit Argon gefüllten brauchen etwas länger.

Fortsetzung
--SEITENUMBRUCH--

Thyratrons sind sehr teuer, daher werden in den meisten Fällen, insbesondere wenn eine hohe Auflösung erforderlich ist, Trigger auf Vakuumröhren verwendet. Ein Beispiel dafür

Das Gerät ist in Abb. dargestellt. Beide Trioden haben einen gemeinsamen Widerstand im Kathodenkreis; Im stationären Zustand fließt Strom durch die erste Triode , während die zweite Triode mit einer gegenüber der Kathode negativen Gitterspannung verriegelt ist. Ein negativer Impuls vom Zähler, verstärkt durch die erste Triode, wird in positiver Polarität an das Gitter der zweiten Triode angelegt und entsperrt die Lampe. Die erste Triode ist aufgrund der kathodischen Kopplung gesperrt und bleibt in diesem Zustand, bis die positive Ladung an der Kapazität im zweiten Gitterkreis durch den Leckwiderstand fließt, wodurch der Kreis in seinen stabilen Zustand zurückkehrt. Dies geschieht für jeden gezählten Impuls, dessen Wert den Schwellwert um etwa 1 überschreitet V; An der Anode der zweiten Triode liegt ein negativer Rechteckimpuls von 50vi mit einer Dauer von 100 µs dient zur Steuerung der Konvertierungsschaltung. Als Verstärkerröhren kommen in dieser Schaltung am besten Doppeltrioden vom Typ 6SN71 zum Einsatz, natürlich können auch entsprechende Einzeltrioden verwendet werden.

Eine ähnliche Schaltung, die gleichzeitig als Dämpfungsschaltung dient, ist in Abb. Hier fließt im stationären Zustand Strom durch die zweite Lampe, während die erste Lampe geschlossen ist.

Eingangsmultivibratorschaltung

Impuls vom Zähler durch Kondensatoren mit einer Kapazität von 0,001 mkf und 27 pf gelangt am Gitter der zweiten Lampe an und führt zu einem „Überschlag“, so dass an der Anode der ersten Lampe ein negativer Rechteckimpuls von ca. 270 V entsteht, der als Löschimpuls über den Koppelkondensator dem Glühfaden des Messgeräts zugeführt wird , wodurch seine Spannung auf Null sinkt. Die Dauer der Rechteckimpulse ist im Bereich von 150–430 einstellbar µs mit variablem Widerstand 5 Mama. Der negative Impuls zur Steuerung der nachfolgenden Wandlerschaltung wird dem Spannungsteiler im Anodenkreis der ersten Lampe entnommen, während der positive Impuls vom Spannungsteiler der zweiten Lampe zur Steuerung des mechanischen Zählers verwendet wird.

Eingangskreis als Quenchkreis

Laut F. Droste ist im Diagramm in Abb. Sie können auch einen Dämpfungskreis herstellen, wenn die Kathoden des Messgeräts nicht geerdet, sondern mit der Anode der Eingangslampe verbunden sind. auf diese Weise wird ein Dämpfungsimpuls von mindestens 200 erreicht V.

b) Umrechnungsschaltungen und mechanische Zähler. Zum Zählen von Impulsen werden herkömmliche elektromechanische Zähler verwendet. Um jedoch den Widerstand der Gegenspule an den Ausgangswiderstand der Endröhre des Verstärkers anzupassen, ist es notwendig, die Windungszahl der Spule zu erhöhen, sodass ihr Widerstand mehrere Tausend beträgt Ohm Am einfachsten ist es, zu diesem Zweck ein Telefonmessgerät zu verwenden, bei dem die Spule mit einer relativ geringen Windungszahl durch eine Spule mit einer Windungszahl von 5000 bis 10.000 ersetzt wird. Das Messgerät ist zusammen mit Kondensatoren mit einer Kapazität von 0,01 bis 0,1, ist im Anodenkreis eines Thyratrons oder einer Ausgangslampe enthalten, deren Leistung zum Betrieb des Messgeräts ausreicht. Der positive Impuls vom Spannungsteiler der vorherigen Schaltung wird dem Thyratron zugeführt, während die Anschlusstriode oder Heptode auch durch einen negativen Impuls gesteuert werden kann, wenn der Ruhestrom dieser Lampen so gewählt wird, dass der Zähleranker angezogen wird in Ruhe und wird freigegeben, wenn ein Puls auftritt.

Aufgrund der relativ großen Trägheit mechanischer Zähler kommt es bereits bei Zählgeschwindigkeiten von etwa 100 Impulsen pro Minute zu erheblichen Fehleinschätzungen.

Mechanische Zähler mit geringer Trägheit sind nur mit großem Aufwand herzustellen. Zuverlässige Ergebnisse lassen sich wesentlich einfacher erzielen, wenn man dem Zähler eine Umrechnungsschaltung vorschaltet, die beispielsweise nur jeden zweiten Impuls an den mechanischen Zähler weiterleitet. Wenn Sie es in Reihe einschalten H Bei solchen Schaltungen kommt nur jeder 2n-Impuls am mechanischen Zähler an. In Abb. Es werden zwei weit verbreitete Konvertierungsschemata angegeben. Eine Schaltung nach dem Prinzip eines symmetrischen Multivibrators hat im Gegensatz zu den in Abb. zwei stabile Zustände, in denen je nach den Umständen eine Lampe geschlossen ist, während die andere Strom leitet. In der Schaltung sind Doppeldioden enthalten, um positive Impulse abzuschneiden. Ihre Kathoden liegen auf dem Potenzial der Anoden der Triggerlampen, daher muss der Glühfaden der beheizten Kathoden dieser Dioden von einer separaten Quelle gespeist werden. Ein negativer Impuls wird nur an die Anode der gesteuerten Triode angelegt. Das Potenzial der Anode der anderen Triode ist deutlich niedriger als das Potenzial der Kathode der Diode und gelangt über den Trennkondensator zum Gitter der entsperrten Triode . Diese Triode wird ausgeschaltet und die Schaltung geht in einen zweiten stabilen Zustand über, in dem sie bis zum Eintreffen des nächsten Zählimpulses verbleibt. Mehrere solcher Auslöser werden wie in der Abbildung gezeigt in Reihe geschaltet. Das Setzen des Nullpunkts der Neuberechnungsschaltung erfolgt durch kurzes Drücken der im Diagramm mit dem Wort „Null“ gekennzeichneten Taste. Bevor mit der Zählung begonnen wird, sind daher die zweiten Triggerlampen geöffnet. Auf Neonlichtern G.L., An den Anoden der ersten Triggerlampen liegt keine Spannung an. Beim ersten Impuls fließt ein Strom durch die erste Lampe des ersten Auslösers, die Neonlampe „1“ leuchtet auf, aber der an der zweiten Anode entstehende positive Impuls wird nicht an den zweiten Auslöser übertragen. Mit dem zweiten Impuls kehrt der erste Auslöser in seinen Ausgangszustand zurück, die Neonlampe „1“ erlischt, ein negativer Impuls an der zweiten Anode führt zum Umkippen des zweiten Auslösers und die Neonlampe „2“ leuchtet auf.

Ordnen wir den Neonlampen aufeinanderfolgender Auslöser die Nummern 1, 2, 4, 8, 16 usw. zu. Dann entspricht die Gesamtzahl der am Eingang der Zellenzählschaltung empfangenen Impulse, deren letzte Zelle über die letzte Lampe einen mechanischen Zähler steuert, dem Messwert dieses Zählers multipliziert mit 2" plus der durch angezeigten Zahl die brennenden Neonröhren. Wenn also beispielsweise das erste, vierte und fünfte Licht leuchten, müssen Sie die Zahl 25 hinzufügen.

Konvertierungsschema

Einfache Zehn-Tage-Zählschaltungen können auch aus handelsüblichen Spezial-Zähllampen wie ElT1dekatron, Trachotron oder EZh10 aufgebaut werden.

c) Durchschnittswertindikator. Sie können einen Messwert proportional zur durchschnittlich gezählten Anzahl von Impulsen pro Zeiteinheit erhalten, wenn Sie beispielsweise den durchschnittlichen Anodenstrom des Thyratrons in der in Abb. gezeigten Schaltung messen. Die Trägheit des Geräts, die erforderlich ist, um Stromschwankungen im Zusammenhang mit der statistischen Impulsverteilung zu reduzieren, kann durch ein Galvanometer mit mehreren in Reihe geschalteten Widerständen erreicht werden com Bypass mit einem großen Kondensator mit möglichst hohem Isolationswiderstand. Dieses Gerät ist kalibriert imp\min durch Vergleich seiner Messwerte mit den Messwerten der Konvertierungsschaltung. Darüber hinaus sind eine Reihe von Kondensatoren vorhanden CS, C4 und Widerstände RS in verschiedenen Größen, die per Schalter nach Belieben eingeschaltet werden können. Auf diese Weise können Sie den Bereich ändern

Fortsetzung
--SEITENUMBRUCH--

Messungen über einen weiten Bereich. Wird anstelle eines Thyratrons eine herkömmliche Ausgangsröhre verwendet, muss der durch das Galvanometer fließende Anodenruhestrom kompensiert werden. Weitere Schemata zur Zählung der durchschnittlichen Anzahl von Impulsen pro Minute finden sich in der Literatur.

d) Spannungsstabilisierung. Für genaue Messungen muss die Spannung am Messgerät möglichst konstant gehalten werden. Dies geschieht beispielsweise durch die Stabilisierung einer Reihe kleiner, in Reihe geschalteter Glimmentladungslampen, die wenig Strom verbrauchen. Der Zählerverstärker arbeitet oft auch bei unstabilisierter Spannung zufriedenstellend; Es ist jedoch besser, die Anodenspannung zu stabilisieren.

D) Statistische Fehler und deren Korrektur

a) Statistische Fehler. Wenn es für eine bestimmte Zeit berechnet wird N Impulse, dann beträgt der durchschnittliche statistische Fehler dieses Ergebnisses ±½ ~N. Aufgrund des Vorhandenseins kosmischer Strahlung und Radioaktivität in der Umgebung erzeugt jeder Zähler, selbst wenn keine Strahlungsquelle vorhanden ist, einen kleinen Hintergrund . Dieser Hintergrund kann deutlich reduziert werden, indem das Messgerät allseitig mit einer mehrere Zentimeter dicken Blei- oder Eisenschicht abgeschirmt wird. Für jede Messung muss vorab der Untergrund ermittelt werden. Wenn gleichzeitig eine Strahlungsquelle vorhanden ist, wird sie berechnet N Impulse, und ohne sie N Impulse, dann ist die Strahlungswirkung N– N Impulse, und der durchschnittliche statistische Fehler dieses Wertes beträgt

b) Korrektur wegen eingeschränkter Auflösung. Wenn das trägeste Element des Zählgeräts eine Auflösungszeit hat H Sekunden und die durchschnittliche Zählrate beträgt N„imp/s, dann die wahre durchschnittliche Zählrate

Daher beispielsweise mit einem Durchschnittswert N" = = 100 Imp/Sek und Auflösungszeitf = 10~s Sek die Fehleinschätzung beträgt 10 % der Gesamtzahl der Impulse.

Vervollständigt von: Andrey Andreyenko

Gomel 2015

Geiger-Müller-Zähler – erfunden 1908 von G. Geiger, später von W. Müller verbessert, der mehrere Varianten des Geräts implementierte. Es enthält eine mit Gas gefüllte Kammer, weshalb dieses Gerät auch als gasgefüllte Detektoren bezeichnet wird.

Das Funktionsprinzip des Zählers Der Zähler ist ein Gasentladungsvolumen mit einer sehr inhomogenen Struktur

elektrisches Feld. Am häufigsten werden Messgeräte mit koaxial angeordneten zylindrischen Elektroden verwendet:

Der äußere Zylinder ist die Kathode und ein um seine Achse gespannter Faden mit einem Durchmesser von 0,1 mm ist die Anode. Die interne oder Sammelelektrode (Anode) ist auf Isolatoren montiert. Diese Elektrode besteht normalerweise aus Wolfram, wodurch ein starker und gleichmäßiger Draht mit kleinem Durchmesser entsteht. Die andere Elektrode (Kathode) ist normalerweise Teil des Messgerätgehäuses. Wenn die Wände der Röhre aus Glas bestehen, ist ihre Innenfläche mit einer leitfähigen Schicht (Kupfer, Wolfram, Nichrom usw.) bedeckt. Die Elektroden befinden sich in einem hermetisch verschlossenen Tank, der mit etwas Gas (Helium, Argon usw.) unter einem Druck von mehreren Zentimetern bis mehreren zehn Zentimetern Quecksilbersäule gefüllt ist. Damit die Übertragung negativer Ladungen im Zähler durch freie Elektronen erfolgen kann, müssen die zur Befüllung der Zähler verwendeten Gase einen ausreichend niedrigen Elektronenhaftkoeffizienten aufweisen (in der Regel handelt es sich dabei um Edelgase). Um Teilchen mit geringer Reichweite (α-Teilchen, Elektronen) zu registrieren, wird im Gegenbehälter ein Fenster angebracht, durch das die Teilchen in das Arbeitsvolumen gelangen.

a – Ende, b – zylindrisch, c – nadelförmig, d – ummantelter Zähler, d – planparallel

Geigerzähler werden in nicht selbstlöschende und selbstlöschende Geigerzähler unterteilt

Externe Entladungsunterdrückungsschaltung.

In gasgefüllten Messgeräten wandern positive Ionen bis zur Kathode und werden in deren Nähe neutralisiert, wodurch dem Metall Elektronen entzogen werden. Diese zusätzlichen Elektronen können zu einer weiteren Entladung führen, wenn keine Maßnahmen ergriffen werden, um sie zu verhindern und zu löschen. Die Entladung im Messgerät wird durch den Einbau eines Widerstandsmessers in den Anodenkreis gelöscht. Bei Vorhandensein eines solchen Widerstands stoppt die Entladung im Messgerät, wenn die Spannung zwischen Anode und Kathode aufgrund der Ansammlung von Elektronen an der Anode auf Werte abnimmt, die unter den zur Aufrechterhaltung der Entladung erforderlichen Werten liegen. Ein wesentlicher Nachteil dieses Schemas ist die geringe Zeitauflösung in der Größenordnung von 10−3 s oder mehr.

Selbstverlöschende Messgeräte.

Derzeit werden nicht selbstverlöschende Messgeräte selten verwendet, da gute selbstverlöschende Messgeräte entwickelt wurden. Um die Entladung im Zähler zu stoppen, müssen natürlich die Gründe beseitigt werden, die die Entladung nach dem Durchgang eines ionisierenden Teilchens durch das Volumen des Zählers aufrechterhalten. Dafür gibt es zwei Gründe. Eine davon ist die ultraviolette Strahlung, die beim Entladungsprozess entsteht. Photonen dieser Strahlung spielen beim Entladungsprozess eine doppelte Rolle. Ihre positive Rolle in einem selbstverlöschenden Messgerät

Die Ausbreitung der Entladung entlang des Gegenfadens ist der Ausstoß von Photoelektronen aus der Kathode, was zur Aufrechterhaltung der Entladung führt. Ein weiterer Grund für das Auftreten von Sekundärelektronen aus der Kathode ist die Neutralisierung positiver Ionen an der Kathode. Bei einem normal funktionierenden Zähler sollte die Entladung bei der ersten Lawine unterbrochen werden. Die gebräuchlichste Methode zum schnellen Löschen einer Entladung besteht darin, dem Hauptgas, das den Zähler füllt, ein weiteres Gas hinzuzufügen, das die Entladung löschen kann. Ein Messgerät mit einer solchen Füllung wird als selbstverlöschend bezeichnet.

Geigerzähler mit Gasentladung

R Zum Verstärker Glasröhre Anode Kathode Der Gasentladungszähler hat eine Kathode in Form eines Zylinders und eine Anode in Form eines dünnen Drahtes entlang der Achse des Zylinders. Der Raum zwischen Kathode und Anode ist mit einem speziellen Gasgemisch gefüllt. Zwischen Kathode und Anode wird eine Spannung angelegt.

Szintillationszähler

Tscherenkow-Zähler Schema eines Tscherenkow-Zählers: Links ist der Kegel der Tscherenkow-Strahlung, rechts das Zählergerät. 1 - Teilchen, 2 - Teilchenbahn, 3 - Wellenfront, 4 - Strahler, 5 - Photomultiplier (dargestellt ist die Entwicklung einer durch ein Photoelektron verursachten Lawine von Sekundärelektronen), 6 - Photokathode.

Wilson-Kammer Wilson-Kammer. Ein Behälter mit Glasdeckel und einem Kolben am Boden wird mit gesättigten Dämpfen aus Wasser, Alkohol oder Äther gefüllt. Beim Absenken des Kolbens kühlen die Dämpfe aufgrund der adiabatischen Expansion ab und werden übersättigt. Ein geladenes Teilchen, das die Kammer passiert, hinterlässt auf seinem Weg eine Kette von Ionen. Der Dampf kondensiert auf den Ionen und macht die Partikelspur sichtbar

Der erste Detektor für geladene Teilchen, die Wilson-Kammer, wurde am 19. April 1911 geschaffen. Die Kammer war ein Glaszylinder mit einem Durchmesser von 16,5 cm und einer Höhe von 3,5 cm. Die Oberseite des Zylinders war mit aufgeklebtem Spiegelglas bedeckt, durch das Partikelspuren fotografiert wurden. Im Inneren befand sich ein zweiter Zylinder, darin befand sich ein ins Wasser gesenkter Holzring. Es verdunstete von der Ringoberfläche und sättigte die Kammer mit Wasserdampf. Eine Vakuumpumpe erzeugte ein Vakuum in einem kugelförmigen Behälter, der über einen Schlauch mit Ventil mit der Kammer verbunden war. Beim Öffnen des Ventils entstand in der Kammer ein Vakuum, der Wasserdampf wurde übersättigt und auf den Spuren geladener Teilchen kondensierten sie in Form von Nebelstreifen (weshalb das Gerät in der ausländischen Literatur auch Nebelkammer genannt wird). - „neblige Kammer“)

Blasenkammer. Der Behälter ist mit gut gereinigter Flüssigkeit gefüllt. In der Flüssigkeit gibt es keine Dampfbildungszentren, daher kann sie über den Siedepunkt hinaus überhitzt werden. Aber ein vorbeiziehendes Teilchen hinterlässt eine ionisierte Spur, entlang derer die Flüssigkeit kocht und ihre Flugbahn mit einer Blasenkette markiert. Moderne Kammern verwenden flüssige Gase – Propan, Helium, Wasserstoff, Xenon, Neon usw. Im Bild: eine am Lebedev Physical Institute entworfene Blasenkammer. 1955–1956. Blasenkammer

Foto der Kollision von Schwefel- und Goldionen in einer Streamer-Kammer (einer Art Funkenkammer). Die Spuren geladener Teilchen, die bei Kollisionen darin entstehen, sehen aus wie Ketten separater, nicht verschmelzender Entladungen – Streamer.

Funkenkammer

Partikelspur in einer Funkenkammer mit schmalem Spalt. Partikelspur in einer Funkenkammer mit schmalem Spalt

Verfahren dickschichtiger fotografischer Emulsionen. Geladene Teilchen erzeugen verborgene Bilder der Bewegungsspur. Anhand der Länge und Dicke der Spur lässt sich die Energie und Masse des Teilchens abschätzen. Die fotografische Emulsion hat eine hohe Dichte, daher sind die Spuren kurz.

Wir haben uns mit der Beschreibung der Geräte vertraut gemacht, die bei der Untersuchung von Elementarteilchen und in der Kernphysik am häufigsten verwendet werden.

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Die Präsentation zum Thema „Geigerzähler“ kann absolut kostenlos auf unserer Website heruntergeladen werden. Projektthema: Physik. Bunte Folien und Illustrationen helfen Ihnen dabei, Ihre Klassenkameraden oder Ihr Publikum zu begeistern. Um den Inhalt anzusehen, nutzen Sie den Player, oder wenn Sie den Bericht herunterladen möchten, klicken Sie auf den entsprechenden Text unter dem Player. Die Präsentation enthält 5 Folie(n).

Präsentationsfolien

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Geigerzähler, Geiger-Müller-Zähler – ein Gasentladungsgerät zum automatischen Zählen der Anzahl der eintretenden ionisierenden Teilchen. Es handelt sich um einen gasgefüllten Kondensator, der durchbricht, wenn ein ionisierendes Teilchen ein Gasvolumen passiert. 1908 von Hans Geiger erfunden. Geigerzähler werden in nicht selbstlöschende und selbstlöschende Geigerzähler (kein externer Entladungsabschlusskreis erforderlich) unterteilt.

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Geigerzähler im Alltag

In in der UdSSR und Russland hergestellten Haushaltsdosimetern und Radiometern werden üblicherweise Messgeräte mit einer Betriebsspannung von 390 V verwendet: „SBM-20“ (etwas dicker als ein Bleistift), SBM-21 (wie ein Zigarettenfilter, beide mit ein Stahlkörper, geeignet für harte β- und γ-Strahlung) „SI-8B“ (mit einem Glimmerfenster im Körper, geeignet zur Messung weicher β-Strahlung)

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Geiger-Müller-Zähler

Ein zylindrischer Geiger-Müller-Zähler besteht aus einem Metallrohr oder einem von innen metallisierten Glasrohr und einem dünnen Metallfaden, der entlang der Zylinderachse gespannt ist. Der Faden dient als Anode, das Rohr als Kathode. Die Röhre ist mit verdünntem Gas gefüllt; in den meisten Fällen werden Edelgase verwendet – Argon und Neon. Zwischen Kathode und Anode entsteht eine Spannung von Hunderten bis Tausenden Volt, abhängig von den geometrischen Abmessungen des Elektrodenmaterials und der gasförmigen Umgebung im Messgerät. In den meisten Fällen benötigen weit verbreitete Haushalts-Geigerzähler eine Spannung von 400 V.

Tipps für eine gute Präsentation oder einen guten Projektbericht

1. Versuchen Sie, das Publikum in die Geschichte einzubeziehen, eine Interaktion mit dem Publikum durch Leitfragen und einen Spielteil aufzubauen, haben Sie keine Angst vor Witzen und lächeln Sie aufrichtig (wo angebracht).
2. Versuchen Sie, die Folie mit Ihren eigenen Worten zu erklären und fügen Sie zusätzliche interessante Fakten hinzu. Sie müssen die Informationen nicht nur aus den Folien lesen, das Publikum kann sie auch selbst lesen.
3. Es besteht keine Notwendigkeit, die Folien Ihres Projekts mit Textblöcken zu überladen; mehr Abbildungen und ein Minimum an Text vermitteln Informationen besser und erregen Aufmerksamkeit. Die Folie sollte nur die wichtigsten Informationen enthalten; der Rest wird dem Publikum am besten mündlich erzählt.
4. Der Text muss gut lesbar sein, sonst kann das Publikum die dargebotenen Informationen nicht erkennen, wird stark von der Geschichte abgelenkt und versucht, zumindest etwas zu verstehen, oder verliert völlig jegliches Interesse. Dazu müssen Sie die richtige Schriftart auswählen und dabei berücksichtigen, wo und wie die Präsentation ausgestrahlt wird, sowie die richtige Kombination aus Hintergrund und Text auswählen.
5. Es ist wichtig, Ihren Bericht zu proben, darüber nachzudenken, wie Sie das Publikum begrüßen, was Sie zuerst sagen und wie Sie die Präsentation beenden. Alles kommt mit Erfahrung.
6. Wähle das richtige Outfit, denn... Auch die Kleidung des Redners spielt eine große Rolle für die Wahrnehmung seiner Rede.
7. Versuchen Sie, selbstbewusst, reibungslos und zusammenhängend zu sprechen.
8. Versuchen Sie, die Aufführung zu genießen, dann fühlen Sie sich wohler und sind weniger nervös.