Ионизационные счетчики

Теоретическая часть

Самогасящегося счетчика

Лабораторная работа № 7

Определение ”мертвого” времени

Счетчики применяются для обнаружения и счета элементарных частиц, а также для измерения интенсивности различных излучений. Действие этих приборов основано на использовании газового разряда.

Принципиальная схема счетчика приведена на рис.1.

Счетчик состоит из цилиндрического корпуса 1 (катод), по оси которого натянута тонкая нить 2 (анод). Нить изолирована от корпуса с помощью изоляторов 3. Для впуска ионизирующих частиц с малой проникающей способностью один из торцов счетчика делается из слюды или алюминиевой фольги. Другие частицы, а также рентгеновское и γ -излучение проникают в счетчик непосредственно через стенки.Между анодом и катодом с помощью батареи 4 создается разность потенциалов U. Пространство внутри корпуса 1 заполнено газом.

Принцип действия прибора состоит в следующем: пусть газ, находящийся между катодом и анодом, подвергается действию ионизатора (например, рентгеновских лучей). Действие ионизатора приводит к тому, что от некоторых молекул газа отщепляется один или несколько электронов, в результате чего эти молекулы превращаются в положительно заряженные ионы. Ионы и отщепленные электроны увлекаются полем к электродам, вследствие чего через сопротивление R проходит некоторый заряд q, который называется импульсом тока. На рис. 2. Приведена зависимость импульса тока q от напряжения между электродами U для двух различных количеств пар первичных ионов N₀⁽¹⁾ и N₀⁽²⁾, причём N₀⁽¹⁾<N₀⁽²⁾.

В области 1 имеют место два конкурирующих процесса: собирание заряда на электродах счетчика и рекомбинация ионов в газовом объеме. При возрастании напряжения U скорость движения ионов увеличивается, вероятность рекомбинации уменьшается и величина заряда, собранного на электродах, растет.

При некотором напряжении U _i все ионы, образовавшиеся в процессе ионизации, будут попадать на электроды и величина импульса тока не возрастет. Дальнейшее увеличение напряжения от величины U _i до величины U _p не приводит к изменению импульса тока. Этому соответствует область 2, называемая областью тока насыщения или областью ионизационной камеры.

Начиная с некоторого значения напряжения U _p напряженность поля оказывается достаточной для того, чтобы разогнать электроны, созданные в результате первичной ионизации, до тех энергий, что они сами могли бы ионизировать молекулы газа ударом. При этом число образовавшихся электронов и положительных ионов лавинообразно растет. В результате на каждый из электродов попадает А*N₀ ионов (N₀ -число пар первичных ионов).Величина А называется коэффициентом газового усиления. В области 3 этот коэффициент зависит от количества первичных ионов. Поэтому, если поддерживать напряжение постоянным, импульс тока будет пропорционален количеству первичных ионов N₀. Область 3 называется областью пропорциональности, а напряжение U_p -порогом пропорциональной области. Коэффициент газового усиления А изменяется в этой области от 1 в начале до 10³ ¸ 10⁴ в конце.

С дальнейшим увеличением напряжения пропорциональность между импульсом тока и количеством первичных пар ионов N₀ нарушается и в конце участка 4 величина импульса становится независимой от величины первичной ионизации. Область 4 называется областью частичной (или ограниченной) пропорциональности.

При напряжениях, соответствующих области 5 ( область Гейгера, U_g -порог области Гейгера), процесс приобретает характер лавинного разряда. Первичные ионы лишь создают толчок для его возникновения. Импульс тока в этой области совершенно не зависит от количества первичных ионов.

В области 6 напряжение столь велико, что разряд, возникнув, не прекращается. Поэтому ее называют областью непрерывного разряда.

Дата добавления: 2014-11-25