Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
V3 = - цэ —;
К = [Аи-
(1.3)
Подвижность ионов определяется их массой, составом газа и его
Рис. 1.1. Схема включения импульсной ионизационной камеры (а), составляющие тока камеры и напряжение на выходе при Tbx = 00 (б):
1 — радиоактивный источник; 2 — к усили-»
б
давлением и приблизительно равна ц,и« IO-3 см-3-мм рт. ст./мкс, она примерно в IO3 раз меньше подвижности электронов Поэтому образовавшиеся в некоторой точке объема камеры элект? роны и ионы будут двигаться к электродам в течение различного времени. Время собирания электронов Tg обычно меньше 1 мкс, а время собирания ионов Ти примерно в IO3 раз больше. Составляющая электронного тока существует в течение интервала времени 0<t<Ta и равна
K = QVJL, (1.4)
в то время как составляющая ионного тока будет в течение значительно большего времени 0<t<Tm ее значение определяется выражением
In = QVJL. (1.5)
В выражениях (1.4) и (1.5) L — расстояние между электродами. На рис. 1.1,6 показаны электронные и ионные составляющие суммарного тока камеры. Изображенные импульсы тока несколько идеализированы: здесь не учитывается протяженность ионного следа и его направление, но основные соотношения между электронной и ііоішоіі еоставлящими соответствуют истине.
Ток камеры протекает в замкнутой цепи. Если бы внешняя цень состояла только из сопротивления нагрузки jRu и источника высокого напряжения E1 то выходной сигнал был бы равен падению напряжения от тока Ik на Ru и повторял форму импульсов
тока. В реальной схеме параллельно сопротивлению нагрузки
всегда включена некоторая эквивалентная емкость Свх, равная сумме емкостей камеры Ck и входа электронной схемы C9, подключаемой к камере. Поэтому ток интегрируется цепью с постоянной времени Tbx = ^hCbx. ПОЛНОЄ Собирание ВСЄХ НОСИТЄЛЄЙ В Каме-ре, очевидно, будет В ТОМ случае, если T3X больше времени собирания электронов Гэ и ионов 7V На рис. 1.1,6 показана форма напряжения на выходе схемы для Tbx = «>. Напряжение сначала нарастает круто за счет электронной составляющей Id, а затем полого — при протекании ионной составляющей /и. Максимальное значение этого напряжения определяется суммарным зарядом Q и емкостью Cbx
Vm = QICbx. (1.6)
В реальной схеме постоянную времени делают твх>Ги, если хотят получить практически полное собирание, либо выбирают Гэ<твх<Ги, обеспечивая только электронное собирание. В последнем случае длительность выходных сигналов будет значительно меньше. Более детально этот вопрос будет рассмотрен в следующем параграфе.
Энергия, Необходимая для создания одной пары носителей заряда, составляет около 35 эВ для воздуха. Поэтому ионизирующая частица с энергией 1 МэВ создает в камере около 30 ООО пар ионов с суммарным зарядом IO-14 Кл. При емкости входной цепи
7
Рис. 1.2. Схема включения ионизационной камеры с сеткой (а); электронная составляющая тока и напряжение на выходе При Tbx = Oq (б) I
1 — источник
Свх = 30 пФ выходной сигнал будет равен 0,3 мВ. Заметим, что напряжение питающего камеру источника составляет несколько
сотен вольт и практически все приложено к электродам камеры при протекании через нее тока. Следовательно, можно говорить об очень большом внутреннем сопротивлении камеры и независимости протекающего через нее тока от нагрузки, которая всегда значительно меньше внутреннего сопротивления камеры. Таким образом, импульсная ионизационная камера — типичный датчик тока.
Камера с сеткой. В спектрометрических исследованиях применяется так называемая импульсная ионизационная камера с сеткой (рис. 1.2). В ней между двумя плоскими электродами установлен третий электрод в виде сетки с высокой проницаемостью. Камеру рассчитывают так, чтобы пробеги частиц, испускаемых источником, укрепленным у верхнего отрицательного электрода, умещались между этим электродом и сеткой. Возникающие в результате ионизации электроны под действием электрического поля движутся к сетке и пронизывают ее. Далее они попадают в ускоряющее поле нижнего электрода, и во время их движения от сетки до момента прилипания в цепи нагрузки Rh Cbx течет ток камеры I к (рис. 1.2,6). Этот ток определяется только электронной составляющей Ik = Iэ, поэтому его длительность и время нарастания напряжения на выходе (для Tbx = оо) равны времени собирания электронов 7V Заметим, что в данном случае возникает некоторая задержка t3 между моментом ионизации t0 и импульсом тока. Эта задержка равна времени пролета электронов от места их образования до сетки.
Разделение электронов и ионов при помощи поля сетки обеспечивает не только быстрое собирание носителей, но в конечном итоге уменьшает зависимость амплитуды выходного импульса от места пролета частицы. Поэтому камеры с сеткой применяют в спектрометрических исследованиях, связанных с измерением амплитудных распределений.
Пропорциональный счетчик отличается от импульсной ионизационной камеры в основном режимом работы. В нем создается такая напряженность электрического поля, что электроны на длине свободного пробега накапливают энергию, достаточную для ударной ионизации молекул. Вследствие этого увеличивается число движущихся зарядов, наводящих ток во внешней цепи.