Покоренная плазма - Борис Васильевич Фомин
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Поэтому соседу-фотолюбителю я посоветовал поручить заботиться о нормальной работе дозатора плазме.
Он так и сделал. Купил в магазине радиолампу — стабилизатор напряжения, установил ее в своем дозаторе, и все пошло хорошо.
Стабилизатор напряжения, или стабилитрон, — это газоразрядная лампа, внутри которой трудится тлеющий разряд.
Устройство ее несложно. В стеклянном баллончике смонтировано несколько тонких металлических цилиндров разных диаметров, цилиндры вставлены друг в друга. Вместо воздуха в баллон накачан газ неон.
Посмотрим, как стабилитрон поддерживает напряжение на одном уровне.
Это легко понять из рисунка, на котором показан разрез стабилитрона и дана схема его включения.
Как видно из рисунка, стабилизируемое напряжение подается на внутренний и наружный цилиндрики. В лампе возникает тлеющий разряд.
Расстояние между цилиндрами стабилитрона невелико, поэтому положительного столба разряда нет, а существуют только катодные части разряда. В этом отношении стабилитрон похож на плазменные источники света, использующие катодное свечение разряда.
Ввиду того что в цепь включено сопротивление, сила тока разряда невелика. При этом свечением покрывается не весь катод, в данном случае наружный цилиндрик, а только часть его.
Если увеличить ток через стабилитрон, то увеличится и площадь свечения катода. Напряжение же между катодом и анодом останется прежним. Таков закон тлеющего разряда. В науке он называется законом постоянства нормального катодного падения потенциала.
Нагрузка — а ею могут быть отдельные радиолампы, обмотки реле и т. д. — подключается к двум внутренним цилиндрикам. На схеме она обозначена буквой «Н». В нагрузку ответвляется часть тока, протекающего через стабилитрон.
Ввиду того что катодное падение напряжения постоянно и не зависит от внешних условий, этот ответвляемый ток по своей величине не меняется. Заряжайте этим током конденсатор дозатора времени, и он не будет реагировать на скачки напряжения, подаваемого на стабилитрон.
В дозаторе времени конденсатор заряжается постоянным током (переменным током конденсатор заряжать нельзя). Поэтому там стабилизируется, держится на одном уровне напряжение, которое дает выпрямитель, смонтированный в этом же приборе.
Но стабилитроны неплохо работают и на переменном токе, несмотря на то что электроды при этом меняются своими ролями.
«Так держать!» — эту команду хорошо знают рулевые кораблей. Она означает, что корабль должен двигаться точно в заданном направлении.
Плазма тоже исправно подчиняется такой команде. Она «гасит» все прыжки напряжения и «выдает» напряжение строго определенной величины, причем выполняет свои обязанности автоматически.
Как считают космические частицы
Более полувека назад в физических лабораториях появился интересный прибор. Он без вмешательства человека подсчитывал мельчайшие заряженные частицы, которые испускали уран, радий и другие радиоактивные вещества. Знать количество таких частиц для ученых было очень важно: по нему можно было определить мощность излучения и то, с какой скоростью совершается процесс распада ядер.
С годами прибор усовершенствовался и стал верным помощником не только физиков, но и химиков, металлургов, биологов, врачей.
Несмотря на то что этот прибор по устройству очень прост, он помог подсчитать число космических частиц — таинственных пришельцев из глубин Вселенной.
В стеклянной трубке счетчика, названного по имени изобретателей счетчиком Гейгера — Мюллера, вдоль оси натянута тонкая металлическая нить. Она проходит внутри цилиндрика, сделанного тоже из металла. Трубка наполнена смесью аргона и паров спирта. К металлической нити и цилиндру подключен источник высокого напряжения.
Таким образом, имеются все условия для возникновения электрического разряда между нитью — анодом и цилиндром — катодом. Однако сам по себе разряд в этой трубке не возникает.
Почему?
Малó напряжение источника. И сделано это специально.
Но вот сквозь стекло в трубку влетает какая-либо заряженная частица, например, космическая. Обстановка в разрядном промежутке сразу меняется. Быстролетящая частица, сталкиваясь с молекулами газа, выбивает из них электроны, то есть ионизирует молекулы.
Между электродами трубки существует довольно мощное электрическое поле. Силы этого поля подхватывают рожденные частицей электроны и устремляют их к аноду — нити. Происходит дальнейшая ионизация газа, возникают лавины электронов. Положительно заряженные частицы — ионы — движутся навстречу электронам — к цилиндру-катоду.
Таким образом равнодушный ко всему газ откликнулся электрическим разрядом на ворвавшуюся в него заряженную частицу.
Эти процессы совершаются в разрядной трубке почти мгновенно: лавина электронов достигает нити за одну стомиллиардную долю секунды, а положительные ионы собираются у стенок цилиндра-катода в течение стомиллионной доли секунды. Но этого времени достаточно, чтобы усилительная радиоламповая схема, пристроенная к разрядной камере, сработала и зажгла бы потом неоновую лампочку, сигнализирующую о попадании заряженной частицы в счетчик.
Часто вместо неоновой лампочки ставят цифровой нумератор, который цифрами показывает общее число заряженных частиц, попавших в счетчик.
Счетчик Гейгера — Мюллера производит только подсчет заряженных частиц. Определить же, какие частицы — электроны, протоны или альфа-частицы, — не удается. Объясняется это тем, что между нитью и цилиндром приложено сравнительно высокое напряжение. Любая заряженная частица лишь начинает процесс ионизации. Дальнейшая работа совершается силами электрического поля. Поэтому «разнокалиберные» частицы создают сигналы одинаковой величины.
Но иногда бывает важно не только подсчитать число заряженных частиц, но и заглянуть в их паспорт, узнать, что это за частицы.
С этой задачей хорошо справляются так называемые пропорциональные счетчики заряженных частиц. По устройству они похожи на счетчики Гейгера — Мюллера, только напряжение между электродами в них значительно меньше.
Если в разрядный промежуток ворвется заряженная частица большой мощности, то на выходе счетчика возникнет более заметный электрический сигнал. Более «ленивая» частица произведет меньшую ионизацию газа, и сигнал, вызванный ею, будет меньше.
Расшифровывая записанные на фотопленку сигналы, ученые легко определяют, какие частицы побывали в счетчике.
«Чудо» XX века — искусственные спутники Земли и космические ракеты не отправляются в космос без таких приборов. Добросовестная плазма, возникающая в этих приборах-счетчиках, неутомимо подсчитывает число космических частиц там, где пролетает спутник, и позволяет определить интенсивность космического излучения. Ценность этой работы определяется тем, что ученым не нужно учитывать ослабляющее действие атмосферы, ведь счетчики находятся за пределами ее!
Замечательный прибор можно встретить и в глухой тайге или в горах у геологов. Если на пути геологов попадутся урановые или другие радиоактивные руды, то счетчик немедленно «сообщит» об этом. Установив чувствительный
