Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
О 250 500 750 /ООО
Сів
Рис. 2.8. Зависимость коэффициента газового усиления от приложенного напряжения для а-частиц и электронов в пропорциональном счетчике [202] / — для а-частиц, 2 — для электронов, / — область рекомбинации, // — режим ионизационной камеры; Ш{а) — область пропорциональности, Ш(б) — область ограниченной пропорциональности; /К—режим Гейгера — Мюллера, К—область разряда
2.4. Измерение ионизации в жидкости
65
Коэффициент газового усиления в этой области составляет /4-Ю8 - 1010.
Счетчики Гейгера — Мюллера. Если счетчик наполнен инертным или двухатомным газом, то разряд в счетчике прекращается по следующей причине: образующееся вокруг анодной проволочки облако положительных ионов уменьшает напряженность поля возле анода настолько, что вновь приходящие в эту область электроны уже не образуют лавин. Однако как только положительные ионы достигают катода (примерно через 1 мс) и там рождают вторичные электроны, образование лавин на анодной проволочке может начаться снова. Гашение разряда может быть осуществлено внешним образом путем выбора настолько большой величины сопротивления нагрузки R, через которую протекает анодный ток /, что падение напряжения IR приведет к снижению на некоторый момент анодного потенциала до величины Uo ~ IR — меньшей, чем нижний предел области Гейгера — Мюллера.
Самогасящиеся счетчики. Распространение УФ-квантов может быть предотвращено введением многоатомных органических газов в виде добавок к основному газу. Такими гасящими добавками являются, например, С2Н5ОН, СНЦ, С2Н6, изобутан (СзШ), метилаль ((ОСНзЬСНг). Они могут поглощать УФ-кванты в области 100— 200 нм и при соответствующей концентрации уменьшают длину пролета этих квантов до размера диаметра анодной проволочки. В поперечном направлении разряд локализуется только вдоль анодной проволочки, где образуется трубка положительных ионов. Благодаря короткой длине пролета фотоны не достигают катода и поэтому не могут рождать фотоэлектронов. Помимо этого выбивание из катода вторичных электронов положительными ионами также сильно уменьшается, так как ионы основного газа передают свой заряд атомам гасящих добавок, а их энергия недостаточна для образования вторичной ионизации.
Таким образом, разряд гаснет самостоятельно, а величина сопротивления нагрузки может быть выбрана существенно меньшей, чем для несамогасящегося счетчика. При этом постоянная времени формирования импульса RC может быть уменьшена до величины ИГ6 с.
2.4. Измерение ионизации в жидкости
Жидкости обладают важным преимуществом перед газами при их использовании в качестве рабочей среды ионизационных детекторов. Поскольку плотность жидкости примерно в 103 раз выше
^_ 1 QA *
66 2. Регистрация ионизационных потерь
плотности газа, то во столько же раз увеличивается энергия, поглощенная в единице толщины детектора, а также количество первичных электронов, образовавшихся в процессе ионизации. Энергия, необходимая для образования одной электрон-ионной пары, составляет в жидком аргоне (ж. Ar): W1 (ж. Ar) = 24 эВ, а в жидком Xe: W1 (ж. Xe) = 16 эВ °. Энергетическое разрешение таких детекторов для поглощенной энергии 1 МэВ (это дает -5•1O4 электронов ионизации) должно быть лучше I0Io 2K Используя такие жидкости, можно создавать детекторы большого объема и с большой массой при сравнительно низкой стоимости. К тому же жидкости однородны и сбор заряда должен быть хорошо воспроизводимым.
Несмотря на это, детекторы на жидком аргоне были успешно применены в экспериментах только совсем недавно [96, 152, 254] и только тогда, когда удалось с помощью применения систем очистки контролировать содержание примесей, захватывающих электроны ионизации (главным образом Ог). Средняя длина свободного пробега электронов до захвата примесями обратно пропорциональна концентрации примесей к (например, к = No2ZNAr)'. \ = осЕ/к, где E—напряженность электрического поля, а а — постоянного захвата. Для системы ж. Ar/Ог постоянная была измерена в полях E = 0,2 - 0,7 МВ/м и составила а = (15 ± 3)-10"15 м2/В [133]. Уменьшение концентрации примесей до к = 0,2 - 8-Ю"4 %, что и достигается в экспериментах, позволяет создавать жидкоарго-новые ионизационные камеры с межэлектродными промежутками в несколько миллиметров, поскольку средняя длина до захвата в этом случае лежит в области нескольких миллиметров. Результаты измерений скорости дрейфа электронов в жидком аргоне и в смесях (Ar + СН4) показаны на рис. 2.9,- Подвижность электронов в очищенном жидком аргоне при напряженности поля 1 МВ/м составляет /^ = 4-10"3 м2/В-с. Скорость дрейфа электронов при столь высоких полях составляет 4•1O3 м/с, т.е. почти так же велика, как и в газообразном аргоне при E = 100 кВ/м. При низкой напряженности поля (около 104 В/м) подвижность электронов в жидкостях существенно выше (табл. 9).
С другой стороны, подвижность ионов в жидкости очень мала. В жидком аргоне при напряженности электрического поля L = - 2,4 - 18,7 МВ/м она составляет лишь /*/ = 2,8-Ю"7 м2/Вс [253]. Поэтому импульс, индуцированный движением ионов на пластинах
