Счетчики и интегральные приборы.

1. Счетчик Гейгера-Мюллера..

Это устройство позволяет считать число частиц, попадающих в устройство.

Принцип его действия основан на ионизации газа под действием различных видов ионизирующего излучения.

Счетчик представляет собой геометрически запаянную стеклянную трубку, к внутренним стенкам которой прилегает катод – тонкий металлический цилиндр; анодом служит тонкая проволока, натянутая по центрально оси счетчика. Рабочее напряжение составляет сотни вольт.

ФФ

схема счетчика Гейгера-Мюллера.

Счетчик включается в регистрационную схему. На корпус подается отрицательный потенциал, на нить - положительный. Последовательно счетчику включается резистор с сопротивлением несколько мегом. С резистора через разделительный конденсатор с емкостью несколько тысяч микрофарад сигнал подается на вход пересчетной схемы.. Внутри трубки находится смесь газов под атмосферным или пониженным давлением.. Газ является хорошим диэлектриком и при отсутствие ионизирующих частиц, тока во внешней цепи нет.

Если в счетчик попала хотя бы одна ионизирующая частица, то она создает одну паров ионов (один положительный ион и один электрон) Положительный ион и электрон движутся в поле с одинаковой напряженностью, но длина свободного пробега электрона много больше длины свободного пробега положительного иона, поэтому электрон является более эффективным ионизатором. Под действием электрического поля кинетическая энергия электронов возрастает и становится больше энергии ионизации атомов газовой смеси, поэтому при взаимодействии образовавшегося электрона с атомами образуются новые ионы и электроны. Происходит ударная ионизация газа. При ударной ионизации и высокой напряженности электрического поля в газе создается ионная лавина.

Вторичные электроны, возникающие за счет ударной ионизации, также разгоняются полем и в свою очередь ионизируют встречные атомы и молекулы. В результате такой цепной реакции даже небольшое число электронов, возникающее в результате внешней ионизации, резко увеличивает электропроводность газа, вследствие чего по резистору течет ток и на его концах возникает импульс напряжения, который через конденсатор поступает на вход пересчетного устройства.

Высокий потенциал, который первоначально находился на аноде, переключается на резистор, напряженность электрического поля внутри счетчика убывает, вследствие чего уменьшается кинетическая энергия электронов, что приводит прекращению режима газового усиления.

U_R

Для усиления гашения самостоятельного разряда используют внутреннее гашение, для этого в смесь газа добавляют пары многоатомного газа, например пары этилового спирта или используют специальные радиосхемы.

ХАРАКТЕРИСТИКИ СЧЕТЧИКА.

Время образования и гашения импульса в счетчике, в течение которого она не регистрирует вновь попадающие в нее частицы, называют мертвым временем счетчика. При внешнем гашении оно порядка 10^-2 с, для самогасящихся трубок 10^-3-10^-4с

Минимальное время, которое должно разделять следующие друг за другом частицы, чтобы они были сосчитаны как две, называют разрешающее время.

Число импульсов, которое может зарегистрировать счетчик в единицу времени, называют максимальной скоростью или разрешающей способностью счетчика.

Оно составляет 100имп./с при внешнем гашении и 10³-10⁴ имп./с для самогасящихся трубок.

2. Сцинтилляционный счетчик.

При попадании a-частиц на флуоресцирующие вещества они вызывают слабые световые вспышки – так называемые сцинцилляции. Было установлено, что каждая попавшая на такое вещество a-частица вызывает одну вспышку и это может быть использовано для счета a-частиц. Однако непосредственный подсчет глазом числа вспышек утомителен и труден.

В конце сороковых годов были построены сцинтилляционные счетчики частиц. Такой счетчик состоит из флуоресцирующего вещества. В качестве люминофоров используются кристаллы: йодистый натрий или калий, нафталин, антрацен и другие. Применяются также жидкие люминофоры, например, раствор трифенила в ксилоле. Частицы, обладающие достаточно большой энергией попадая в вещество, вызывают сцинтцилляционные вспышки. Каждая вспышка действует на фотокатод электронного умножителя и выбивает из него электроны. Электроны, проходя через n каскадов умножителя, дают на выходе импульс тока, который затем подается на вход усилителя. Усиленный электрический импульс подается на регистрирующее устройство (осциллограф или электромеханический счетчик импульсов). С помощью осциллографа можно определить интенсивность отдельных импульсов. Эта интенсивность пропорциональна энергии отдельной сосчитанной частицы. Таким образом, определяют не только число частиц, но и распределение их по энергиям.

Светопровод

электронный

пучок частиц умножитель

Для того чтобы большая часть света, возникающая в результате вспышки, доходила до фотокатода, между веществом и фотоэлектронным умножителем устанавливают светопровод. Светопровод представляет собой цилиндрический стержень из органического стекла люцита, внутри которого свет проходит, испытывая полное внутреннее отражение.

Сводная таблица детекторов.

Виды детекторов	Рабочее вещество	Первичное действие частиц	Вторичный эффект	Регистрация
Камера Вильсона	Переохлажденный пар	Ионизация молекул пара	Конденсация пара на пути движения частиц–образование на ионах капелек жидкости	Визуальная, фотография
Пузырьковая камера	Перегретая жидкость	Ионизация молекул жидкости	Закипание жидкости вдоль траектории движения частиц – ионы являются центрами интенсивного парообразования	Визуальная, фотография
Толстослойные фотоэмульсии	Фотографический слой толщиной 0,5-1мм или стопа пластинок	Химическое действие на бромы серебра	Почернение фотографического слоя	Фотография.
Счетчик Гейгера-Мюллера	Смесь газов в ионизационной камере высокого напряжения	Ударная ионизация	Ионная лавина	Звуковая, Осциллограф, счетчик частиц.
Сцинтилляционные счетчики	люминофоры	флуоресценция	Свечение в видимом диапазоне	Фотография, Счетчик частиц

Литература.

Б.М. Яворский, А.А. Пинский Основы физики М.1974

А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. Медицинская и биологическая физика.

Трековые или следовые детекторы позволяют наблюдать визуально следы (треки) проходящих частиц. К ним относится: камера Вильсона, пузырьковая камера, ядерные фотоэмульсии, искровые камеры.

Общий принцип регистрации основан на том, что ускоренные заряженные частицы, попадая в рабочее вещество, ионизируют его по ходу движения. В результате ионизации вещества возникают вторичные эффекты, которые можно наблюдать и по ним оценивать наличие частиц, их энергию, среднюю длину пробега и т.д.

М. Дрофа, 2003