Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Полный заряд, проходящий через пропорциональный счетчик, пропорционален первичной ионизации
где Q — заряд, выделившийся при начальной ионизации; m — коэффициент газового усиления, его значение в пропорциональной области порядка IO3. Поэтому амплитуда импульса на выходе пропорционального счетчика значительно больше, чем у импульсной ионизационной камеры, и достигает десятых долей вольта.
Q' = mQ,
(1.7)
8
Рис. 1.3. Схема включения цилиндрического пропорционального счетчика (а); импульс тока через счетчик (б) и напряжение на выходе при тВх = °° (в):
1 — корпус; 2 — нить
& IL
Конструктивно пропорциональные счетчики выполняют в
виде цилиндра — катода, по цент- -------------f—1 /
ру которого установлена нить— Jj f
анод (рис. 1.3,а). Этим обеспечиваются неоднородность и повышенная напряженность поля у нити — собирающего электрода. Вблизи нити имеются условия возникновения газового разряда. Регистрируемая частица в этой области создает заряд, значительно превышающий первичную ионизацию. При этом электроны проходят короткий путь и быстро собираются на нить, в то время как положительные ионы проходят практически все расстояние от нити до цилиндра. Поэтому протекающий через детектор ток в основном обеспечивается ионной составляющей. Импульс тока резко нарастает в начальный момент движения ионов вблизи анода (риг. 1.3,6). Кроме того, наблюдается некоторая задержка около 10 ' с импульса тока относительно момента первичной ионизации, заннснщаи от места попадания частицы в детектор. Неопределенность этой задержки вызывает трудности в тех случаях, когда необходимо точно знать момент регистрации частицы.
Форма импульса тока и напряжения для цилиндрического пропорционального счетчика при Tbx = 00 описывается выражениями
где Q — заряд, выделившийся при начальной ионизации; т — коэффициент газового усиления; ги г2 — радиусы внутреннего и внешнего электродов;
где E — напряжение между электродами.
Напряжение на нагрузке детектора (рис. 1.3,в) нарастает достаточно резко. Увеличение напряжения до половинной амплитуды происходит примерно за время, равное 0,01 всего времени собирания, и составляет десятки наносекунд. Малое время нарастания при значительном токе, протекающем через пропорциональный счетчик, позволяет получать приемлемое значение сигнала (10~3— IO-2 В) при малой постоянной времени входа твх.
1.1.2. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ СЧЕТЧИКИ
В газоразрядных счетчиках Гейгера напряженность электрического поля делается выше, чем в пропорциональных счетчиках, поэтому во время регистрации частицы или кванта помимо удар-
(1.8)
(1.9)
9
пой ионизации увеличивается вероятность фотоэффекта и вырывания электронов из поверхности катода детектора. Эта вероятность характеризуется коэффициентом у. С увеличением напряженности электрического поля растет коэффициент газового усиления ту и при некотором его значении, когда ут = 1, каждая образующаяся электронно-ионная лавина способна создать один свободный электрон. Последний вызывает новую лавину и т. д. Возникает так называемый самостоятельный разряд. Этот разряд возникает при определенном напряжении на счетчике, равном или превышающем напряжение зажигания V3am- Протекающий через детектор ток также приобретает определенное значение. Регулирующий фактор — образующийся в объеме счетчика пространственный заряд. В зависимости от того, каким способом производится гашение разряда, счетчики Гейгера делятся на песамогася-щиеся и самогасяіциеся. Первые требуют специальных схем гашения (см. § 1.4), у вторых — гашение разряда происходит за счет процессов, протекающих в самом детекторе.
Форма импульса несамогасящегося счетчика. Важная особенность несамогасящегося и самогасящегося счетчиков Гейгера в том, что конечное значение протекающего через них тока и, следовательно, параметры выходного сигнала не зависят от первичной ионизации. Счетчик Гейгера — своеобразное триггерное устройство, его выходной импульс не несет информации о виде частиц и их энергии. Ho счетчик широко используется для регистрации числа событий и определения временных корреляций. В последнем случае важно знать временные характеристики выходного импульса. Для несамогасящегося счетчика они могут быть получены при комплексном рассмотрении развития процессов как в самом детекторе, так и во внешней схеме.
Основная схема включения газоразрядного счетчика приведена на рис. 1,4,а; на счетчик подается исходное напряжение E>VзаЖ; выходной сигнал снимается с нагрузки Rh; емкость Cbx эквивалентна сумме емкостей детектора и входа электронной схемы.
Регистрируемая частица может вызвать ионизацию в любом месте счетчика. Для возникновения разряда достаточно одной пары ионов. Электроны устремляются к аноду — нити, попадают в область высоких градиентов электрического поля, после чего начинается лавинообразный процесс возникновения разряда. Время задержки нарастания тока относительно момента попадания частицы в детектор колеблется от IO-7 с до 0 в зависимости от места первичной ионизации. Возникающий в нагрузке детектора ток вначале вызывается электронами лавины, которые за очень короткое время уходят на нить. Однако вклад электронной составляющей невелик, так как электроны проходят очень небольшой путь. В основном ток определяется ионной составляющей. Скорость нарастания напряжения на выходе схемы зависит от превышения исходного напряжения E над напряжением зажигания (Е—V33im — так называемое перенапряжение), внутреннего сопротивления счетчи-
