Самодельный счетчик Гейгера и опыты с ним

Счетчик работает от сети переменного тока напряжением в 220 в. В схему счетчика входят: удвоитель напряжения, трубка СТС, индикатор настройки типа 6Е5С, телефонные наушники или громкоговоритель типа «Рекорд», конденсаторы и реостаты.

Удвоитель напряжения смонтирован из двух диодов типа ДГ-Ц27 и двух конденсаторов С₁ и С₂ (рис. 104).

Рис. 104. Схема счетчика элементарных частиц

При помощи удвоителя напряжения на СТС подается постоянное напряжение в 400 в. С нагрузочного сопротивления R₁ импульс подается на сетку лампы 6Е5С через конденсатор С₃, вследствие которого затемненный сектор экрана уменьшается и в телефонных наушниках (или громкоговорителе Т) слышится щелчок. На лампу 6Е5С подается постоянное напряжение в 220 в. Для питания нити накала лампы к контактам 2 и 3 подается напряжение в 6,3 в.

Монтаж счетчика выполнен на пластмассовом или фанерном щитке размером 160 X 200 мм. На щитке укрепляют зажимные контакты для подключения напряжения в 220 в и 6,3 в, зажимы, в которые вставляют трубку СТС, и зажимы для подключения телефонных наушников или громкоговорителя.

Лампу 6Е5С устанавливают на отдельной панели за щитком. Для наблюдения за экраном лампы 6Е5С используется зеркало, установленное под углом 45° к щитку (рис. 105). Зеркало прикрепляется клеем БФ-2 к металлической пластинке, изогнутой под углом 135°. В щитке выпиливают отверстие, диаметр которого равен экрану лампы.

Рис. 105. Схема установки деталей счетчика

Особенность прибора. По уменьшению угла затемненного сектора можно судить об энергии частичек, попавших в трубку СТС. Зеленый свет экрана лампы 6Е5С мобилизует внимание учащихся. Одновременность светового и звукового эффекта при счете частиц, попавших в трубку, способствует лучшему восприятию опыта.

С помощью прибора нами показаны:
1. Определение относительной радиоактивности данного вещества по количеству щелчков.
2. Распределение частичек, попавших в СТС по уменьшению угла затемненного сектора.
3. Проникающая способность излучения (с установлением перед исследуемым радиоактивным веществом пластинки из различных материалов и различной толщины).

Опыты проводились с радиоактивным фосфором, нанесенным на циферблат часов, с радиоактивным элементом, помещенным в «Камеру для демонстрации следов а-частиц».

Разработанную нами схему простейшего счетчика Гейгера можно сконструировать на занятиях физического кружка. Все детали, входящие в схему, имеются в продаже.

Рассеивание а-частиц в воздухе. Если смотреть на радиоактивный препарат через микроскоп, то на фоне слабого голубовато-зеленого сплошного свечения можно увидеть непрерывно появляющиеся, хорошо различимые отдельные вспышки. Лучше всего такие вспышки наблюдаются в тех местах радиоактивного препарата, где толщина слоя соизмерима с размерами молекул или атомов данного вещества. Появление вспышек, видимых в микроскоп, можно объяснить возбужденным состоянием атомов данного радиоактивного вещества, являющихся источником а-частиц.

Опыт по наблюдению за рассеиванием а-частиц в воздухе можно провести с простыми приспособлениями: люминесцирующим экраном и специальным держателем для радиоактивного вещества (рис. 106).

Рис. 106. Схема устройства держателя для радиоактивного вещества

Держатель состоит из следующих частей: основания 1 с отверстием 7 для укрепления держателя в микроскопе, медной планки 2 с линейной нарезкой и масштабом, подвижного хомутика с визиром 3, рабочей камеры 4 с препаратом, кронштейна 5 для соединения рабочей камеры с хомутиком, головки 6 для передвижения хомутика вдоль планки, пружинки 8, шестеренки 9 от часов, визира 11.

Рабочая камера (рис. 107) состоит из пустотного тела яйцевидной формы, выложенного внутри свинцом. Крышка с отверстием 10 должна отвинчиваться. Основание 1 делают из железа толщиной 2 мм (рис. 108).

Рис. 107. Схема рабочей камеры

Рис. 108. Схема основания держателя

Медная планка крепится гайкой или винтами в торцы на расстоянии 100 мм над основанием. Длина кронштейна, соединяющего рабочую камеру хомутиком, 35 мм. Рабочая камера привинчивается к кронштейну или припаивается на высоте 200 мм над нарезкой планки, ширина которой 12 мм. Масштаб наносится с таким расчетом, чтобы в тот момент, когда отверстие 10 рабочей камеры коснется люминесцирующим экранчиком, визир приходился на начало отсчета.

Люминесцирующий экран можно изготовить так: на небольшой кусочек киноленты, освобожденной от эмульсии и покрытой тонким слоем клея, например БФ-2, высыпать фосфоресцирующее вещество.

При отсутствии в кабинете физики фосфоресцирующего вещества можно взять картон с нанесенным на него фосфоресцирующим веществом (из набора по фосфоресценции) и соскоблить последнее на лист чистой бумаги.

Люминесцирующий экран необходимо хранить в светонепроницаемом футляре. Для проведения опыта надо приготовить лист бумаги толщиной «0,1 мм, станиолевый лист от любого бумажного конденсатора и бумажную ленту, пропитанную парафином.

Опыт проводят в полной темноте в такой последовательности. Вывертывают винт, крепящий зеркало микроскопа. На место зеркала устанавливают рабочую камеру с радиоактивным препаратом, помещенным внутри камеры. Микроскоп переносят в затемненную кабину, на предметном столике микроскопа устанавливают экран так, чтобы люминесцирующий слой был обращен к радиоактивному препарату. Перемещая окуляр микроскопа, добиваются четкого изображения вспышек в поле зрения микроскопа.

При этом препарат должен находиться в непосредственной близости от люминесцирующего экрана. При удалении радиоактивного препарата от экрана число вспышек уменьшается. Это указывает на то, что число частиц, достигающих люминесцирующий экран и вызывающих сцинтилляцию, уменьшается. На расстоянии 1,5 см от экрана при температуре 26°С и давлении 736 мм pm. cm. интенсивность частиц уменьшается примерно вдвое. При дальнейшем удалении препарата вспышки наблюдаются еще реже. На расстоянии примерно 3,5 см видны лишь единичные вспышки, а на расстоянии 5,5 см вспышки практически не наблюдаются. Таким образом можно определить длину пробега отдельной а-частицы в воздухе при данных условиях.

Пользуясь этой же установкой, можно продемонстрировать поглощение а-частиц разными веществами. При тех же внешних условиях, помещая между диафрагмой и предметным столиком парафинированную бумагу, наблюдают меньшее число вспышек в том же поле зрения микроскопа и при толщине в четыре слоя интенсивность их уменьшается в 1,5—2 раза. Станиолевая лента в один слой мало задерживает а-частицы, а лист писчей бумаги, сложенный вдвое, полностью задерживает а-частицы. Для описанных опытов в микроскопе была установлена 16-миллиметровая диафрагма.