Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
M « (Z0Iln (r.2/ri)/(2ne/l): (5.75)
Если это условие не выполняется, то коэффициент газового усиления будет падать с ростом энергии частиц и, кроме того, будет различным для частиц с разной ориентацией относительно центрального электрода. Действительно, наибольшая плотность ионов имеет место при радиальном движении частицы. В этом случае область, в которой происходит газовое усиление I, будет порядка нескольких длин свободного пробега электронов. Наименьшая плотность ионов будет при движении заряженной частицы параллельно оси счетчика. При этом / приблизительно равно длине пробега заряженной частицы в газе счетчика. Работа при больших M возможна при малых давлениях газа в счетчиках, так как при уменьшении давления падает пороговое напряжение Uw и, кроме того, уменьшается величина ne.'l при прочих равных условиях.
Если счетчик наполнен газом, для которого нельзя пренебречь эффектом образования электроотрицательных ионов, то амплитуда импульса заметно зависит от места первичной ионизации даже при RC, близких к времени движения ионов от анода к катоду. Это связано с тем, что число электроотрицательных ионов пропорционально коэффициенту прилипания, который зависит от Е/р, и числу соударений электронов с атомами. Поэтому число электроотрицательных ионов сложным образом будет зависеть от места первичной ионизации. И дело здесь не только в том, что возможна рекомбинация отрицательных ионов с положительными. Более существенным обстоятельством является то, что электроотрицательные ионы
148 из-за значительной массы не производят вторичной ионизации. Так, для счетчиков, наполненных BF3 при высоких давлениях (~760 мм рт. ст.), коэффициент прилипания убывает с ростом E/р. Поэтому при первичной ионизации вблизи нити амплитуда оказывается в 5—10 раз больше амплитуды импульса при первичной ионизации вблизи катода.
Чтобы изготовить счетчики с хорошим амплитудным разрешением, необходима тщательная очистка газа от примесей, имеющих большие коэффициенты прилипания. В случае же наполнения газами типа BF3 нужны меньшие давления, что, во-первых, уменьшает вероятность прилипания и, во-вторых, позволяет изготовить счетчик с меньшими градиентами электрического поля.
На энергетическое разрешение счетчиков влияет неравномерность поля, связанная с креплением нити. Оказывается, что даже малый эксцентриситет нити приводит к значительным изменениям коэффициента газового усиления. Росси и Штауб рассмотрели влияние малого эксцентриситета нити и нашли, что при
ЛЕ/Е ^ ArlMr21, (5.76
где А — эксцентриситет нити (смещение нити от осевой линии счетчика); ДЕ/Е — относительное изменение напряженности поля вблизи нити. Из этого выражения и зависимости коэффициента газового усиления от E можно найти разброс коэффициента газового усиления. Например, для счетчика диаметром 25 мм с нитью диаметром 0,25 мм и эксцентриситетом 0,25 мм АЕ/Е = 8-10~4, а это при наполнении водородом до давления 550 мм рт. ст. (усиление равно 100) приводит к разбросу Ж около 1%.
Можно указать еще одну причину ухудшения энергетического разрешения счетчиков — непостоянство диаметра нити. Неравномерность диаметра нити особенно сказывается на работе счетчиков с очень тонкой нитью.
Флуктуации коэффициента газового усиления можно характеризовать среднеквадратическим отклонением:
Miqж = (1 /Vn) VF— 1 /ж. (5.77)
При больших значениях Ж среднеквадратическое отклонение такое же. как и для числа пар ионов, образуемых при ионизации. В идеально изготовленном счетчике относительная величина дисперсии при измерениях энергии частиц не может быть меньше, чем
(AE/Ef- [2/л — \/(Жп)]. (5.78)
В пропорциональных счетчиках при тщательном изготовлении достигают энергетического разрешения порядка 3% при энергиях заряженных частиц около 1 Мэв.
149 § 5.4. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИОНИЗАЦИОННЫХ КАМЕР И ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫХ СЧЕТЧИКОВ
Камеры деления. Ионизационные камеры, на один из электродов которых нанесен слой делящегося материала, называют камерами деления. Большая энергия осколков деления позволяет уверенно дискриминировать акты деления от других реакций, в которых образуются заряженные частицы. Камеры деления нашли широкое применение для относительных и абсолютных измерений нейтронных потоков, для измерений сечений делений ядер, для изучения свойств осколков деления и т. д. Толщину слоя делящегося материала выбирают равной или меньшей значения величины пробегов осколков деления в делящемся материале.
Делящиеся материалы не стабильны относительно а-распада. Хотя энергия а-частиц много меньше энергйи осколков деления, из-за наложения импульсов от а-частиц во времени могут образовываться импульсы, сравнимые с импульсами от осколков деления. Оценим вероятность наложения импульсов, полагая, что они имеют прямоугольную форму длительностью т. Пусть в камере в 1 сек возникает N а-частиц, тогда число отсчетов в 1 сек будет N = = N1(1 + Ni). Вероятность того, что при регистрации одной а-частицы в камере в интервале т появится еще (k — 1) частица, т. е. получится fe-кратное наложение импульсов, есть р (k — 1) = = (Ni)*-1 ехр (—Nx)/(k — 1)! (см. гл. 1). Следовательно, частота появления импульсов с ^-кратным наложением
