Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Счетная характеристика борного счетчика имеет плато, поскольку при регистрации нейтронов низких энергий амплитуда импульса не зависит практически от энергии нейтронов (энергия реакции велит ка). Наличие плато особенно важно для пропорциональных счетчиков, так как коэффициент газового усиления экспоненциально растет при увеличении напряжения на счетчике.
При необходимости регистрировать большие потоки нейтронов используют многопластинчатые ионизационные камеры в токоеом режиме. Графитовые пластины покрывают тонким слоем бора (примерно 0,4 мг/см2). Если камера имеет чувствительность, равную единице, то плотности потока нейтронов IO8 нейтр/(см2-сек) соответствует ток около 10~6 а. Камеры в токоеом режиме используют обычно для контроля за мощностью реактора. В реакторах потоки у-квантов обычно сравнимые потоками нейтронов. Но если мощность реактора уменьшится, то потоки у-квантов, обусловленные наведенной радиоактивностью, могут намного превысить потоки нейтронов. Поэтому чувствительность камеры к у-квантам необходимо сделать по возможности меньше. В пропорциональном счетчике можно дискриминировать импульсы от у-излучения, а в токовом приборе такую дискриминацию проводить нельзя. Эффективный способ исключения
152 тока, обусловленного у-квантами, удается получить, используя две идентичные камеры. В одной из них есть борное покрытие, а в другой его нет. Поэтому в первой камере возникает ток от у-квантов и нейтронов, а во второй только от у-квантов. С помощью специальной электронной схемы можно регистрировать разность токов, которая пропорциональна току обусловленным нейтронным потоком.
Ионизационные камеры для измерения дозы рентгеновского и Y-излучений. Во многих случаях необходимо знать энергию, поглощенную веществом. Такие измерения особенно важны для оценки влияния, например, у-излучения на организм человека. Необходим повседневный контроль за персоналом, работающим с проникающим излучением. Поэтому сконструированы многие приборы, которые измеряют величины, пропорциональные поглощенной энергии в ткани человеческого тела. Оказалось, что при соблюдении определенных условий ток, протекающий в камере (или накопленный заряд), пропорционален мощности дозы у-излучения (дозе у-излучения). Наиболее интересны так называемые карманные гамма-дозиметры. Карманный гамма-дозиметр — это камера конденсаторного типа со встроенным измерительным устройством и с очень хорошей изоляцией. На одном из электродов конденсатора укреплены нити электрометра. Если конденсатор зарядить до некоторого потенциала, то подвижная нить электрометра будет в определенном положении, которое можно совместить с нулем градуированной шкалы. Разрядка конденсатора возможна за счет токов утечки, а также за счет ионизации молекул газа проникающим излучением. Обычно токи утечки в камерах конденсаторного типа малы (нет заметного изменения заряда в течение 2—3 недель), что позволяет по отклонению нити определить дозу у-излучения. Обычно карманные дозиметры имеют шкалу, рассчитанную примерно на 200 мр.
§ 5.5. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ СЧЕТЧИКИ
5.5.1. Несамогасящиеся счетчики
(счетчики Гейгера—Мюллера)
При рассмотрении механизма газового усиления было показано, что с увеличением разности потенциалов на счетчике быстро растет коэффициент газового усиления Jt, а с его ростом все большее значение в развитии лавины приобретает фотоионизация. Поэтому полный коэффициент усиления Jty может значительно превышать Ji [см. (5.70)]. При некоторой разности потенциалов ?/заж полный коэффициент газового усиления Jiy окажется бесконечно большим. Это означает, что в счетчике возникнет непрерывный самоподдерживающийся разряд. Ток такого разряда не будет бесконечно большим, поскольку в счетчике возникнет объемный заряд, который исказит толе вблизи нити, уменьшит его и тем самым уменьшит полный коэффициент газового усиления. Самостоятельный разряд можно использовать для регистрации частиц, если создать условия для гашения разряда.
153 U0-Um
включения Мюллера
Рассмотрим качественно процесс, происходящий в цилиндрическом счетчике с тонкой нитью и достаточным для самостоятельного разряда напряжением. Пусть счетчик подключен к измерительному прибору, как это показано на рис. 5.12, и пусть постоянная RC много больше времени движения положительных ионов от анода к катоду. Электроны и ионы, появившиеся после прохождения в счетчике заряженной частицы, движутся в направлении соответствующих электродов. Электроны достигнут нити за время IO-7 — Ю-8 сек, образовав по пути новые электроны и ионы и возбужденные молекулы
газа. Эти молекулы испускают коротковолновое излучение, которое выбивает фотоэлектроны из катода и молекул газа.
Таким образом, за очень малое-время весь счетчик будет охвачен разрядом. За время прохождения нескольких электронно-фотонных лавин образованные положительные ионы практически остаются на месте, так как их подвижность намного меньше подвижности электронов. Вторичная ионизация происходит вблизи нити, поэтому вокруг нити образуется (нарастает) чехол положительных зарядов, который снижает напряженность-поля вблизи нити и тем самым практически прекращает образование новых электронно-фотонных лавин. Образовавшиеся ионы движутся в направлении катода. По мере их продвижения происходит зарядка конденсатора и снижение разности потенциалов на счетчике, но в то же время влияние объемного заряда уменьшается по мере приближения ионов к катоду. При подходе к катоду на расстояние примерно Ю-7 см происходит нейтрализация ионов и могут образовываться молекулы в возбужденных состояниях.
