ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.02.2019
Просмотров: 5936
Скачиваний: 1
126
счетчика.
Число ионных пар в лавине п обусловливается напряжением и
давлением газа. С повышением напряжения на электродах
увеличивается радиус критической области, а, следовательно, и
число п. К такому же эффекту приводит и снижение давления газа. В
этом случае возрастает свободный пробег электронов. Электрон
перед соударением с молекулой получает от электрического поля
больше энергии, поэтому объем газа, в котором происходит
вторичная ионизация, возрастает. Пропорциональный счетчик
наполняется газом при определенном давлении.
Послеразряды ухудшают свойства пропорционального счетчика.
Поэтому их гасят различными способами. В одном из способов
послеразряды гасит сам газ–наполнитель. К основному, чистому
электроположительному газу добавляют примесь многоатомных
молекул
органических
веществ
(пары
этилового
спирта,
изобутилового спирта и др.). Концентрация примесных молекул не
превышает 10—15% концентрации молекул основного газа–
наполнителя.
Примесные молекулы обладают тремя свойствами, которые
препятствуют
появлению
послеразряда.
Во-первых,
при
столкновениях с ионами одно– и двухатомных молекул они легко
отдают один из своих электронов и превращаются в положительные
ионы. Во-вторых, многоатомные молекулы хорошо поглощают
фотоны. И, в-третьих, возбужденные многоатомные молекулы
расходуют энергию возбуждения, как правило, на диссоциацию. В
процессе диссоциации многоатомная молекула распадается на
составные атомы. Время жизни возбужденной, многоатомной
молекулы до диссоциации примерно в сто раз меньше, чем время ее
жизни до испускания фотона и перехода в основное состояние.
Поэтому вероятность излучения фотона возбужденной многоатомной
молекулой близка к нулю.
Ионы многоатомных молекул, нейтрализуясь на катоде,
превращаются в возбужденные молекулы. В такое же состояние
переходит
многоатомная
молекула,
поглотившая
фотон.
Возбужденные многоатомные молекулы под действием энергии
возбуждения
диссоциируют.
Так
многоатомные
молекулы
предохраняют катод от облучения фотонами.
При регистрации излучения и, особенно при изучении
энергетического спектра очень важно знать интервал напряжений, в
127
котором амплитуда импульса напряжения пропорциональна
первичной ионизации. Границы пропорциональной области
определяются напряжением U и природой газа–налолнителя. Для
выяснения влияния этих факторов на границы области
пропорциональности предположим, что газовый разряд в
пропорциональном счетчике обрывается после первой, основной
лавины. В процессе лавинного размножения электронов в
критической области образуются возбужденные молекулы, число
которых во много раз больше количества ионных пар. Фотоны,
испущенные за время 10
-8
с, вырывают из катода фотоэлектроны во
время развития лавины.
При наполнении пропорциональных счетчиков инертными и
двухатомными газами область пропорциональности сохраняется в
узкой области напряжений. Возбужденные молекулы инертных и
двуатомных газов испускают жесткие фотоны, которые с большой
вероятностью вырывают фотоэлектроны из катода. Поэтому
пропорциональность между импульсом напряжения и первичной
ионизацией наблюдается лишь при коэффициентах k, не
превышающих 100.
Добавление к основному газу-наполнителю многоатомных
молекул расширяет область пропорциональности до коэффициентов
k~10
4
. Чаще всего в качестве добавок используют метан. Молекулы
этого газа хорошо поглощают жесткие фотоны, возбуждаются, а
затем испускают фотоны с меньшей энергией. Эти фотоны уже не
способны вызвать фотоэффект на катоде.
9.5.3
Рабочие характеристики
Счетная характеристика. Скорость счета импульсов при
постоянной интенсивности излучения и чувствительности схемы
зависит от напряжения на электродах (рисунок 9.4). Эту зависимость
называют счетной характеристикой. На участке напряжений U>U
0
счетная характеристика имеет горизонтальный участок (плато), на
котором скорость счета постоянна. Амплитуда импульса от всех
заряженных частиц на плато больше порога чувствительности схемы.
Поэтому схема регистрирует все заряженные частицы, поступающие
в пропорциональный счетчик.
128
-плато
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
U, 10
2
в
N
,
10
3
им
п
/с
-плато
Рисунок 9.4 – Счетная характеристика пропорционального счетчика,
полученная с комбинированным источником β– и α–частиц.
Амплитуда импульса пропорциональна первичной ионизации,
значение которой определяется энергией, поглощенной в газе. Если
моноэнергетические заряженные частицы пролетают в газе
различные расстояния, то амплитуды импульсов от этих частиц
неодинаковы. Поэтому чем больше разброс амплитуд импульсов, тем
выше граничное напряжение U
0
плато. Чтобы снизить значение U
0
,
пропорциональный счетчик подключают к более чувствительной
схеме.
Плато пропорциональных счетчиков для α–частиц начинается при
небольших напряжениях.
Для β–частиц плато достигается или при использовании
высокочувствительных схем, или при наполнении газом под
давлением
больше
1
атм.
Это
один
из
недостатков
пропорциональных счетчиков, затрудняющих их применение для
регистрации β–частиц.
Плато наклонно к оси напряжений под небольшим углом. Наклон
плато показывает, как возрастает скорость счета с повышением
напряжения при постоянной интенсивности излучения. Он связан с
появлением ложных разрядов в газе, обусловленных первичной
ионизацией от посторонних источников излучений. Наклон плато
характеризуют относительным изменением скорости счета на 100 в
плато. В пропорциональной области наклон плато составляет
129
примерно 0,1%.
Эффективность. Пропорциональный счетчик, работающий на
плато, регистрирует все заряженные частицы. В области ниже плато
не все частицы регистрируются счетчиком и его эффективность
уменьшается. Поэтому наиболее приемлем режим работы
пропорционального счетчика в области плато, на котором
эффективность для заряженных частиц близка к 100%.
Разрешающее время. Пропорциональный счетчик реагирует на
очередную заряженную частицу некоторое время спустя после конца
мертвого времени. Этот интервал времени обусловливается
чувствительностью схемы. Следовательно, разрешающее время
зависит от мертвого времени и чувствительности схемы.
Для уменьшения мертвого времени пропорциональный счетчик
включают в электрическую цепь с постоянной времени τ, сравнимой
со временем собирания электронов τ
е
. Электронно-импульсный
счетчик характеризуется значением τ
р
~10
-5
с. Однако снижение
разрешающего времени приводит к падению амплитуды импульса.
Поэтому импульсы от такого счетчика можно регистрировать только
высокочувствительными схемами.
Срок службы счетчиков измеряют числом зарегистрированных
заряженных частиц без существенных изменений свойств счетчика.
Счетчики, наполненные чистыми газами, работают продолжительное
время, так как состав газа остается постоянным после
многочисленных
разрядов.
Число
регистрации
счетчиком,
наполненным смесью чистого газа и органических молекул,
ограничено. Срок службы счетчика не превышает 10
15
импульсов.
9.5.4
Конструкция и применение пропорциональных
счетчиков
Пропорциональный счетчик имеет цилиндрическую форму
(рисунок 9.5). Он состоит из катода–корпуса, по оси которого
натянута металлическая нить–собирающий электрод. Для увеличения
коэффициента газового усиления на электроды подают напряжение
до 1000 в и выше. Диаметр нити выбирают в пределах от 0,05 до 0,3
мм. Верхний предел диаметра нити ограничивается очень высоким
напряжением, которое необходимо подводить к пропорциональному
счетчику, нижний предел–прочностью материала нити. Собирающий
электрод обычно изготовляют из вольфрамовой или стальной нити.
Поверхность нити полируют, так как незначительные шероховатости
130
поверхности сильно искажают электрическое поле вблизи
собирающего электрода.
Рисунок 9.5 – Конструкция цилиндрического пропорционального
счетчика:
1 – собирающий электрод; 2 – охранное кольцо;
3 – изолятор; 4 – корпус.
Пропорциональный счетчик наполняют газами, давление которых
изменяется в широких пределах–от 50 до 760 мм рт. ст. и выше.
Пробег электрона в разреженном газе значительно больше, чем в
плотном. За время между двумя соударениями в разреженном газе
электрон получает энергию, превышающую энергию ионизации при
более низких напряжениях. В счетчиках с плотным газом (р=1 атм)
область пропорциональности лежит в интервале нескольких
киловольт.
Для корпуса пропорционального счетчика пригодны медь, латунь,
алюминий и другие материалы. Минимальная толщина стенок ~ 0,05
мм
ограничивается
прочностью
материалов
и
условием
герметичности рабочего объема. Корпус счетчика, наполненного
газом под небольшим давлением, должен выдерживать внешнее
атмосферное давление.
Собирающий электрод натягивают между торцовыми пробками–
изоляторами из стекла, керамики и пластиков. Пробки–изоляторы
приклеивают к металлическому катоду специальными клеями и
замазками. Для регистрации α- и β-частиц внешних источников в
корпусе счетчика вырезают входное окно. Его закрывают тонкой
фольгой. Такие счетчики работают при атмосферном давлении.
9.6
Счетчик Гейгера–Мюллера
9.6.1
Особенности газового разряда
В пропорциональном счетчике газовый разряд развивается только
в части объема газа. В ней образуется сначала первичная ионизация,
а затем и лавина электронов. Остальной объем не охватывается