Пропорциональные камеры
Пропорциональные камеры, заполненные газом, относятся к детекторам, работающим в импульсном режиме, принцип действия которых основан на умножении электронов в газе. Поэтому такие камеры также называются пропорциональными счетчиками. Благодаря эффекту фотоумножения, выходной сигнал пропорционального детектора намного превышает сигнал обычной ионизационной камеры. Такие счетчики, в основном, используются при детектировании и спектроскопии мягкого рентгеновского излучения, а также для обнаружения нейтронов. В отличие от ионизационных камер пропорциональные счетчики работают при высоких напряжениях, значительно ускоряющих электроны, возникающие в результате столкновений. Поскольку эти электроны после ускорения обладают достаточно большой энергией, они могут вовлечь в процесс ионизации нейтральные молекулы газов, создавая при этом дополнительные ионные пары. Следовательно, процесс ионизации носит лавинный характер, что приводит к резкому возрастанию тока через электроды. Такая ионизация называется лавиной Таунсенда. В пропорциональном счетчике лавинообразный процесс заканчивается, как только электрон достигает анода. Поскольку в таком детекторе электрон должен достичь уровня ионизации газа, существует пороговое напряжение, после которого начинается этот лавинообразный процесс. Для газов, используемых в пропорциональных счетчиках при атмосферном давлении этот пороговый уровень составляет порядка 106 В/м.
На рис. 3 показаны зоны действия различных газовых счетчиков. При очень низких напряжениях поле не может помешать рекомбинации ионных пар. По достижении уровня насыщения все ионы достигают электродов. При дальнейшем увеличении напряжения происходит явление фотоумножения. До некоторого уровня напряжения процесс умножения фотоэлектронов будет линейным, а количество собранных зарядов пропорциональным количеству исходных ионных пар. Если приложенное напряжение продолжать увеличивать, из-за медленной скорости положительных ионов линейность процесса фотоумножения нарушится.
Счетчики Гейгера-Мюллера
Счетчик Гейгера-Мюллера (Г-М) был изобретен в 1928 году и до сих пор применяется очень широко, что объясняется его простотой, низкой стоимостью и простой эксплуатации. Счетчики Г-М отличаются от остальных ионизационных камер использованием гораздо более высоких напряжений возбуждения (рис. 3). В рабочей области счетчиков Г-М амплитуда выходных импульсов не зависит от энергии ионизационного излучения, а является только функцией приложенного напряжения. Такие детекторы, как правило, изготавливаются в форме трубки, в центре которой расположена проволочка, выполняющая роль анода (рис. 4). Трубка заполняется инертным газом, таким как гелий или аргон, в который часто добавляются дополнительные компоненты, действующие как гасящие реагенты для предотвращения повторного запуска счетчика в процессе детектирования. Повторный запуск может привести к возникновению большого количества ложных импульсов, вместо одного желаемого. Процедуру гашения можно выполнить несколькими методами. Вот некоторые из них: сокращение времени воздействия высокого напряжения, использование высокоимпедансных резисторов, включенных последовательно с анодом, и добавление гасящего реагента в концентрации 5-10%. Молекулы многих органических газов обладают свойствами, позволяющими им быть гасителями лавинных процессов. Среди них самыми популярными являются этиловый спирт и этиловый эфир муравьиной кислоты.
Типовой лавинный процесс запускается одним первичным электроном. При этом создается большое количество вторичных ионов, а также много молекул газа переходят в возбужденное состояние. В течение нескольких наносекунд эти молекулы возвращаются в свое исходное состояние, выпуская лишнюю энергию в виде УФ излучения. Эти испущенные фотоны играют важную роль в цепных реакциях, происходящих в счетчике Г-М. При поглощении фотонов поверхностью катода или молекулами газа происходит высвобождение электронов, летящих навстречу аноду, которые при этом запускают новые лавинные процессы. Быстрое распространение цепных реакций ведет к возникновению лавинных процессов по всему объему трубки. Вторичные ионы формируют цилиндрическую область, окружающую анод, в которой запускаются все новые и новые лавинные процессы.
Такая цепная реакция продолжается до некоторого момента времени, определяемого количеством лавинных процессов и независящего от энергии частицы-инициатора. Поэтому импульсы тока на выходе счетчика Г-М имеют всегда одинаковую амплитуду. Следовательно, счетчики Г-М являются качественными, а не количественными детекторами радиоактивных излучений.
Дата добавления: 2016-04-19; просмотров: 1437;