Газоразрядный счетчик радиоактивных излучений

Электрифицированные железные дороги, городские трамвайные сети, метрополитен получают постоянный ток от таких мощных ртутных выпрямителей, но в настоящее время они заменяются полупроводниковыми выпрямителями.

§ 148. ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ СЧЕТЧИК РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

В связи с распространением автоматического контроля различных производственных процессов с применением источников радио­активных излучений широкое применение получил газоразрядный

счетчик, регистрирующий эти излуче­ния. Его работа основана на ионизи­рующем действии радиоактивного из­лучения.

Газоразрядный счетчик (рис. 205) представляет собой стеклянный или металлический баллон с двумя элек­тродами — внешним (катод) и внут­ренним (анод). Катодом является или металлический баллон, или проводя­щий слой, нанесенный на внутреннюю поверхность стеклянного баллона. Ано­дом служит тонкая металлическая проволока, натянутая внутри баллона вдоль его оси.

Счетчик обычно наполнен специаль­ной смесью газов под давлением 100 мм рт. ст.

Когда газ внутри счетчика не иони­зирован ядерными частицами, несмот­ря на приложенное к нему напряжение, ток между его электродами не протекает. Как только газ внутри счетчика будет ионизирован попавшими в него ядерными частицами, в цепи счетчика появится электриче­ский ток.

Источником ионизации газа могут быть гамма-, альфа — и бета-лучи, рентгеновское и ультрафиолетовое излучения.

Для работы счетчика используется такой режим, при котором ток в цепи счетчика пропорционален числу ионизирующих частиц. Этот режим называется «областью Гейгера» и используется для работы газоразрядных счетчиков. Последовательно со счетчиком включается сопротивление порядка 1 — 10 Мом, являющееся нагруз­кой, с зажимов которого снимаются импульсы напряжения. Частота следования импульсов пропорциональна числу частиц, вызываю­щих ионизацию.

Газоразрядный счетчик воспринимает ядерное излучение и пре­вращает его в электрические импульсы. Эти импульсы попадают в регистрирующее устройство. Количество поступающих импуль­сов характеризует степень радиоактивности.

В практике применяют разнообразные типы счетчиков, которые реагируют на различные излучения. Они рассчитаны на разное рабочее напряжение, имеют различный срок службы, исчисляемый миллионами импульсов, а также разные размеры — длину и диа­метр.

Контрольные вопросы

1. Какие приборы называются ионными?

2  Почему в обычных условиях газ является диэлектриком?

3. В чем заключается ионизация газа и под влиянием чего она происходит?

4  Как устроена и действует неоновая лампа?

5.  Изобразите схему включения газосветной лампы и объясните назначение включенных в нее элементов.

6.  Для чего применяют стабилитрон?

7. Как устроен тиратрон и каково назначение его сетки?

8  Как действует газоразрядный счетчик радиоактивных излучений?

ГЛАВА  XV ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

§ 149. СТРОЕНИЕ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Наряду с электронными лампами в устройствах электроники все шире используются полупроводниковые диоды и триоды.

Их. работа основана на физических свойствах полупроводни­ков— кристаллических твердых тел.

Характерной особенностью металлических проводников являет­ся наличие свободных электронов. В диэлектрике — изоляторе свободных электронов нет и поэтому он тока не проводит. Полупровод­ники получили свое название потому, что они обладают промежу­точными свойствами между проводниками, имеющими большую электропроводность, и диэлектриками, которые тока не проводят.

К полупроводникам относятся такие химические элементы, как  германий, кремний, селен и многие другие твердые вещества, обла­дающие кристаллическим строением, окислы металлов, сернистые соединения и соединения селена.

Основным свойством полупроводников является изменение их электропроводности под действием температуры, света, давления и при наличии незначительных примесей.

Другой особенностью полупроводников является то, что их элек­тропроводность связана с перемещением в них не только отрица­тельных зарядов— электронов, но и положительных зарядов — дырок.

Рассмотрим строение типичного полупроводника — германия.

Германий является элементом четвертой группы периодической системы Менделеева и имеет во внешней оболочке (рис. 206) атома четыре валентных электрона, участвующих в химических реакциях и процессах электропроводности. Остальные электроны атомов германия тесно связаны с ядрами.

Каждый атом германия стремится образовать связи с четырьмя другими атомами. В такой ячейке кристалла атом расположен на одинаковом расстоянии от других атомов, находящихся в вершинах правильного многогранника — тетраэдра (см. рис. 206).

В образовании связей между атомами германия от каждого из них участвует по одному электрону. Таким образом, связь атома германия с ближайшим соседним атомом осуществляется двумя электронами. Подобная связь называется двухвалентной. Несвязан­ных свободных электронов германий практически не имеет. Число свободных электронов в его атомах составляет примерно один элек­трон на 10 млрд. атомов.

§ 150. ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРОННОЙ И ДЫРОЧНОЙ ПРОВОДИМОСТИ

Заметная электропроводимость в кристалле германия может возникнуть, если нарушить связи между атомами. Например, свет или тепло могут сообщить некоторым электронам энергию, доста­точную для отрыва их от атомов. При этом в кристалле появляются свободные электроны, которые перемещаются беспорядочно, подоб­но молекулам газа.

Если такой кристалл поместить в электрическое поле, то сво­бодные электроны будут перемещаться в направлении сил поля и в кристалле возникнет электрический ток.

Электропроводимость, осуществляемая свободными электрона­ми, называется электронной проводимостью полупроводника. Элек­тронная проводимость называется n-проводимостью (от француз­ского слова «negative» — отрицательный).

При отрыве электронов от атомов германия в последних обра­зуются свободные места, которые могут быть заняты другими элек­тронами. Такие свободные места получили название дырок. Появ­ление дырки связано с потерей электрона атомом, а потому в обла­сти образования ее возникает избыточный положительный заряд. Таким  образом,  наличие  дырки  равноценно  положительному

заряду.

Схема образования и заполнения дырок условно показана на рис. 207. На каждой подставке, установленной наклонно, имеется четыре отверстия (четыре дырки). В них расположено четыре шара

>(четыре электрона). Если шар 1 сместится вправо, он освободит отверстие (дырку) и упадет с подставки, тогда в отверстие, кото­рое занимал этот шар, переместится шар 2. Свободное отверстие, (дырку) этого шара займет шар 3, а отверстие последнего — шар 4. Из этой схемы видно, что шары (электроны) перемещаются и одном направлении — вправо, а отверстия  (дырки)—в противоположном направлении, т. е. влево. Кроме того, одна дырка заполняется, а в результате этого появляется новая дырка в соседнем атоме.

С перемещением электронов в  полупроводнике  создается  воз­можность заполнения  одних ды­рок и образования других.

Возникновение каждой новой дырки сопровождается появле­нием свободного электрона, т. е. непрерывно идет образование пар: электрон — дырка. В свою оче­редь, заполнение дырок приводит  к уменьшению числа свободных электронов.

Таким  образом,  в  кристалле, помещенном  в  электрическом поле, происходит не только перемещение электронов, имеющих отрицательный электрический заряд, но и перемещение дырок — положительных зарядов. При этом направление перемещения ды­рок противоположно направлению движения электронов.

Электропроводимость, возникающая в результате перемещения дырок в полупроводнике, называется дырочной проводимостью. Дырочная проводимость называется р-проводимостью (от слова «positive» — положительный).

§ 151. ПРИМЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКА

Электропроводимость полупроводников германия и кремния резко возрастает, когда к ним добавляют примеси в ничтожно ма­лых, но в строго определенных количествах. К таким примесям, прибавляемым к германию и носящим название донорных, относят­ся сурьма и мышьяк. Это пятивалентные химические элементы, имеющие по пять электронов на наружной оболочке атома.

Нетрудно понять, что примесные электроны образуют с сосед­ними атомами такие же связи, как и германий, причем используют­ся в этом случае лишь четыре электрона, а пятый (рис. 208, а) оказывается лишним, слабо связанным и может легко быть оторван от своего атома.