Физика элементарных частиц и атомного ядра. Том 17 - Боголюбов Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
выражением [18]:
где ох связана с напряженностью электрического поля и давлением р газа
следующим образом:
Средняя скорость движения зарядов р электрическом поле по направлению к
соответствующим электродам называется скоростью дрейфа W. Если ионы в
электрическом поле практически не меняют своей средней энергии, то
электроны приобретают энергию, максимальное значение которой определяется
нижними энергетическими уровнями атомов газа. Добавление к чистым газам с
высоким первым уровнем возбуждения высокомолекулярной добавки с большим
числом низких уровней возбуждения приводит к уменьшению приобретаемой
электронами энергии. Уменьшается сечение взаимодействия электронов с
атомами, возрастает средний пробег между столкновениями, что приводит к
увеличению скорости дрейфа. На рис. 8 показаны зависимости W от отношения
Е!р для некоторых смесей. Подобные зависимости для различных газовых
смесей даны в работе
Неупругие столкновения электронов с, атомами. Если энергия электронов,
приобретаемая ими в сильном электрическом поле между двумя
столкновениями, превышает энергию возбужденного уровня или равна ей,
происходит возбуждение атома. В молекулярных газах электроны возбуждают
колебательные уровни основного состояния и теряемая ими энергия
значительно меньше, чем для одноатомных газов. Если электрон между двумя
столкновениями приобретает
* -1 мм рт. ст. составляет 1,33 10а Па. ,
о% = 2Dt = 2 гКх/еЕ,
П
m=fc
ох = / {Е/р) {х1р)Ч*
[30].
1 4-0698
1042 ПЕШЕХОНОВ в. д.
0,8 ?//?,В-см-ммрт.ет,
0,4 0,8 ?/0,В-см-ммрт.ст
Рис. 8. Зависимость скорости дрейфа электронов в смеси Аг с С02 (верхний
рисунок) и с СН4:
О - по результатам [28]; х - [29]
энергию, превышающую потенциал ионизации атомов газа, имеет место
ионизация. На рис. 9 показана зависимость вероятности ионизации некоторых
инертных газов от энергии электронов. При высоких значениях Е/р, начиная
с некоторого значения напряженности поля, ионизация может принимать
лавинообразный характер. Полное число электронов лавины в конце пути х в
однородном поле и при начальном количестве электронов п0 равно п = п0еах,
где первый коэффициент Таунсенда а определяет кратность размножения
первичного электрона на пути 1 см по направлению поля. Газовое усиление
равно еах. Зависимость а от электрического поля для инертных газов
показана на рис 10 Энерп^ алектрона, приобретаемая им между двумя
столкновениями, равна:
Т, = (Е/Р)е^.
где е - заряд электрона. Развитие лавины происходит эффективно в поле при
Е/р > 100 В/(см-мм рт. ст.).
Добавление, например, Аг в Ne приводит к сильному увеличению а из-за так
называемого эффекта Пеннинга. Действие его заключается в следующем. В
результате неупругих столкновений электронов с атомами основной газовой
компоненты А происходит их возбуждение, снимаемое испусканием фотонов ^4+
-*¦ hv + А. Спектры испускания для некоторых инертных газов приведены на
рис. 11. Если потенциал возбуждения атомов А выше потенциала ионизации
МЕТОДИКА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ 1Q43
атомов газовой добавки В, имеет место ионизация: hv 4- В ->¦ В+ + е.
Подобным образом работают многоступенчатые лавинные камеры при нормальном
давлении.
Рис. 9. Зависимость вероятности ио- Рис. 10. Первый коэффициент
Таунсен-
низации некоторых инертных газов да для некоторых инертных газов [29] от
энергии электронов [29]
Механизм сбора заряда в газонаполненных детекторах. В зависимости от
напряженности электрического поля число собираемых пар ионов на
электродах детектора, т. е. величина регистрируемого сиг-
Рис. 11. Спектры испускания неко- Рис. 12. Качественный характер изме-
торых инертных газов [31] нения регистрируемого заряда от напря-
жения (в условных единицах), прикладываемого к электродам газовых
проволочных детекторов [32, 35]:
1 - для релятивистской частицы, испытывающей ионизационное торможение в 1
см аргона при нормальных условиях; 2 - отвечает случаю больших
ионизационных потерь
нала, при детектировании частицы может быть различна. Это иллюстрирует
рис. 12, на котором можно выделить 6 участков. На участке I собиранию
заряда препятствует процесс рекомбинации ионов. При
14*
1044 ПЕШЕХОНОВ В. д.
повышении напряженности возрастает скорость дрейфа, уменьшается
вероятность рекомбинации. Для смесей аргона с высокомолекулярными
добавками в количестве около 10 % процесс рекомбинации пренебрежимо мал
при Е!р> 0,65 В/(см*мм рт. ст) [32]. Полный сбор заряда отвечает участку
II зависимости. Дальнейшему повышению напряженности поля отвечает область
пропорционального режима - участок III. В зоне высокой напряженности поля
происходит процесс образования электронных лавин, движущихся к аноду со
скоростью 2*107 см/с [26] в виде облака электронов, позади которого
остаются положительные ионы. Изменение электрического пол:я
пространственным зарядом, обусловленным положительными ионами, приводит к
появлению зависимости коэффициента газового усиления М при больших его
