Самогасящиеся счетчики

Лекция 12

Форма и длительность импульса

Емкость С целесообразно сделать по возможности меньше. Для емкости около 10 пФ и времени движения ионов около 10^‒4 с получим, что сопротивление должно быть больше или порядка 10⁸ Ом. Это означает, что время разрядки емкости более 10^‒3 с.

Достоинством данных счетчиков является возможность гашения разряда.

Недостатком – наличие большого мертвого времени (мертвое время это время от начала регистрации частицы до того времени, когда счетчик будет регистрировать новую частицу).

Самогасящиеся счетчики, кроме одноатомного газа, наполняются некоторым количеством паров одного из многоатомных органических соединений (этиловый спирт, этилен, изопентан и др.). Потенциал ионизации многоатомного газа должен быть ниже, чем потенциал ионизации основного газа. Такой состав наполнителя счетчика обусловливает автоматическое гашение разряда без какого-либо внешнего вмешательства.

Как происходит развитие разряда и его гашение в самогасящемся счетчике?

Начальная фаза развития разряда та же, что и в несамогасящемся счетчике. Ионизирующая частица образует в счетчике положительные ионы и электроны. Последние двигаясь к нити дадут начало электронной лавине. Но фотонный механизм разряда в данном счетчике отсутствует. Ультрафиолетовое излучение возбужденных атомов аргона полностью поглощается молекулами гасящей добавки уже на расстоянии 1-2 мм от нити. Разряд распространяется вдоль нити, переходя от точки к точке так как фотоны производят ионизацию только в непосредственной близости от места своего возникновения. Скорость распространения разряда (скорость движения «чехла» ионов вдоль нити) составляет ~10⁶ см/с. Поглощая фотон многоатомная молекула гасителя возбуждается, энергия возбуждения расходуется на диссоциацию гасителя.

После того, как вся нить будет окружена чехлом ионов, корона гаснет. Положительные ионы начинают отходить от нити, потенциал нити падает. Одновременно с этим начинается восстановление потенциала нити от выпрямителя через сопротивление R. Поскольку R мало напряженность электрического поля у нити достаточная для ударной ионизации будет достигнута раньше, чем положительные ионы дойдут до катода.

Наибольшее распространение получили самогасящиеся счетчики, наполненные смесью из аргона (потенциал ионизации 15,7 В) при давлении 87 мм рт. ст. и паров этилового спирта (потенциал ионизации 11,3 В). В таком счетчике прекращение возникшего разряда под действием вторичных электронов, выбитых с катода счетчика, достигается за счет диссоциации многоатомных молекул спирта, которые поглощают кванты излучения как от возбуждения атомов аргона, препятствуя тем самым возникновению фотоэффекта на катоде, так и от нейтрализации положительных ионов аргона на катоде счетчика.

Ar⁺ + C₂H₅OH ® C₂H₅⁺ + OH^‒ + Ar + h v (15,7 – 11,3 = 4,4 эВ)

Практически только ионы спирта достигают катода счетчика. Это объясняется тем, что ионы аргона в результате столкновений с молекулами спирта нейтрализуются, так как ион аргона имеет больший потенциал ионизации, чем молекула спирта. Образовавшиеся возбужденные атомы аргона возвращаются в основное состояние с испусканием фотонов, которые, в свою очередь, поглощаются молекулами спирта. Положительные ионы спирта, подойдя к катоду на достаточно малое рас­стояние (10^‒7 см), вырывают из него при нейтрализации электроны и превращаются в возбужденные молекулы.

При разрядке иона C₂H₅⁺ молекула этилового спирта будет иметь энергию, равную 11,3 – 4,5 = 7,8 эВ.

Известно, что возбужденный атом (или молекула) может вырвать вторичный электрон в том случае, если его энергия возбуждения почти вдвое превышает работу выхода электрона. Но для этого возбужденная молекула должна подойти к катоду на расстояние менее 2×10^‒8см, для чего ей потребуется ³ 10^‒12 с.

Время жизни возбужденной молекулы спирта до диссоциации составляет примерно 10^‒13 с, что значительно меньше времени излучения, которое составляет 10^‒8 с и времени подхода к катоду от места нейтрализации. Таким образом, разряд в самогасящемся счетчике с добавкой многоатомных молекул носит одно лавинный характер.

Дата добавления: 2014-01-14