Газовые счётчики

Газовые ионизационные детекторы.

Наиболее обширную группу электронных детекторов представляют ионизационные детекторы, действие которых основано на ионизации атомов и молекул, производимой первичными или вторичными заряженными частицами. Старейшими детекторами этой группы являются газовые детекторы. Газовый ионизационный детектор (рис. 22.1) представляет собой электрический конденсатор, заполненный газом, между электродами которого приложена разность потенциалов. В зависимости от характера процессов, протекающих в газе при попадании в него заряженной частицы (ПРИЛОЖЕНИЕ М), газовые детекторы делятся на ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и счегчики Гейгера-Мюллера.
Принцип работы ионизационной камеры достаточно прост: заряженная частица ионизирует заполняющий камеру газ. Образовавшиеся электроны и положительные (и отрицательные) ионы устремляются к электродам, создавая электрический ток, по которому производится регистрация. Напряжение в камере подбирается так, чтобы все образовавшиеся заряженные частицы достигали электродов, не успев рекомбинировать, но при этом не разгонялись бы настолько сильно, чтобы производить ударную ионизацию. Поэтому в камере измеряется полная ионизация, произведенная частицей (т.е. полная энергия частицы), если ее пробег целиком умещается в камере. Необходимо обратить внимание на величину собираемого электродом заряда при попадании в камеру различных частиц. Так, а-частица с энергией 5 МэВ имеет пробег в газе несколько сантиметров и образует при этом примерно 1,5*10' пар ионов. Р- Частицы с энергией порядка 1 МэВ пролетают в газе несколько метров, а в камере размером ~10 см создают несколько тысяч пар ионов. Это означает, что в ионизационной камере амплитуда импульса от а-частицы на два порядка больше амплитуды импульса от Р-частицы. Поэтому ионизационные камеры применяют для регистрации тяжелых нерелятивистских частиц: треки электронов и релятивистских частиц не умещаются в камере целиком.
Ионизационные камеры бывают двух типов: непрерывного действия (иначе - интегрирующие) и импульсные. В камерах непрерывного действия измеряется суммарный ионизационный ток (токовые камеры) или падение напряжения (камеры конденсаторного типа), т.е. величины, пропорциональные потоку энергии проходящих заряженных частиц. В связи с этим они находят применение в дозиметрии ядерных излучений (см. Лекцию 24). Импульсные камеры фиксируют прохождение одиночных частиц. При этом измеряется и энергия заряженной частицы, но с довольно низкой точностью, что обусловлено малостью выходного импульса: необходимо использовать линейный усилитель сигнала с большим коэффициентом усиления.
Последний недостаток ионизационной камеры в значительной мере устранен в пропорциональном счетчике. Этот детектор можно рассматривать как импульсную ионизационную камеру, чувствительность которой в М раз больше (где М » 1 — коэффициент газовог о усиления). Значение М в пропорциональных счетчиках 10 -10⁶, амплитуда импульса - до 10 мВ. При газовом усилении импульсов сохраняется зависимость их амплитуды от энергии частицы, так как М практически не зависит от первичной ионизации.

3.