ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.02.2019
Просмотров: 5820
Скачиваний: 1
136
0
1
2
3
4
5
6
7
8
8
9
10
11
12
13
14
15
U, 10
2
в
N
,
10
2
им
п
/с
U
n
U
k
Рисунок 9.6 – Счетная характеристика счетчика Гейгера–Мюллера.
Плато счетчика имеет подъем, вызванный ложными импульсами.
В самогасящихся счетчиках небольшая доля фотонов и ионов аргона
достигает катода. Они обусловливают некоторую вероятность
возникновения послеразряда и ложного импульса. С повышением
напряжения
вероятность
появления
ложного
импульса
увеличивается. В конце плато при U=U
п
ложных импульсов
становится так много, что скорость счета резко возрастает. В
несамогасящихся
счетчиках
ложные
импульсы
появляются
совершенно по другим причинам. Среди возбужденных атомов газа
могут быть и метастабильные. После восстановления свойств
счетчика метастабильные атомы испускают фотоны. Они вырывают
из катода фотоэлектрон, который и дает ложный импульс.
Качество
счетчика
Гейгера–Мюллера
характеризуется
протяженностью плато и его наклоном. Хорошие счетчики имеют
плато протяженностью от 100 до 300 В и наклон плато в несколько
процентов. Протяженность и наклон плато самогасящихся счетчиков
с примесями органических молекул изменяются с течением времени.
С уменьшением количества примесных молекул ухудшаются
гасящие свойства газа и возрастает вероятность появления ложного
импульса. Вследствие этого протяженность плато укорачивается, а
его наклон увеличивается.
Наличие плато в счетной характеристике делает счетчик Гейгера–
Мюллера очень удобным детектором. Счетная характеристика
снимается перед началом измерения. Рабочую точку выбирают
посредине плато, чтобы на скорость счета не влияли небольшие
колебания напряжения на электродах.
137
Эффективность. Для заряженных частиц эффективность счетчика
близка к 100%. Счетчик регистрирует все заряженные частицы, если
они появляются в газе с интервалом времени, большим
разрешающего времени, и образуют в газе хотя бы одну пару ионов.
При взаимодействии γ-квантов с материалами конструкции
счетчика возникают вторичные электроны в процессах фотоэффекта,
Комптон–эффекта и эффекта образования пар. Если вторичный
электрон проникает в газ-наполнитель и создает в нем хотя бы одну
ионную пару, то γ–квант регистрируется счетчиком.
Для γ–квантов эффективность счетчика сравнительно мала и
составляет примерно (1–2)%. Такая низкая эффективность счетчика
объясняется двумя причинами: во-первых, с материалами
конструкции счетчика взаимодействует небольшая часть γ-квантов,
во-вторых, не все вторичные электроны выходят в газ–наполнитель,
так как часть вторичных электронов поглощают материалы.
Эффективность счетчика к γ–квантам, как и линейный
коэффициент поглощения, зависит от энергии γ–квантов. Эта
зависимость называется ходом с жесткостью. Она учитывается при
измерении счетчиком дозы γ–излучения.
Несамогасящиеся и галогенные счетчики характеризуются
длительным сроком службы. Он ограничивается нарушениями в
конструкции счетчика. Так, на поверхности нити галогенных
счетчиков могут появиться неровности. Они замедляют скорость
распространения газового разряда по объему или обрывают его в
части объема.
Самогасящиеся счетчики с примесью паров органических веществ
содержат 10
19
–10
20
многоатомных молекул. В каждом разряде
диссоциирует примерно 10
10
таких молекул. Поэтому счетчик
регистрирует не более 10
9
–10
10
заряженных частиц.
9.6.3
Конструкция и применение счетчиков Гейгера–
Мюллера
Цилиндрический
счетчик
(рисунок
9.6(а))
состоит
из
цилиндрической трубки–корпуса, по оси которой натянута
металлическая нить. Корпус служит катодом, а нить – анодом.
Металлическую нить чаще всего выполняют из вольфрама.
Поверхность нити полируют, чтобы исключить влияние неровностей
на распространение газового разряда вдоль нити.
138
γ
, β
а)
б)
Рисунок 9.6 – Конструкция цилиндрического (а) и
торцового (б) счетчиков Гейгера–Мюллера.
Корпус счетчика изготовляют из различных материалов в
зависимости от типа регистрируемого излучения. При регистрации
β–частиц корпус выполняют из алюминия, меди и нержавеющей
стали. Чтобы β–частицы не поглощались материалом корпуса, его
делают тонкостенным. Для увеличения жесткости тонкостенный
корпус гофрируют.
Корпус счетчика γ–квантов, в котором образуется большинство
вторичных электронов, изготовляют из различных материалов. Так
как пробег вторичных электронов связан с энергией γ–квантов,
которая заранее неизвестна, то толщину корпуса выбирают близкой к
1 мм. При такой толщине корпуса в газ–наполнитель выходит
большинство вторичных электронов, а поток γ-квантов практически
постоянен по толщине корпуса. Часто корпус счетчика изготовляют
из стекла. На внутреннюю поверхность стеклянного корпуса наносят
электропроводящий слой меди, который служит катодом.
Цилиндрические счетчики применяют в дозиметрии для
измерения мощности дозы излучения.
Разновидностью цилиндрического счетчика является торцовый
счетчик (рисунок 9.6(б)). Его используют в основном для
регистрации α- и β–частиц. Один из торцов корпуса закрывают
тонкой пленкой из слюды или другого материала. Через пленку в
счетчик проникают заряженные частицы. Анодом счетчика служит
нить с бусинкой на конце. Корпус торцового счетчика изготовляют
139
из стекла. На внутреннюю поверхность стекла наносят слой меди –
катода.
140
10 Сцинтилляционные детекторы
10.1 Принцип действия и структурная схема сцинтилляционного
детектора
10.2 Фосфоры
10.3 Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)
10.1 Принцип действия и структурная схема
сцинтилляционного детектора
Работа сцинтилляционного счетчика основана совершенно на
других принципах, чем работа газонаполненных детекторов. В
последних регистрируются электрические заряды, возникающие в
газовом объеме под действием излучения. В сцинтилляционном
методе регистрации излучения основную роль играют возбужденные
атомы и молекулы, образующиеся вместе с ионами вдоль траектории
заряженной частицы. Число возбужденных атомов всегда в
несколько раз больше, чем число ионных пар.
Возбужденные атомы, живущие короткое время, переходят в
основное состояние, испуская электромагнитное излучение. Спектр
частот этого излучения зависит от структуры энергетических
уровней атомов и молекул вещества. У ряда прозрачных веществ,
называемых фосфорами, часть спектра частот лежит в световой
области. Поэтому прохождение заряженной частицы через такие
вещества сопровождается короткой вспышкой света.
Механизм испускания фотонов фосфорами под действием
излучения имеет сложную квантово–механическую природу, и
детально рассматривать его здесь мы не будем. Отметим только, что
фотоны испускаются из определенных мест фосфора, называемых
центрами. Этими центрами, как правило, служат посторонние
вкрапления в фосфоре. С целью равномерного распределения
центров испускания фотонов и улучшения условий перехода энергии
возбуждения атомов и молекул фосфора во вспышку света в
фосфоры искусственно вводят атомы других веществ. Эти вещества,
называемые
активаторами,
указывают
в
скобках
после
символического обозначения фосфора. Например, кристалл NaI,
активированный таллием, обозначают NaI(Tl).
Способность излучения вызывать свечение некоторых веществ
используют для его регистрации. Детекторы, основанные на этом