Global EE

Ядерная физика — Задание 18 ОГЭ по физике №00003922

Задание №18. Текстовая Качественная Задача

Ядерная физика

№2. Задание 18

ID: 00003922

Распространенным прибором для регистрации заряженных частиц является газоразрядный счетчик Гейгера–Мюллера. Газоразрядный счетчик представляет собой металлический цилиндр, по оси которого натянута тонкая проволока, изолированная от цилиндра. Цилиндр заполняется специальной смесью газов (например, аргон + пары спирта), давление которых 1000–1500 мм рт. ст. Счетчик включается в цепь: цилиндр соединяется с отрицательным полюсом источника тока, а нить с положительным; на них подается напряжение порядка 1000 В.

Попадание в счетчик быстрой заряженной частицы вызывает ионизацию газа. При этом образуется свободный электрон. Он движется к положительно заряженной нити, и в области сильного поля вблизи нити ионизирует атомы газа. Продукты ионизации — электроны — ускоряются полем и в свою очередь ионизируют газ, образуя новые свободные электроны, которые участвуют в дальнейшей ионизации атомов газа.

Число ионизированных атомов лавинообразно возрастает — в газе счетчика вспыхивает электрический разряд. При этом по цепи счетчика проходит кратковременный импульс электрического тока. Отрицательно заряженные электроны собираются вблизи нити, а более массивные положительно заряженные ионы медленно движутся к стенкам цилиндра. Электроны уменьшают положительный заряд нити, а положительные ионы — отрицательный заряд цилиндра; соответственно, электрическое поле внутри цилиндра ослабевает. Через промежуток времени порядка микросекунды поле ослабляется настолько, что электроны не будут иметь скорости, необходимой для ионизации. Ионизация прекращается, и разряд обрывается.

За счет притока зарядов из источника тока счетчик снова будет готов к работе через 100–2000 мкс после вспышки. Таким образом, в счетчике возникают кратковременные разряды, которые могут быть подсчитаны специальным устройством. По их числу можно оценить число частиц, попадающих в счетчик.

При помощи счетчика Гейгера–Мюллера можно регистрировать еще и гамма-кванты, которые, попадая в стенки счетчика, выбивают из них заряженные частицы. Какие это могут быть частицы? Опишите, какие процессы далее происходят в счетчике. Что происходит при попадании в счетчик быстрой заряженной частицы?

Источник: ФИПИ

Решение

Дано:

Счётчик Гейгера-Мюллера. Гамма-кванты попадают в стенки счётчика.

Найти:

Какие частицы выбиваются? Описать процессы в счётчике. ⠀

Решение:

1. Частицы, выбиваемые из стенок:

Гамма-квант — это электромагнитная волна (фотон). При взаимодействии с атомами металлических стенок счётчика фотон передаёт свою энергию электрону атома — происходит фотоэффект. Из стенок вылетают электроны.

2. Процессы в счётчике после появления свободного электрона:

После того как образовался свободный электрон, он ускоряется электрическим полем между анодом и катодом счётчика. Приобретая высокую кинетическую энергию, быстрый электрон ионизирует молекулы газа внутри счётчика. Продукты ионизации — ионы и новые электроны — также ускоряются полем и снова ионизируют газ. Развивается лавинообразный процесс, в результате которого через счётчик протекает кратковременный импульс тока, фиксируемый прибором.

3. Процесс при попадании быстрой заряженной частицы (вопрос 3):

Происходит то же самое: быстрая заряженная частица непосредственно ионизирует газ внутри счётчика — дальнейший лавинообразный процесс аналогичен описанному в пункте 2.

Ответ

ионизация газа вызывает лавинообразный ток

Видеоразбор

Другие задания по теме «Ядерная физика» (1)