Контрольные вопросы и задания

1. Почему в электронно-дырочном переходе образуется запирающий слой? Что происходит с запирающим слоем при подаче на переход напряжения прямой и обратной полярности?

2. Как объясняется усиленное действие транзистора в схеме с общей базой? Как должна влиять величина нагрузочного сопротивления на коэффициент усиления?

3. Начертить схемы включения транзисторов типов n-p-n и p-n-p по схеме с общей базой и общим эмиттером и расставить знаки полярности напряжений и направлений токов.

4. В каких пределах в данной работе меняется напряжение на нагрузке в области прямолинейного участка графика мощностей?

5. Какова величина нагрузочного сопротивления и сопротивления коллекторного перехода в данной работе?

6. Чему равны дифференциальные входное и выходное сопротивления транзистора в области прямолинейного участка графика мощностей (диф. R определяется как ΔU/ΔI)?

7. Рассказать о преимуществах, которыми обладают транзисторы в сравнении с электронно-вакуумными радиолампами.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 25

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ

ИЗЛУЧЕНИЙ В АЛЮМИНИИ

Цель работы: с помощью радиометра Б-4 исследовать поглощение в слоях алюминия и определить коэффициент поглощения.

Приборы: источник ионизирующего излучения, радиометр Б-4, поглощающие алюминиевые слои.

Теоретические сведения

Ядра естественных радиоактивных веществ могут испытывать или альфа-, или бета-распад. При этом возникает сопутствующее гамма-излучение. Альфа-распад испытывают нестабильные ядра, пересыщенные протонами сверх некоторой нормы: поскольку в тяжёлых ядрах протонов меньше, чем нейтронов, при выбросе альфа-частицы (₂Не⁴) процентное содержание протонов снижается. Бета-распад испытывают ядра, пересыщенные нейтронами. При бета-распаде внутри ядра происходит превращение нейтрона в протон с выбросом электрона и нейтрино: n→p+ν+ē. Гамма-излучение не является самостоятельным видом распада, оно сопутствует альфа- или бета-распаду: новое (дочернее) ядро получается в возбуждённом состоянии, и переход на нормальный энергетический уровень сопровождается испусканием гамма-фотона.

Ядро естественного радиоактивного изотопа обычно испытывает целый ряд альфа- и бета-превращений, пока не превратится в стабильное ядро. Например, для урана-238 имеется такой ряд: уран-238-радон-222-полоний-213-свинец-214-висмут-214-полоний-214-свинец-210-висмут-210-полоний-210-свинец-206. В препарате урана-238 все эти промежуточные продукты распада с течением времени накапливаются до достижения динамически равновесных концентраций, пропорциональных периодам полураспадов. Препарат урана будет давать альфа-, бета- и гамма- излучения с разнообразными энергиями частиц. На рис. 82 дано для примера начало схемы распадов для элементов радиоактивного ряда урана-235 с указанием энергии излучаемых частиц.

Рис. 83

Все виды радиоактивных излучений, проходя через вещество, поглощаются. Альфа-частица, двигаясь через вещество, тратит свою энергию на ионизацию атомов вещества, а затем нейтрализуется до атома гелия, присоединив к себе два электрона. Пробег до нейтрализации у альфа-частиц с энергиями 5-10 МэВ невелик: в воздухе до 10 см, в алюминии до 0,01 см, т.е. уже тонкие металлические пластинки полностью поглощают поток альфа-частиц.

Рис. 84

Бета-частица, двигаясь через вещество, также тратит свою энергию на ионизацию или возбуждение атомов. Кроме того, при больших энергиях происходит сильное торможение бета-частиц в поле ядра, при этом испускается тормозное гамма-излучение. Гамма-фотон поглощается в веществе посредством трёх механизмов: фотоэффекта, комтон-эффекта и превращения в электронно-позитронные пары. При фотоэффекте (рис. 84,а) вся энергия гамма-кванта идёт на отрыв электрона от атома, при комтон-эффекте (рис. 84,б) электрону передаётся лишь часть энергии гамма-кванта; образование электронно-позитронной пары (рис. 84,в) возможно, лишь когда энергия гамма-кванта превосходит энергию покоя пары (1,02 МэВ). Фотоны с энергиями до 0,5 МэВ поглощаются при комптон-эффекте.

Как для гамма-, так приближенно и для бета-излучения справедлив экспоненциальный закон поглощения

I=I₀·exp(-µX),

где µ – коэффициент поглощения, зависящий от природы поглощающего вещества и энергии частиц; Х – толщина поглощающего слоя; I – интенсивность пучка, прошедшего через этот слой; I₀ – интенсивность пучка, падающего на слой. График этой зависимости в полулогарифмических координатах (X, lnI) – прямолинеен

lnI=-µX+lnI₀,

а коэффициент поглощения µ играет роль углового коэффициента этой прямой

.