торые предназначены для стабилизации высоких напряжений (порядка киловольт) при небольших значениях силы тока (порядка микроампер). Такие стабилизаторы применяются, например, в источниках питания сцинтилляционных счетчиков и благодаря своим малым размерам упрошают приборы, содержащие эти счетчики. Эти стабилизаторы, называемые коронными, позволили применять сцинтилляционные счетчики в самых несложных и малогабаритных приборах, вплоть до полевых.

Коронные стабилизаторы устроены аналогично счетчикам Гейгера и в них используется режим Гейгера. В этом режиме (как было показано выше) вольтамперная характеристика становится почти вертикальной, что и обеспечивает стабилизацию напряжения. Название коронные объясняется использованием в них (как и в счетчиках Гейгера) коронного разряда, отличающегося тем, что он происходит возле электрода с малым радиусом кривизны (острие, нить), что обеспечивает высокую напряженность поля.

Глава 2

ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

§ 1. ИМПУЛЬСНЫЕ ТОКИ и НАПРЯЖЕНИЯ в ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Во многих типах дозиметрических приборов излучение регистрируется путем подсчета числа частиц, действующих на первичный элемент прибора. Таким элементом является счетчик частиц или ионизационная камера, работающие в импульсном режиме и преобразующие частицы в импульсы электрического тока. Так называют ток, который протекает в электрической цепи в течение короткого промежутка времени, называемого длительностью импульса.

Таким образом, задача дозиметрического прибора сводится к подсчету числа случаев, когда в цепи счетчика или ионизационной камеры появляется импульс тока, т. е. к подсчету числа этих импульсов. Поэтому для изучения устройства приборов необходимо разобраться в вопросах, связанных с действием импульсов тока и напряжения на некоторые его элементы и узлы.

Помимо различных электровакуумных приборов (электронных ламп, счетчиков частиц, ионизационных камер, тиратронов и т.п.), а также полупроводниковых приборов, в дозиметрической аппаратуре имеется большое количество так называемых

линейных элементов - сопротивлений, конденсаторов, катушек самоиндукции, трансформаторов и т. д. Эти приборы называются линейными потому, что между токами и напряжениями в них существует линейная (в достаточно широких пределах) зависимость, выражаемая следующими формулами:

i.~u (15)

для цепи, содержащей сопротивление R,

для цепи, содержащей самоиндукцию L, и

i = C-

(16)

(17)

для цепи, содержащей емкость С.

В этих формулах токи и напряжения, а также их производные входят в связывающие их уравнения в первой степени, а

коэффициенты -,L и С - постоянные, не зависящие от силы R

тока и напряжения.

Электрические цепи, составленные только из линейных элементов, называются линейными цепями. Для таких цепей справедливы законы Ома и Кирхгофа, причем если эти цепи содержат реактивные элементы, то в формулы законов Ома или Кирхгофа могут входить производные или интегралы в соответствии с формулами (16) и (17). В результате получаются дифференциальные (или интегродифференциальные) уравнения, которые также являются линейными.

Линейные электрические цепи могут находиться в установившемся (стационарном) либо в неустановившемся состоянии. Примером установившегося состояния может служить протекание постоянного или синусоидального тока, вызванного постоянной или синусоидальной э. д. с. в течение времени -oo<t< + oo. Примером переходного состояния может служить протекание тока в цепи, к которой в момент времени =0 подключен источник постоянной э. д. с. (рис. 103). В этом случае э. д. с, действующая на цепь, может быть выражена функцией, график которой изображен на рис. 104. Эта функция называется функцией включения или толчком. Если такой толчок э. д. с. воздействует в момент =0 на цепь, содержащую только активные сопротивления (рис. 105, а), то зависимость силы тока от времени будет также иметь вид функции включения [см. формулу (15)]. Если же в цепи помимо активных элементов включены также и реактивные, например L (рис. 105, б), то сила тока станет постоянной не в

момент =0, а позже, так как в момент включения возникнет э. д. с. самоиндукции, которая противодействует нарастанию тока от нуля до некоторого постоянного значения [см. формулу (16)]. Следовательно, при включении цепей, содержащих, помимо активных, реактивные элементы, происходит процесс перехода от одного установивщегося состояния к другому (в данном

Рис. 103. Присоединение источника постоянной э. д. с. к цепи в момент =0

Рис. 104. График Рис. 105. Дейстане напря-функции включения жения типа толчка на (толчка) активную (а) и реактив-

ную (б) цепи

случае от тока, равного нулю, к току, равному постоянной величине), связанный с изменением запаса энергии в электрическом или магнитном поле. Аналогичный процесс происходит при выключении цепи, при коротком замыкании части цепи, при скачкообразном изменении э. д. с. или сопротивления, включенного в цепь, и т. д. Такой процесс называется переходным.

Импульсные напряжения и токи также вызывают переходные процессы в линейных цепях.

Включение постоянного напряжения

Последовательно соединенные самоиндукция и сопротивление

Рассмотрим переходный процесс в цепи, составленной из последовательно включенных сопротивления R и самоиндукции L (рис. 105, б). Напряжение, приложенное к этой цепи, выражено как функция времени на рис. 106, а. Чтобы найти силу тока в этой цепи, составим дифференциальное уравнение по второму закону Кирхгофа:

u{t)-L-4- = iR,

И (О

dt dt L

Рещение этого уравнения для >0 будет

i{t)=-(\-e ),

(18)

(19)

где 6=2,71828 - основание натуральных логарифмов.

Найдем напряжения на отдельных участках цепи. Напряжение на катущке самоиндукции находим из формул (16) и (19):

(1-е )=Uoe , (20)

й на сопротивлении - из формул (15) и (19) либо по второму закону Кирхгофа из формулы (20):

i,(0 = o- l(0=-o(l- )

(21)

Кривые зависимостей /, и и, от времени изображены на рис. 106.

Физический смысл кривых рис. 106 заключается в следующем: в момент включения t=0 сила тока i{t) (кривая б) может быть равна только нулю, так как в противном случае имело бы место конечное приращение тока за бесконечно малое время,

т. е. э. д. с. самоиндукции е () = -L-=оо, что невозможно, так

как {t) может быть только меньше пли равна u{t). Так как i{t)=0, то и напряжение Uj{t)=i(t)R равно нулю (кривая г). и поэтому все напряжение источника э. д. с u{t)=Uo приложено к катушке (кривая в) и уравновешивается ее э. д. с. После момента =0 сила тока возрастает, причем скорость увеличения тока пропорциональна приложенному напряжению Uo и обратно пропорциональна самоиндукции L (Действительно, так как при

=0 и {t) = Uo, то L=Uo, откуда = ). Если бы

R было равно нулю, то сила тока возрастала бы беспредельно по пунктирной прямой, проведенной под углом т (рис. 106, б), а напряжение (О было бы постоянным и равным Uo- Но так как R не равно нулю, то по мере увеличения силы тока растет и падение напряжения Ui{t)=i{t)R. Поэтому уменьшается

(t) = Uc- (t), а так как (t) = - . то уменьшается и скорость нарастания силы тока. Процесс установится тогда, когда Ui{t)=L У станет равным нулю, сила тока станет постоянной, а все напряжение u{t) будет приложено к сопротивлению R, т. е. Uo = Ui{t)=iit)R, откуда i{t) =

Следовательно, в начале переходного процесса э. д. с. самоиндукции препятствует нарастанию тока со скоростью большей,

чем а затем дальнейшее уменьшение скорости нарастания

тока обусловлено только сопротивлением, а самоиндукция все меньше препятствует прохождению тока.

Последовательно соединенные емкость и сопротивление

Аналогичным путем можно получить соответствуюшие зависимости для цепи, составленной из последовательно соединенных сопротивления R и конденсатора С (рис. 107). В этом случае дифференциальное уравнение по второму закону Кирхгофа имеет вид

и (/) - и (t) i (t) R, или и (t) = и (t) + i (t) R, dUf

откуда заменяя г = С

-[по формуле (17)], получим

RC + u{t)u{t).

Решение этого уравнения для >0 имеет вид

u{t) = U{\-e ), из которого, по формуле (17), сила тока ducit)

i{t)=C

d RC Uo RC

dt di

и падение напряжения на сопротивлении

(22)

(23)

(24)

(25)

На рис. 108 изображены кривые изменения i, и во времени. Эти кривые также можно объяснить физически. В момент t=0 конденсатор не заряжен и U(,=0; мгновенно измениться не может, так как в противном случае

duc(t)

что невозможно, так как Uj {t)=i{t)R может быть только меньше или равно u{t). Поэтому все напряжение u(t) = UQ приложено к сопротивлению (j =i{t)R=Uo], а сила тока равна

i{t) = т. е. имеет ту же величину, какую она имела бы, ес-

ли бы конденсатор был замкнут накоротко. Таким образом, не-

(о :3 а

1 9 Защита от ралиоактивиы.х излучений