ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Регистрирующие приборы. Ионизационные камеры и счетчики заряженных частиц из "Основы ядерной физики " Первая группа современных регистрирующих приборов (детекторов) основана на способности заряженных частиц и -квантов при прохождении tepes газ ионизировать его. [c.38] Вторая группа приборов (фотоэмульсионные пластинки, кристаллические счетчики) использует способность заряженной частицы ионизировать кристаллы бромистого серебра, заключенные в фотоэмульсии, или ионизировать кристаллы какого-либо полупроводника и тем самым резко изменять его электропроводность. [c.38] Третья группа приборов (сцинтилляционные счетчики, черен-ковские счетчики) использует флюоресценцию, возбуждаемую заряженной частицей, или черепковское свечение при прохождении частицы через вещество. [c.38] Ионизационная камера. Простейшая ионизационная камера представляет собой замкнутый сосуд, заполненный газом под определенным давлением, внутри которого между электродами создается электрическое поле. Схема включения ионизационной камеры изображена на рисунке 6, а. На схеме ИК — ионизационная камера, А, К — ее электроды, Б — источник, создающий разность потенциалов между электродами, Г — устройство для измерения ионизационного тока. В некоторых ионизационных камерах одним из электродов являются стенки камеры, а другим — стержень или нить, расположенные в сосуде. [c.38] В обычных условиях газ между электродами является диэлектриком и не проводит электрический ток. Если быстрая заряженная частица проходит между электродами Л и /С, то газ в сосуде ионизируется, т. е. в нем создаются свободные электроны и положительные ионы. Под действием наложенного электрического поля свободные электроны и ионы придут в движение между электродами и в цепи возникнет ионизационный ток. Ток измеряется чувствительным гальванометром Г. [c.38] Ионизационная камера обычно работает в режиме тока насыщения, где нет газового усиления. В этом случае число пар ионов, возникающих под действием попадающей в ионизационную камеру заряженной частицы, относительно невелико и регистрация отдельных. частиц с помощью ионизационной камеры при отсутствии газбвого усиления связана с большими трудностями. В режиме газового усиления ионизационная камера может работать в качестве счетчика отдельных заряженных частиц. Поэтому ионизационные камеры обычно подразделяются на два вида счетно-ионизационные камеры, предназначенные для регистрации прохождения через камеру одной какой-либо заряженной частицы, и интегрирующие ионизационные камеры, применяемые для измерения интенсивности потока частиц. В зависимости от условий задачи ионизационные камеры по форме электродов имеют вид плоского, сферического или цилиндрического конденсатора. Размеры их могут быть весьма различными — от долей кубических миллиметров до сотен литров, в зависимости от их назначения. [c.39] Счетчики заряженных частиц. В исследованиях по ядерной физике широкое распространение получили счетчики заряженных частиц, которые служат для наблюдения и регистрации отдельных заряженных частиц. [c.39] В зависимости от принципа действия существующие счетчики могут быть подразделены на четыре,группы ионизационные, полупроводниковые (кристаллические), сцинтилляционные и черенковские. [c.39] Остановимся кратко на каждом виде счетчиков. [c.39] Ионизационные счетчики. К этому виду счетчиков относятся пропорциональные счетчики и счетчики с самостоятельным разрядом — счетчики Гейгера—Мюллера. [c.40] Пропорциональные счетчики. Если ионизационная камера работает в режиме тока насыщения, то ее чувствительность к регистрации отдельных частиц невысока. Чувствительность значительно повышается, если ионизационная камера работает в режиме газового усиления. В области больших напряжений (участок D рис. 6, б) в результате ударной ионизации происходит лавинное умножение числа пар ионов н первоначально созданные ионизирующей заряженной частицей /г пар ионов превращаются в kn пар ионов. Величина k — коэффициент газового усиления. С возрастанием напряжения между электродами происходит увеличение коэффициента газового усиления. [c.40] Вначале k не зависит от числа первоначальных ионов п , созданных ионизирующей частицей. При дальнейшем росте U коэффициент усиления k начинает уменьшаться с ростом Пц. Область газового усиления, в которой/г не зависит от Пд, и используется в пропорциональных счетчиках. При этом величина импульса, получаемого от счетчика, пропорциональна первичному числу ионов Аг , созданных в газе счетчика влетевшей заряженной частицей. [c.40] Число первоначально образованных пар ионов о, а следовательно, и число кп пропорциональны энергии, израсходованной регистрируемой частицей на ионизацию газа в счетчике. Поэтому и величина ионизационного тока, возникающего при прохождении частицы через счетчик, также пропорциональна энергии. Таким образом, при помощи пропорциональных счетчиков можно не только регистрировать факт прохождения частицы через счетчик, но и оценить ее энергию. [c.40] По своей конструкции счетчик обычно представляет металлический или стеклянный баллон цилиндрической формы диаметром в несколько сантиметров с тонкой металлической нитью по оси. Диаметр нити, как правило, не превышает 1 мм. Нить оголена, но в местах ввода тщательно изолирована от стенок цилиндра и заземлена через сопротивление. Цилиндрическая трубка наполняется газом (или смесью газов) под определенным давлением. Между нитью (анод счетчика) и стенками цилиндра (катод счетчика) подается разность потенциалов примерно в 10 —10 в (рис. 7). Вблизи нити вoзн [кaeт область сильного электрического поля, в этой области и происходит газовое усиление. Коэффициент газового усиления обычно не превышает 10 . [c.40] Процесс разряда в пропорциональных счетчиках является несамостоятельным, и он оканчивается, когда все электроны и ионы, возникшие при газовом усилении, достигают соответствующих электродов. Продолжительность процесса определяется скоростью перемещения медленных ионов размерами (диаметром) цилиндра и составляет обычно сек. [c.40] Счетчики с самостоятельным разрядом — счетчики Гейгера-Мюллера. При дальнейшем увеличения напряжения между стенками цилиндра и нитью частица, попадающая в счетчик, вызывает самостоятельный разряд в газе и большие импульсы разрядного тока, которые удается регистрировать при помош,и измерительных приборов. По такому принципу работает счетчик Гейгера—Мюллера, имеющий такое же устройство, что и пропорциональный. [c.41] К электродам счетчика прикладывается напряжение 0,8—3 кв. Счетчик заполняется чаще всего смесью аргона с воздухом или с парами спирта под давлением 0,1 атм. [c.41] Прохождение ионизирующей частицы через счетчик сопровождается ионизацией атомов газа, наполняющего цилиндр счетчика. Возникающие положительные ионы устремляются под действием приложенного электрического поля к стенкам цилиндра, а электроны — к нити. В области сильного поля вблизи нити электроны преобретают такую энергию, что своими ударами ионизируют новые атомы газа. Число ионов нарастает лавинообразно, в газе счетчика вспыхивает электрический разряд, а в цепи — импульс тока. [c.41] Вблизи нити образуется большое количество положительных ионов, обладающих малой подвижностью, которые создают пространственный положительный заряд, окружающий нить. Действие этого заряда уменьшает напряженность электрического поля между электродами счетчика, и разряд прекращается. Через некоторый промежуток времени (за который положительные ионы пространственного заряда достигнут катода) напряжение на счетчике вновь достигнет прежней величины, и в счетчике может снова произойти разряд при прохождении через него новой заряженной частицы. [c.41] Наибольшее число частиц, которое способен зарегистрировать счетчик в единицу времени, называется разрешающей способностью счетчика, определяемой продолжительностью физических процессов, возникающих в счетчике при попадании в него заряженной частицы. Для различных счетчиков разрешающая способность имеет значение от 10 до 10 частиц в секунду. [c.41] Вернуться к основной статье