Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Обычно пропорциональный счетчик делают в виде цилиндра, вдоль оси которого натягивают тонкую металлическую проволочку — нить. К корпусу счетчика подключают отрицательный, а к нити — положительный полюс источника тока. При таком устройстве электрическое поле сосредоточивается главным образом около нити и максимальное значение напряженности поля получается тем выше, чем меньше радиус нити. Поэтому необходимые для газового усиления большие напряженности полей удается получить при сравнительно небольших разностях потенциалов между корпусом счетчика и нитью.
В электрическую цепь пропорциональный счетчик включается так же, как и ионизационная камера. Электрические импульсы от него имеют такую же форму, как от камеры, только величина их больше. Казалось бы, стоит только приложить до-
76
статочно высокое напряжение, чтобы газовое усиление было побольше, и пропорциональный счетчик даст настолько большие импульсы, что работать с ними можно будет без дальнейшего усиления. Однако это не так. Дело в том, что при больших газовых усилениях счетчик начинает работать нестабильно и пропорциональность между энергией частиц и амплитудой импульсов нарушается. Чтобы избежать появления пробоев и добиться однородности электрического поля, счетчик приходится делать очень тщательно, защищая и полируя его электроды. А представьте себе, легко ли отполировать нить, диаметр которой составляет сотые доли миллиметра! При неоднородном по длине счетчика электрическом поле амплитуда импульса будет зависеть не только от энергии частицы, но и от места ее попадания в счетчик, что, естественно, нежелательно. Поэтому конструкцию пропорционального счетчика часто приходится усложнять, вводя в него дополнительные электроды для выравнивания поля. В результате этих усложнений удается изготовить счетчики с газовым усилением от десятков до сотен, а иногда даже до тысячи раз, но и этого часто оказывается слишком мало, чтобы с получаемыми от них импульсами можно было работать без последующего усиления.
СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА
Посмотрим, что произойдет, если еще больше увеличить напряжение между электродами счетчика. В этом случае при попадании в счетчик заряженной частицы образуется мощная лавина электронов, которая с большой скоростью обрушивается на положительный электрод и выбивает из него несколько фотонов в ультрафиолетовой области спектра. Эти фотоны, попадая на отрицательный электрод, могут вырвать новые электроны, которые в свою очередь устремятся к положительному электроду (нити счетчика), и т. д. В результате в счетчике возникает так называемый самостоятельный разряд, который будет гореть с постоянной силой независимо от того, попадают в счетчик новые частицы или нет. Точно так горит разряд в неоновых трубках световых реклам. Но ведь счетчик - не реклама! Он должен реагировать на каждую попадающую в него частицу, поэтому такой режим работы никому не нужен. Однако, применяя специальные схемы включения или добавляя в атмосферу счетчика некоторые тяжелые газы, можно создать условия, при которых возникающий
77
при попадании в счетчик частицы самостоятельный разряд будет гаснуть через очень короткое время. Таким образом, попадание в счетчик каждой новой частицы будет вызывать появление кратковременного, но довольно сильного тока. Работающий в описанном режиме прибор получил название счетчика Гейгера-Мюллера.
Амплитуда импульса от счетчика Гейгера—Мюллера может достигать нескольких десятков или даже сотен вольт. С такими импульсами можно работать без всякого усиления. Но эта победа была завоевана дорогой ценой. Дело в том, что амплитуда импульса в счетчике Гейгера—Мюллера определяется только свойствами самого счетчика и параметрами электрической цепи и совершенно не зависит ни от вида, ни от энергии первичной частицы. Импульсы от медленного электрона, создавшего всего несколько пар первичных ионов, и от а-частицы, создавшей несколько сотен тысяч ионов, оказываются совершенно одинаковыми. Поэтому счетчики Гейгера—Мюллера можно использовать только для подсчета числа пролетевших частиц, но не для определения их типа и энергии.
ИСКРОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
Высокую напряженность электрического поля можно создать и между плоскими электродами, приложив к ним достаточно высокую разность потенциалов. При этом получится детектор излучения с новыми и в некоторой степени неожиданными свойствами.
Если в пространстве между электродами такого детектора пролетит заряженная частица, то возникшие вдоль ее пути ионы начнут ускоряться электрическим полем и ионизовать атомы находящегося в камере газа. Новые ионы тоже включаются в процесс ионизации, в результате чего число ионов в газе, лавинообразно нарастает. При этом вследствие высокой плотности ионов и возбуждаемых атомов большое значение приобретают фотоны, которые тоже могут вызывать ионизацию нейтральных атомов (так называемая фотоионизация) и тем самым еще больше увеличивать общее число заряженных частиц. В результате в обоих направлениях от места пролета первичной частицы начинают быстро распространяться два плотных шнура из смеси положительно и отрицательно заряженных частиц. Такую смесь заряженных частиц называют плазмой, а плазменные шнуры — стримерами. За очень короткое время
