Дозиметрические приборы

(ионного чехла), которые мешают развитию следующих лавин. Каждая лавина может развиваться независимо, даже если предыдущая еще не дошла до коллектора. С другой стороны, большое значение силы тока в цепи коллектора (порядка миллиампер) позволяет включать в эту цепь г. 2г9т J дг5 получения импульса напряже-

ния нагрузочные сопротивления небольшой величины, что обеспечивает малую постоянную времени RC.

Пропорциональность счетчика объясняется тем, что количество лазин в счетчике равно числу фотоэлектронов катода, вызванных сцинтилляцией, число фотоэлектронов пропорционально числу фото-ков света, возникших в сцинтилляторе, а число фотонов, в свою очередь, пропорционально энергии регистрируемой частицы и зависит от ее природы.

Большая эффективность сцин-тилляционных счетчиков по отношению к у-излучению объясняется тем, что толщина сцинтиллятора может быть сделана so много раз большей, чем толщина катода газового счетчика. Увеличить толщину катода газового счетчика нельзя, так как при этом увеличится поглощение в них вторичных электронов, которые, следовательно, не попадут в объем счетчика. Толщина сцинтиллятора по той же причине ограничена поглощением в нем квантов света, созданных излучением, которые могут не достигнуть фотокатода. Но поглощение света в сцинтилляторе во много раз меньше, чем поглощение вторичных электронов в катоде газового счетчика, что позволяет выбрать большую толщину сцинтиллятора и обеспечить высокую эффективность.

Недостатки сцинтилляционных счетчиков связаны с недостатками фотоумножителей: необходимость в источнике стабилизированного высокого напряжения усложняет прибор и увеличивает его габариты. Это обстоятельство наряду с высокой стоимостью сцинтилляторов делает приборы со сцинтилляционны-ми счетчиками более дорогими, чем приборы с газовыми счетчиками.

Рис 57. Фотоу.миожитель большими катодами:

схема, 2 - фотокатод; J - си

стрма лннолов

§ 2. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ

Приборы, действие которых основано на электрическом токе в газе, разреженном в большей или меньшей степени, называются электровакуумными. В зависимости от степени разрежения газа они делятся на электронные и ионные. В электронных приборах носителями тока являются только электроны, эмит-тируемые (испускаемые) металлическим электродом (катодом) и движущиеся без столкновений с молекулами газа (или с ничтожно малой вероятностью столкновения). Это соответствует давлению газа от 10 мм рт. ст. и ниже. При несколько больших давлениях газа увеличивается вероятность столкновений электронов с молекулами газа, в результате которых образуются ионы и электроны, участвующие в токе и нарушающие работу электронного прибора. К электронным приборам относятся электронные лампы, электроннолучевые трубки, фотоу.множи-тели и др.

Существует ряд приборов, работа которых принципиально основана на процессах ионизации в газе. Носителями тока в них являются не только электроны эмиссии, но и ионы и электроны, возникшие в результате ионизации газа. Такие приборы, называемые ионными или газовыми, работают при давлениях газа от Ю * мм рт. ст. и выше. К ним относятся газотроны, тиратроны, неоновые лампы, стабилозольты, ионизационные камеры, газовые счетчики частиц и др.

Электронные лампы

Явление эмиссии и устройство катодов электронных ламп.

Явление эмиссии используется для получения электронов во всех электронных и почти во всех ионных приборах. Оно заключается в испускании электронов с поверхности металлов иод действием различных причин.

Внутри металла электроны могут свободно перемещаться, но, приблизившись к его поверхности, они встречают тормозящие силы, препятствующие их вылету за пределы металла. Эти силы создаются двойным заряженным слоем, образованным атомами, находящимися на поверхности металла и поляризованными другими атомами. Кроме того, электроны, вылетевшие из металла, индуцируют в нем положительный заряд, что также создает для них тормозящее поле. Следовательно, покинуть металл могут лишь те электроны, которые обладают кинетической энергией, превосходящей некоторую величину w, достаточную для прео-

Прибором, где не используется эмиссия, является, например, ионизационная камера.

деления тормозящих сил. При температуре абсолютного нуля кинетическая энергия электронов не превышает некоторой величины К/ .

В результате различных внешних воздействий электронам сообщается добавочная энергия. Величина этой добавочной энергии, достаточной для того, чтобы электрон покинул металл, называется работой выхода. Это величина, равная (w - w ), характеризует эмиссионную способность данного металла, которая тем выше, чем меньше его работа выхода.

Значения работы выхода различных металлов приведены в табл. 27.

Таблица 27

Значения работы выхода электронов для некоторых металлов

Металл

Работа выхода эв

Барий .

Стронций

Кальций

Торий . Медь . .

Никель Тантал . Молибден

1.7 2,0 2.3 2 7 3.0 4 О

4 01 4,1

Металл

Работа выхода ав

У;-лероД.......

Ртуть ........

Во. 1ьфпам......

П. 1атина........

Ь ике.1ь, покрытый окис .ами щелочноземель ных металлов . . . .

Торий на вольфраме . .

4 34 5,52 5,53 5

0,5-1,5 2,63

Внешними воздействиями, вызывающими эмиссию, являются: нагрев металла (термоэлектронная эмиссия), сильное электрическое поле (холодная или автоэлектронная эмиссия), освещение его поверхности (фотоэлектронная эмиссия), бомбардировка металла электронами или ионами (вторичная эмиссия). В зависимости от способа получения свободных электронов в них различают приборы:

1) с термокатодом;

2) с холодным катодом;

3) с фотокатодом;

4) вторично-электронные.

Наиболее распространенным в приборах видом эмиссии является термоэлектронная. Для нагревания металла до температуры, достаточной для испускания электронов, ему придают форму нити и пропускают через нее ток. Такая нить, называемая кз годом прямого (или непосредственного) накала, впаивается в вакуумный баллон и присоединяется к источнику тока.

Зависимость тока эмиссии от температуры вой рис. 58 и соответствующей ей формулой

в

выражается кри-

где - ток эмиссии, а/см;

А и В - постоянные, зависящие от материала катода; Т - абсолютная температура катода, °К; е - основание натуральных логарифмов. Нить изготавливают обычно из вольфрама, способного выдержать высокую температуру. Однако катод из чистого вольфра-

1000 2000 то 000 темпераш1а,°к

Рис. 58. Зависимость тока термоэлектронной эмиссии от температуры

катода

ма ие обеспечивает достаточно большой эффективности (этим термином обозначают отношение тока эмиссии к мощности накала); она не первосходит 10 uajeT при диаметре нити порядка 1 мм. Чтобы повысить эффективность катода, применяют активирование, т. е. такую обработку материала катода, в результате которой на его поверхности образуется слой, уменьшающий работу выхода. Материалом этого слоя является торий (то-рированный катод), карбид вольфрама (карбидированный катод) и барий (оксидный и бариевый катоды, отличающиеся один от другого способом образования бариевого слоя). В результате получается катод, работающий при более

низкой температуре и обеспечивающий больший ток эмиссии. Так, например, оксидный катод при рабочей температуре 1000- 1200° К имеет эффективность 60-100 ла/аг, а бариевый - при рабочей температуре 750-900° К 70-120 ма1вт.

Недостаток активированных катодов - меньшее постоянство эмиссии, чем у вольфрамового катода. Поэтому в тех приборах, в которых необходимо высокое постоянство эмиссии ( например, в измерительных приборах) применяют катод из чистого вольфрама. Активированные же катоды используются во всех случаях, когда требуется обеспечить экономичность накала, т. е. небольшую затрату мощности при достаточном эмиссионном токе.

Для сравнения приведем основные параметры различных катодов (табл. 28).

Катоды, выполненные в виде нити, накаливаемой током (прямого накала), питаются от источника постоянного напряжения

Рабочая температура вольфрамового катода порядка 2500°; температура плавления 3600°-

Основные параметры некоторых катодов

Таблица 28

Мощность накала, приходящаяся на 1 ем поверхности катода.

Если питать их переменным током, то эмиссионный ток будет пульсировать с двойной частотой переменного тока, так как с такой частотой будет периодически изменяться температура катода. Это колебание будет создавать мешающий фон во всех цепях прибора и приведет, например, в радиоприемнике к постоянному шуму в репродукторе, а 3 радиометрическом приборе - к ложному счету. При питании накала переменным током мешающий фон создается также переменным магнитным полем вокруг нити накала и переменной разностью потенциалов на ее концах.

Чтобы обеспечить возможность питания накала переменным током, применяют подогревные катоды, которые состоят из вольфрамовой нити (называемой нитью накала) и никелевого цилиндрика, изолированных один от другого фарфором или алундом (рис. 59). Нить используется только для нагревания катода пропускаемым через нее током, а цилиндрик с нанесенным на нем активным слоем - для эмиссии. Таким образом, функции накала и эмиссии в подогревном катоде разделены, огчего его называют еще катодом косвенного накала.

Подогревный катод обладает достаточной тепловой инерцией, чтобы его температура не успевала заметно изменяться при питании переменным током. Кроме того, нить подогревателя дела-

Рис. 59. Конструкция подогревного катода;

/ - нить: 2 - катод: 3 - алуид; 4 - фарфоровый цилиндр

ют бифилярной (т. е. скрученной в виде двойной спирали), а поверхность катода, имеющая вывод только в одной точке, эквипотенциальна (т. е. потенциал всех ее точек одинаков); таким образом устраняются магнитное и электрическое переменные поля катода. Все это позволяет питать накал переменным током без заметного мешающего фона в приборах.

В многоламповых схемах катоды обычно присоединяют к одному источнику питания, включая их параллельно или последовательно. При эксплуатации катодов следует иметь в виду, что сопротивление катода в холодном состоянии значительно меньше, чем в нагретом (например, вольфрамового катода в 14 раз), отчего при включении катода возникает чрезмерно большой ток. Поэтому нужно избегать лишних включений катода (например, при кратковременных перерывах в работе катод лучше не выключать).

Двухэлектродные лампы

Термоэлектронную эмиссию можно обнаружить, если в вакуумный сосуд (с давлением газа Ю - 10 мм рт. ст.), в котором находится термокатод, впаять металлический электрод (анод)

Рис. 60. Обнаружение движения электронов в вакууме

Рис. 61. Устройство диода с цилиндрической (а) и плоской (б) конструкцией электродов: / - иить; 2 - аиод

и соединить его с катодом через внешнюю цепь, содержащую гальванометр (рис. 60). Такая система, состоящая из катода и анода, помещенных в вакууме, называется двухэлектродной электронной лампой или диодом. Анод диода и других ламп изготовляют обычно в ви.ае цилиндра, окружающего катод 1 (рис. 61, а), либо в виде пластин (рис. 61, б). Ток, протекающий в анодной цепи диода, разогревает анод; поэтому материалом анода выбирают тантал, молибден, никель- вещества, достаточно тугоплавкие и хорошо рассеивающие тепло.

Способность различных материалов выдерживать нагрев характеризуется данными, приведенными в табл. 29.