Режимы работы газовых счетчиков

Для выяснения качественного различия этих счетчиков рассмотрим зависимость величины импульса от напряжения (рис. 3.2). В отличие от вольт-амперной характеристики ионизационной камеры в данной зависимости по оси ординат откладывается величина импульсов, полученных от различных ионизирующих частиц, проходящих через счетчик. Величину импульса можно исследовать, например, с помощью катодного осциллографа.

U_н – напряжение насыщения

U_п – пороговое напряжение, при котором электрон приобретает энергию, достаточную для ударной ионизации. При этом напряжении коэффициент газового усиления становится больше 1

U_оп ‒ верхняя граница пропорциональной области импульса

U_г – нижняя граница области Гейгера

U_непр.р ‒ верхняя граница области Гейгера и нижняя граница области непрерывного разряда

Проведем сравнение двух импульсов с различной линейной плотностью ионообразования, например от прохождения через объем счетчика a- и b- частиц.

При небольшой разности потенциалов на электродах счетчик работает в режиме ионизационной камеры, т. е. величина им­пульсов в некотором интервале напряжений не зависит от раз­ности потенциалов, а определяется только количеством ионов, которые образуются в газовом объеме счетчика ионизирующей частицей.

В области тока насыщения, пока не происходит ударной ионизации, амплитуда импульса сохраняет постоянное значение; она строго пропорциональна начальной ионизации (от a-частиц величина импульса больше, чем от b-частиц), следовательно, пропорциональна и энергии, оставленной частицей в счетчике. При дальнейшем увеличении разности потенциалов на электродах счетчика величина импульса возрастает, так как при этом вторичные электроны в усиливающемся электрическом поле приобретают достаточную кинетическую энергию, чтобы произвести ударную ионизацию нейтральных молекул газа на пути своего свободного пробега. В свою очередь, вновь образованные электроны ускоряются электрическим полем и ионизируют новые молекулы. При этом получается лавинный разряд, который сразу прекращается, как только образованные электроны и ионы достигнут соответствующих электродов счетчика (несамостоятельный разряд).

Увеличение ионизационного тока с использованием несамо­стоятельного разряда называется газовым усилением, которое характеризуется коэффициентом газового усиления f.

где n_общ ‒ число ионов, образовавшихся в результате газового усиления и достигших электродов.

n _о ‒ первоначальное число ионов образованных ионизирующей частицей Для области ионизационной камеры f = 1.

Из сравнения величин двух импульсов в пропорциональной области (a и b-частиц на рис 3.2) следует, что они строго пропорциональны начальной ионизации.

Пропорциональный счетчик можно рассматривать как наперстковую камеру с малыми линейными размерами, стенки камеры имеют достаточную толщину. Однако чувствительность счетчика по сравнению с наперстковой камерой будет в f раз больше.

Если продолжать увеличивать напряжение на счетчике, то коэффициент газового усиления очень сильно возрастет по абсолютной величине и будет зависеть от начальной ионизации. Эта область напряжений называется областью ограниченной пропорциональности. До конца этой области происходит сближение кривых с разной начальной ионизацией. Чем больше начальная ионизация, тем меньше коэффициент газового усиления и тем медленнее он растет с увеличением разности потенциалов.

Нарушение пропорциональности связано с тем, что с увеличением размеров области ударной ионизации электронные лавины начинают перекрываться, мешать друг другу. Причем степень перекрытия будет тем больше, чем больше количество лавин (т.е. чем больше начальная ионизация) и чем выше напряжение (т.е. чем дальше от нити начинается ударная ионизация). Вследствие перекрытия электронных лавин коэффициент газового усиления при большей начальной ионизации будет меньше, чем при малой ионизации, импульсы от α-иβ-частицы сближаются по своей величине до тех пор, пока при некотором напряжении не станут равны друг другу. Тогда процесс переходит в область Гейгера или в область самостоятельного разряда. Эта область называется областью самостоятельного разряда потому, что в ней величина (амплитуда) импульса не зависит от начальной ионизации, т.е. самостоятельна по отношению к начальной ионизации. За областью Гейгера следует область непрерывного разряда, в которой в счетчике происходит образование электронных лавин и без начальной ионизации, т.е. наступает пробой счетчика.

За областью ограниченной пропорциональности следует область Гейгера, в которой величина импульсов совершенно не зависит от начальной ионизации; все импульсы при заданном напряжении независимо от рода ионизирующих частиц имеют одинаковую величину. Каждый вторичный электрон, возникший в объеме счетчика, вызывает вспышку самостоятельного разряда.

Счетчики, работающие в области самостоятельного разряда (гейгеровская область), называются счетчиками Гейгера-Мюллера.

Если за гейгеровской областью продолжать повышение напряжения, то наступает область непрерывного (самопроизвольного) разряда, который уже не вызывается ионизацией. В этом случае счетчик не пригоден для измерения и может выйти из строя вследствие пробоя.

Дата добавления: 2014-01-14