ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.02.2019
Просмотров: 5827
Скачиваний: 1
121
среды (воздух) в газ-наполнитель (воздух). Газ в рабочем объеме
нормальных камер ионизируется в основном электронами внешнего
источника. Электроны попадают в рабочий объем из слоя воздуха
толщиной, равной пробегу электронов в воздухе R
e
.
Плоские и цилиндрические нормальные камеры устроены так,
чтобы во время измерения не нарушить поле γ–излучения и поле
электронов. Следовательно, ток насыщения в нормальной камере
наиболее
точно
соответствует
интенсивности
γ–излучения.
Нормальную камеру помещают в поле γ–излучения и измеряют его
интенсивность. Затем в таких же условиях делают измерения
градуируемой камерой. Сравнивая токи насыщения обеих камер,
вносят поправки в показания градуируемой камеры.
Токовые камеры для измерения γ-излучения имеют ряд
конструктивных особенностей. Из-за большой проникающей
способности γ–квантов отпадает необходимость в специальном
входном окне. Толщина стенок токовых камер, кроме нормальных,
превышает длину пробега электронов внешнего источника.
Количество и энергия этих электронов зависят от большого числа
величин (давление и температура воздуха, расположение предметов
вокруг токовой камеры и т. д.). Стенка, поглощая электроны,
исключает наиболее непостоянную составляющую ионизации газа в
рабочем объеме.
Одновременно
стенка
должна
пропускать
максимальное
количество электронов, возникающих в самой стенке. Это условие
выполняется, если пробег электрона R
e
в стенке примерно равен
толщине стенки δ. В стенках толщиной δ>>R
e
происходит заметное
ослабление потока γ-квантов и искажение интенсивности γ-
излучения. Если же δ<<R
e
, то из стенки вырывается слишком мало
электронов и чувствительность токовой камеры ухудшается.
Ионизацию в газе токовых камер со стенками толщиной δ
R
e
создают электроны внутреннего и стеночного источников. Плотность
твердых веществ примерно в 10
3
–10
4
раза больше плотности газа при
нормальном давлении. В такое же число раз вероятность
взаимодействия γ-кванта в газе меньше, чем в стенке, если
порядковые номера Z газа и материала стенки совпадают. Вследствие
этого
в
токовых
камерах
небольших
объемов
(1–3 л) главный вклад в ионизацию газа вносят электроны
стеночного источника. Такие камеры называют стеночными.
Количество и энергия электронов стеночного источника зависят
122
как от интенсивности γ–излучения, так и от порядкового номера Z
материала стенки. Следовательно, материал стенки влияет на
результаты измерения интенсивности γ–излучения.
Большинством токовых камер измеряют мощность дозы и дозу γ–
и рентгеновского излучений.
В единице массы воздуха и другого вещества поглощается
одинаковое
количество
γ–излучения,
если
их
массовые
коэффициенты поглощения равны. Такие вещества называют
воздухоэквивалентными. Поскольку дозу γ–излучения определяют по
степени ионизации воздуха, показания токовой камеры отражают
значение интенсивности γ–излучения, если корпус выполнен из
воздухоэквивалентного вещества. Тогда в 1 г материала стенки
образуется столько же электронов, что и в 1 г воздуха, и доза
излучения, отнесенная к 1 г воздуха, пропорциональна току
насыщения. Токовую камеру с воздухоэквивалентной стенкой
называют воздухоэквивалентной.
Свойствами, близкими к воздухоэквивалентным веществам,
обладают изоляторы: целлофан, плексиглас, полистирол, бакелит и
другие материалы. Для создания электрического поля в
воздухоэквивалентной камере на внутреннюю поверхность корпуса–
изолятора наносят тонкий слой аквадага (водный раствор графита),
который обладает высокой электропроводностью.
9.4.4
Импульсные камеры
Импульсной камерой регистрируют отдельные заряженные
частицы. Ионы, образованные при прохождении заряженной
частицы в газе, увлекаются электрическим полем и попадают на
соответствующие электроды. Порция заряда, накопленная на
электродах, обусловливает кратковременное, импульсное протекание
тока в электрической цепи. Она состоит из нагрузочного
сопротивления R, паразитной емкости С и источника питания
(рисунок 9.3).
123
1
А
С
R
2
Рисунок 9.3 – Схема включения импульсной камеры:
1 – импульсная камера; 2 – источник высокого напряжения
Импульс тока создает на сопротивлении R импульс напряжения в
точке ΔU(t) = U(t) с отрицательной полярностью.
Одной из важнейших характеристик импульсных детекторов
служит разрешающее время τ
р
. Оно равно минимальному интервалу
времени следования двух импульсов, при котором схема сосчитывает
каждый импульс в отдельности. Если временной интервал между
импульсами меньше τ
р
, то импульсы накладываются и схема
сосчитывает вместо двух импульсов один. В этом случае происходит
просчет ионизирующих частиц. Максимальное число ионизирующих
частиц, регистрируемых импульсными детекторами за 1 с, N
р
=1/τ
р
,
называют разрешающей способностью детектора. Разрешающее
время τ
р
сравнимо с длительностью импульса τ
имп
. Чтобы снизить τ
р
,
уменьшают постоянную времени τ. Для этого в цепочку RC
устанавливают такое сопротивление R, чтобы постоянная времени τ
мало отличалась от времени собирания электронов τ
е
.
В импульсных детекторах, включенных в электрическую цепь с
постоянной времени τ~τ
е
, влияние положительных ионов на
потенциал собирающего электрода подавляется разрядным током.
Поэтому положительные ионы не участвуют в формировании
импульса. Импульсные детекторы, характеризующиеся отношением
(τ/τ
е
)~3, работают в режиме электронного собирания. Такие
детекторы называют электронно–импульсными Импульс напряжения
в электронно–импульсных детекторах формируется только за счет
собирания электронов на аноде.
Разрешающее
время
электронно-импульсных
детекторов
составляет 10
-6
–10
-5
с Они пригодны для регистрации интенсивных
потоков частиц. Однако амплитуда импульса имеет сравнительно
небольшое значение. Поэтому электронно–импульсные камеры
124
подключают к чувствительным усилителям импульсов.
Чтобы
получить
максимальное
значение
электронной
составляющей импульса, необходимо исключить потери электронов
в газе. Для этого электронно-импульсную камеру наполняют
тщательно очищенными электроположительными газами (аргон и
др.). Электронно–импульсные камеры часто используют для
измерения энергетических спектров короткопробежных заряженных
частиц. Амплитуда импульса пропорциональна энергии частицы.
9.5
Пропорциональный счетчик
9.5.1
Принцип действия
В пропорциональной области вольт–амперной характеристики
происходит газовое усиление первичной ионизации. Ионизационный
ток в этой области возрастает в k раз по сравнению с током
насыщения.
I=k
I
н
(9.7)
При неизменном составе и давлении наполняющего газа
коэффициент газового усиления k является функцией напряжения U
на электродах пропорционального счетчика. С повышением
напряжения U коэффициент k в области пропорциональности
изменяется по нелинейному закону от 1 до 10
2
-10
4
. В
пропорциональном счетчике начальное усиление первичной
ионизации происходит в процессе газового разряда. Если заряженная
частица образует в газе N ионных пар, то при бесконечном
сопротивлении R на вход усилителя подается импульс напряжения с
амплитудой:
U
0
=k
e
N/C)
(9.8)
Она в k раз больше амплитуды импульса от ионизационной
камеры. Вследствие этого для пропорционального счетчика
пригодны более простые схемы усилителей. Если усилитель
срабатывает от импульса напряжения, соответствующего 1000
ионных пар, то пропорциональным счетчиком регистрируется 1000/k
ионных пар первичной ионизации.
Эффект газового усилителя делает возможным регистрацию
пропорциональным счетчиком не только тяжелых частиц, но и
электронов.
Пропорциональный
счетчик,
подключенный
к
усилителю импульсов, регистрирует несколько ионных пар,
появляющихся в газе.
125
9.5.2
Механизм газового разряда
Процесс усиления газового разряда относится к сложным
явлениям. Эта сложность объясняется эффектами, происходящими
наряду со вторичной ионизацией. Проведем качественный анализ
газового разряда в цилиндрическом пропорциональном счетчике,
наполненном электроположительным газом, при условии, что в газе
не происходит рекомбинации ионов. Пусть во внешнюю часть
объема счетчика попадает ионизирующая частица и создает в газе N
0
ионных пар. Электрон между соударениями ускоряется до энергий,
меньших энергии ионизации молекул. Режим работы внешней
области пропорционального счетчика ничем не отличается от
режима работы ионизационной камеры. Поэтому данную область и
называют областью ионизационной камеры счетчика.
Вблизи собирающего электрода энергия электронов становится
достаточной для вторичной ионизации молекул. Вследствие этого
начинается
лавинное
размножение
электронов.
Область
пропорционального счетчика, в которой нарастает лавина
электронов, называют критической. Радиус критической области
зависит от диаметра собирающего электрода, давления газа,
напряжения на электродах и т. д.
После попадания лавины электронов на собирающий электрод
газовый разряд не заканчивается. Начинается движение тяжелых
положительных ионов к катоду. Нейтрализуясь на катоде,
положительные ионы превращаются в возбужденные молекулы. За
время порядка 10
-8
с возбужденные молекулы, переходя в основное
состояние, испускают фотоны. Часть фотонов обладает энергией,
превышающей работу выхода электронов из катода.
Частоты фотонов, энергия которых больше работы выхода
электронов, находятся в диапазоне ультрафиолетового и светового
излучений. Эти фотоны, попадая на катод, вырывают из металла
фотоэлектроны, которые начинают двигаться к собирающему
электроду. Так возникает вторая, дополнительная лавина электронов.
Вслед за второй лавиной появляется третья лавина, затем четвертая и
т. д.
Импульс
напряжения
на
нагрузочном
сопротивлении
обусловливается не только одной, основной лавиной, но и
множеством послеразрядов. Так называют дополнительные лавины
электродов. Послеразряды влияют на длительность импульса, а,
следовательно, и на разрешающую способность пропорционального