Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

Пропорциональный счетчик. Благодаря механизму газового усиления в пропорциональной области вольт-амперной харак­

Пропорциональная область газового разряда используется в пропорциональных счетчиках, которые можно рассматривать как разновидность ионизационных камер, работающих в импульс­ ном режиме. Увеличение выходного импульса напряжения на

Таким образом, нить счетчика собирает наиболее подвижные свободные заряды — электроны. Схема пропорционального счет­ чика показана на рис. 2.3. В цепь кроме источника постоянного тока (батареи или выпрямителя) включается высокоомный ре­ зистор R (порядка 106 ом). Счетчик и подводящая система про­ водников обладают некоторой электроемкостью С (порядка 10-11 ф). Продолжительность импульса тока в цепи и напря­ жения на собирающем электроде-нити определяется произведе­ нием RC и составляет С ^ 10-6 - 10-11= 10-5 сек. Полное пре­ кращение разряда происходит в действительности за 1(И4 сек, когда на отрицательный электрод (цилиндр) соберутся менее подвижные положительные ионы.

Импульс напряжения в пропорциональной области так же, как и в области насыщения, пропорционален начальной иони­ зации, создаваемой ионизирующей частицей, поэтому пропор­ циональные счетчики используют не только для счета ионизи­ рующих частиц, но и для их идентификации. Иначе говоря, пропорциональные счетчики можно применять в качестве детек­ торов для анализаторов ионизирующих излучений. При этом благодаря газовому усилению они регистрируют и . частицы с меньшей ионизирующей способностью, например, электроны. Импульс напряжения, возникающий на нити пропорциональ­ ного счетчика, все еще недостаточен для приведения в дей­

50

ствие регистрирующего устройства (регистратора). Поэтому с помощью радиотехнической схемы этот импульс подвергается дополнительному усилению и преобразованию с тем, чтобы привести в действие электромеханическое устройство (реле) — счетчик нумератор, считающий импульсы, возникающие в про­ порциональном счетчике.

Счетчик Гейгера — Мюллера. Область ограниченной пропор­ циональности практически не применяется для регистрации из­ лучений. Зато следующая область — область Гейгера очень широко используется в так называемых счетчиках Гейгера — Мюллера. Газоразрядные счетчики Гейгера — Мюллера по устройству не отличаются от пропорциональных счетчиков, но на электроды этого счетчика подается напряжение, соответ­ ствующее области Гейгера, т. е. более высокое. Соответственно механизм разряда имеет иной характер, чем механизм разряда в пропорциональных счетчиках.

Как уже отмечалось, существенным моментом в развитии газового разряда в области Гейгера является возникновение в процессе разряда довольно интенсивного ультрафиолетового излучения. Выход ультрафиолетового излучения в пропорцио­ нальной области относительно мал. Поэтому газовый разряд не распространяется на весь объем газа в пропорциональном ре­ жиме. В области Гейгера поток рождающихся вследствие воз­ буждения атомов и молекул ультрафиолетовых фотонов так велик, что фбтоэлектроны образуются во всем объеме газа и газовый разряд распространяется на весь объем газа.

Ультрафиолетовые фотоны рождаются не только в процессе развития газового разряда, но и в период его затухания. По­ ложительные ионы, подходя к катоду (стенке цилиндра), за­ хватывают электроны и нейтрализуются. Но, нейтрализуясь, они в первый момент находятся в возбужденном состоянии, и это состояние снимается путем испускания ультрафиолетового излучения, которое индуцирует появление новых фотоэлектро­ нов. Последние в свою очередь создают новую лавину элек­ тронов и ионов, т. е. новый разряд, и т. д. Таким образом, на появление внутри счетчика ионизирующей частицы счетчик от­ вечает непрекращающимся каскадом прерывистых разрядов (нестабильный коронный разряд), и если не погасить послед­ ний, то счетчик будет не в состоянии регистрировать следующую частицу. Следовательно, необходим какой-то механизм гашения последующих ложных разрядов. Иначе говоря, нужно создать условия, при которых счетчик реагировал бы на каждую иони­ зирующую частицу, попавшую в пространство между электро­ дами, только одним-единственным импульсом.

Взависимости от способа гашения разряда счетчики под­ разделяют на несамогасящиеся и самогасящиеся.

Внесамогасящихся счетчиках разряд гасят понижением напряжения на электродах до такого значения, при котором уже

51

не могут возникать новые вспышки разряда. Такое понижение напряжения можно создать автоматически в процессе разряда, если в цепь включить высокоомный резистор порядка 109 ом. Падение напряжения или импульса напряжения численно равно произведению максимального тока на сопротивление AVm — ImR. Но так как продолжительность разряда определяется произве­ дением RC, то включение высокоомного резистора (109 ом) уве­ личивает время разряда (10~2 сек). За время развития разряда кроме первичной лавины успевают возникнуть еще несколько

Рис. 2.4. Общая форма импульса на­

повторных лавин, прежде чем разряд будет полностью погашен. Время, в течение которого счетчик не регистрирует последую­ щую ионизирующую частицу, проходящую через счетчик, назы­ вается мертвым временем. Общая форма импульса напряжения, возникающего на аноде счетчика, представлена на рис. 2.4. Приближенно можно считать, что мертвое время счетчика опре­ деляется временем наиболее медленной, восстановительной ста­ дии разряда, лимитирующейся временем переноса положитель­ ных ионов к катоду. Несамогасящиеся счетчики имеют большое мертвое время (порядка 10-2 сек). Это ограничивает макси­

Широкое распространение получили самогасящиеся счет­ чики, разряд в которых прекращается за время порядка 10~4 сек независимо от наличия высокоомного резистора или внешней гасящей схемы.

Гашение вторичных разрядов достигается наполнением счет­ чика специальной газовой смесью, состоящей обычно из аргона или гелия с добавкой многоатомного газа (паров этанола, этана,

52

метана, диэтилового эфира и др.). Механизм гашения разряда в самогасящихся счетчиках довольно сложен.

Сущность этого механизма сводится к следующему. Потен­ циал ионизации многоатомных газов (или паров), которые при­ меняют для гашения разряда, значительно меньше, чем у атомов аргона. Поэтому при столкновении положительных ионов аргона с нейтральными молекулами органического газа происходит пе­ редача электронов от органической молекулы к атому аргона и атом аргона нейтрализуется. При нейтрализации атом аргона переходит в возбужденное состояние, которое снимается ис­ пусканием ультрафиолетовых фотонов. Однако большинство фотонов не достигает электродов из-за поглощения их моле­ кулами органического газа. Очень важно, что возбуждение молекул органического газа снимается не путем излучения, а путем диссоциации (расщепления) молекул на свободные ра­ дикалы.

Таким образом, присутствие многоатомного газа пре­ пятствует продвижению ионов основного газа к катоду, к кото­ рому подходят только ионы многоатомной компоненты.

Одновременно многоатомный газ «перехватывает» ультра­ фиолетовые фотоны. В результате происходит постепенное раз­ ложение газа-гасителя с образованием различных продуктов превращения и разложения.

Импульс напряжения на аноде имеет простую, одноступен­ чатую форму. Самогасящиеся счетчики с мертвым временем порядка 10~4 сек обеспечивают высокую скорость счета, и просчеты наступают лишь при относительно высокой скорости счета. Самогасящийся счетчик работает до тех пор, пока не произойдет разложения всего газа-гасителя разряда. Срок службы самогасящихся счетчиков ограничен регистрацией 108— 109 частиц.

В качестве газов-гасителей разряда можно использовать не только пары органических соединений, но и неорганические соединения. Например, свойством гашения разряда обладают пары хлора. Самогасящиеся счетчики с наполнением хлором называются галогенными. Механизм гашения разряда молеку­ лами галогенов такой же, как и механизм гашения органиче­ скими молекулами. Различия заключаются лишь в том, что диссоциирующие органические молекулы не рекомбинируются, тогда как атомы хлора, образующиеся при диссоциации моле­ кул хлора, рекомбинируются.

В результате галогенные счетчики практически имеют неог­ раниченный срок службы. Количество молекул хлора (газагасителя разряда) восстанавливается после прекращения рабо­ ты счетчика.

Как и у пропорциональных счетчиков, импульсы напряжения, возникающие на аноде, подвергаются дальнейшему усилению и преобразованию радиотехническими устройствами.

53