В.Б. Лукьянов - Радиоактивные индикаторы в химии (1133872), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Прямая пропорциональная зависимость между энергией ионизирующей частицы, израсходованной на ионизацию, и амплитудой возникшего под действиемчастицы импульса будет иметь место, если отдельные ионные лавиныне взаимодействуют между собой, так что амплитуда общего импульсаравна алгебраической сумме амплитуд импульсов отдельных ионныхлавин. Лавины действительно развиваются в пропорциональном счетчике независимо друг от друга, так как из-за сильной неоднородностиэлектрического поля они образуются только в очень небольшой области около анода, а объем, приходящийся на одну лавину, крайнемал. Конечно, ионизация газа частицей может произойти в любой точке внутри счетчика, однако перемещение первичных ионов черезобласть, в которой отсутствует газовое усиление, вносит небольшойвклад в общий импульс и практически не влияет на его амплитуду.Каждая образующаяся вблизи анода в области газового усилениялавина ионов состоит как из электронов, так и из положительно заряженных ионов. Электроны обладают большей подвижностью, чем положительные ионы, и поэтому достигают анода намного быстрее, чемположительные ионы — катода.
Длительность импульса определяется временем собирания всех ионов. Нарастание амплитуды импульсаза счет перемещения электронов происходит за 10~6 с, а общая длительность импульса, обусловленная временем собирания положительных ионов, составляет ~10~ 3 с.66Если бы для регистрации импульса было необходимо собрать всеэлектроны и положительные ионы, то разрешающее время пропорционального счетчика было бы велико и он был бы пригоден толькодля измерения небольших скоростей счета. Однако в действительностиоказывается возможным использовать для регистрации не весь импульс,а только ту его часть, которая обусловлена прохождением электронови формируется за 10~б с. Поэтому разрешающее время пропорциональных счетчиков очень мало; с их помощью можно измерять приблизительно до 105 имп'с.
Возможность регистрации столь высокихскоростей счета — одно из важных достоинств пропорциональныхсчетчиков.Так как амплитуда импульса, возникающего в пропорциональномсчетчике, пропорциональна энергии ионизирующей частицы, такойсчетчик можно использовать в ядерной спектроскопии, т.
е. для определения энергии ядерного излучения.Широкому применению пропорциональных счетчиков как детекторов излучения в регистрирующих системах дифференциальноготипа мешает то, что степень газового усиления в них относительномала, и результирующий импульс перед регистрацией приходитсямногократно усиливать. Поэтому пропорциональные счетчики используют главным образом для регистрации ос-частиц (у а-частицочень высока линейная ионизация при прохождении через чувствительный объем счетчика).6.
Счетчики Гейгера—МюллераМеханизм регистрации. Процессы, формирующие импульс в гейгеровской области, были рассмотрены в § 1, 2 этой главы. Вследствиефотоэффекта амплитуда импульса в счетчике Гейгера — Мюллера независит от числа актов первичной ионизации и, следовательно, неможет характеризовать энергию излучения, как в случае пропорциональных счетчиков. Коэффициент газового усиления для счетчиковГейгера — Мюллера составляет 108—1010; лавины, вызванные однимпервичным ионом, охватывают в данном случае некоторую областьвокруг анода по всей его длине или целиком весь объем счетчика.Быстрое передвижение большого числа электронов к аноду вызываетрезкое падение напряжения на счетчике, вследствие чего быстроуменьшается вероятность образования каждой последующей лавины.Время, в течение которого все свободные электроны, возникающиев счетчике после прохождения частицы, собираются на аноде, состав7ляет около 5-10" с.
За этот период относительно тяжелые положительные ионы практически не успевают сдвинуться с мест своегообразования. Следовательно, после собирания всех электронов и регистрации электронного импульса нить счетчика остается окруженной чехлом положительных ионов. В результате возникает пространственный положительный заряд, который снижает напряжение насчетчике до значений более низких, чем отвечающие области Гейгера.34Время собирания положительных ионов составляет 5• 10~ —5-10"(в зависимости от значения RC).
Прежде чем счетчик вновь сможет3*67зарегистрировать новую частицу, должен пройти еще некоторыйинтервал времени, в течение которого происходит восстановлениенапряжения на электродах счетчика до уровня, соответствующегообласти Гейгера. В результате этих процессов собственное разрешающее время счетчика Гейгера — Мюллера составляет 10~2—10~4с,что намного больше, чем разрешающее время пропорциональныхсчетчиков.Нейтрализация положительных ионов на катоде сопровождаетсяпоявлением в счетчике новых свободных электронов. Эти вторичныеэлектроны могут возникать различными путями. Они либо непосредственно выбиваются ионами из материала катода, либо возникаютпри фотоэффекте под действием электромагнитного излучения, образующегося при рекомбинации ионов в нейтральные атомы и припереходе возбужденных молекул в основное состояние.
Вторичныеэлектроны могут породить новые ионные лавины и обусловить, такимобразом, появление ложных импульсов. Каждый ложный импульсможет, в свою очередь, вызвать возникновение новых ложных импульсов, в результате чего в счетчике будет возбужден непрерывный пространственный разряд, и счетчик станет нечувствителен к ядернымизлучениям.Появление ложных импульсов можно устранить за счет введения в газ, наполняющий чувствительный объем счетчика, специальных добавок. Такие счетчики получили название самогасящихся счетчиков Гейгера—Мюллера.
Эти счетчики имеют разрешающее времяоколо 10~4 с и пригодны для регистрации скоростей счета вплоть до2-Ю3 имп/с. В качестве добавок к инертному газу, наполняющемучувствительный объем счетчика (обычно таким газом служит аргон),используют или органические соединения (метан, пары этанола, парыэфира и др.), или галогены. Самогасящиеся счетчики, содержащиегалоген, называют галогенными счетчиками.При регистрации излучения сопротивление R (рис. 30) выбираютотносительно небольшим (около 1 МОм), чтобы время восстановленияпотенциала нити было меньше или равно периоду собирания положительных ионов на катоде. Инертные газы имеют самые высокие, посравнению с другими веществами, потенциалы ионизации, и поэтомуво время перемещения к катоду все положительные ионы аргона пристолкновениях легко передают свои положительные заряды молеку-*лам добавки, например молекулам этанола, так что атомы инертныхгазов остаются нейтральными.
В результате к катоду подходит лавина,состоящая только из положительно заряженных молекул этанола.Существенно, что молекулы веществ, выбираемых в качестве добавок, расходуют избыточную энергию преимущественно на диссоциацию, а не высвечивают ее в форме электромагнитного излучения. Рекомбинация положительно заряженных ионов этанола на катоде сопровождается распадом нейтральных молекул и образованием газов простого состава (СО, СО2и др.).
К образованию таких же газов приводитпоглощение молекулами этилового спирта квантов электромагнитногоизлучения, так как для разрушения молекул добавки требуется небольшая энергия (значительно меньшая той, которая необходима68для выбивания электронов с катода). Таким образом устраняютсяфакторы, способствующие возникновению непрерывного разряда всчетчике за счет фотоэффекта. В результате разряд в счетчике прекращается, и только после восстановления напряжения на его электродах счетчик вновь готов к регистрации ядерных излучений.Регистрация ионизирующих частиц в самогасящихся счетчикахсопровождается расходованием гасящего вещества, поэтому счетчикис органическими добавками способны зарегистрировать 107—1Q8 имп.В галогенных счетчиках расход гасящего вещества не происходит, таккак образующиеся на катоде свободные атомы галогена рекомбинируют. Ресурс работы галогенных счетчиков значителен и достигает1010 имп.Протяженность плато галогенных счетчиков, как правило, непревышает 100 В.
а наклон плато составляет 0,1—0,5%. Счетныехарактеристики галогенных счетчиков значительно хуже, чем счетчиков с органическими добавками, имеющих протяженность плато до400 В, а наклон плато — до 0,02%. Однако область плато на счетныххарактеристиках галогенных счетчиков лежит в интервале напряжений 350—500 В, в то время как для счетчиков с органическими добавками этот диапазон составляет 1200—1800 В. Обеспечить стабильнуюработу счетчиков при более низких напряжениях технически проще,поэтому галогенные счетчики получили большое распространение.Эффективность к J3- и у-излучению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
