Вольтамперная характеристика газового детектора ионизирующего излучения.

 

Вольтамперная характеристика конденсатора выражает зависимость силы ионизационного тока от приложенного напряжения (рис. 2).

Рис.2. Вольтамперная характеристика газового детектора.

 

Кривую вольтамперной характеристики можно условно разделить на пять областей, каждая из которых характеризует тот или иной процесс, происходящий в газовом конденсаторе.

Первый участок (интервал от 0 до U,) характеризует прямопропорциональную зависимость силы тока от напряжения (область, соответст­вующая закону Ома).

Начиная с некоторого потенциала U₁, дальнейшее увеличение напря­жения, вплоть до U₂, не приводит к возрастанию ионизационного тока. Это обусловлено тем, что при данных напряжениях рекомбинация отсутствует и все ионы, образованные излучением, доходят до обкладок конденсатора. Поскольку заряд каждого иона равен е (заряду электрона), то ионизацион­ный ток i равен n₀ ^. е.

Область напряжений, в которой сила ионизационного тока оста­ется постоянной, называется областью насыщения, а сила ионизаци­онного тока - током насыщения.

 

При напряжении больше U₂ электроны ускоряются до такой кинети­ческой энергии, которая оказывается достаточной для ионизации при столкновении с нейтральными атомами и молекулами.

Эту ионизацию в отличие от первичной называют вторичной иониза­цией. Электроны вторичной ионизации вместе с электронами первичной в последующих столкновениях ионизируют другие молекулы, в результате чего происходит увеличение зарядов,

В этой области напряжения существует строгая пропорциональная за­висимость между числом пар ионов (n₀), образованных в 1 с под действием первичного излучения, и общим числом пар ионов, образованных в 1 с в газовом объеме:

n = К * n_о,

где К - коэффициент газового усиления, показывающий, во сколько раз общее число пар ионов, образованных в объеме конденсатора, больше, чем число пар ионов, обусловленных первичным излучением. Значение коэффи­циента К колеблется от 1 (участок U = U₂)до 10²-10⁴(участок U = U₃),

Этот участок вольтамперной характеристики газового конденса­тора называют областью газового усиления.

 

Данный участок условно разделяют на зону прямой пропорциональ­ности напряжения (U₂ – U₃) и ограниченной пропорциональности (U₃ – U₄).

Если напряжение между электродами станет больше U₄, то достаточ­но образования одной пары ионов в газовом промежутке, чтобы между электродами возник ток, причем его сила не зависит от первоначальной ионизации.

Участок напряжения U₄ - U₅ называют областью Гейгера.

 

При напряжении больше U₅ в газе начинает поддерживаться самостоятельный разряд, возникающий без наличия ионизирующего излучения

В детекторе. Данный участок напряжения называют областью ударной ионизации.

 

Следует подчеркнуть, что ионизационный ток может быть различным при облучениях одной и той же дозой излучения с разными энергетическими спектрами.

Динамика изменения силы ионизационного тока» зависящая от энергии излучения, называется "ходом с жесткостью".

Под "жесткостью" здесь понимается энергия изучения - чем больше энергия фотонов, тем на большую глубину они проникают, т.е. тем жестче и, если представить излучение в виде иглы, тем на большей глубине станет "мягче" и согнется ее острие. Чем больше малоэнергичных "мягких" фотонов, тем труднее их измерить и тем значительнее может быт погрешность, если не учитывать этого эффекта.

 

Сцинтилляционный метод.

Сущность сцинтилляционного метода измерения ионизирующего излучения состоит в том, что некоторые неорганические и органические вещества (сернистый, цинк, йодистый натрий, вольфрамат каль­ция, кристаллические антрацен, стильбен, нафталин и др.) светится при воздействии на них ионизирующих излучений.

Возникновение свечения является следствием возбуждения атомов под действием излучений: при возращении в основное состояние атомы испускают фотоны видимого света различной яркости (сцинтилляции). Данные фотоны улавли­ваются фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), в котором энергия световых вспышек через посредство фотоэффекта преобразуется в импульсы! электрического тока (рис. 3).

Рис. 3. Принцип работы сцинтилляционного детектора.

1 - сцинтиллятор; 4 - анод;

2 - фотокатод; 5 - делитель;

3 - диноды системы умножения; R - сопротивление анодной нагрузки.

 

Процессы, протекающие в детекторе, можно условно разделить на пять промежуточных стадий:

1) поглощение энергии частицы в сцинтилляторе;

2) возбуждение атомов и молекул сцинтиллятора за счет поглощенной в нем энергии частицы и испускание квантов видимого света - фотонов;

3) бомбардировка катода ФЭУ фотонами, испускаемыми сцинтиллятором;

4) поглощение фотонов в катоде и испускание им фотоэлектронов;

5) умножение электронов системой диодов ФЭУ и сбор электронов на аноде.

Заряженные частицы, попадая в сцинтиллятор 1, расходуют свою энергию на возбуждение и ионизацию атомов или молекул сцинтиллятора, причем часть этой энергии излучается в виде фотонов видимого света, испускаемых во всех направлениях. Фотоны, попадая сквозь прозрачное окно на фотокатод 2, выбивают из него в результате фотоэлектрического эффекта фотоэлектроны, которые ускоряются и фокусируются электриче­ским полем между первым динодом системы умножения 3 и фотокатодом и направляются на первый динод. Диноды ФЭУ изготовляют из вещества с малой работой выхода электрона, они способны при бомбардировке их электронами испускать вторичные электроны в количестве, превышающем число первичных в несколько раз. Эти ускоренные фотоэлектроны выби­вают из первого динода вторичные электроны, которые в свою очередь ускоряются электрическим полем между вторым и первым динодами и направляются на второй динод, также являющийся эмиттером вторичных электронов. Аналогичный процесс умножения электронов повторяется и на последующих динодах. В результате многократного умножения число электронов, собираемых на аноде 4, может на несколько порядков превы­шать первоначальное число фотоэлектронов, образованных в результате фотоэффекта на фотокатоде ФЭУ. Собираемые на аноде ФЭУ электроны создают импульс напряжения на сопротивлении анодной нагрузки R, кото­рый регистрируется электронной схемой. Ускоряющееся поле между элек­тронами ФЭУ создается с помощью делителя 5, подключенного к источни­ку высокого напряжения U. Каждый последующий электрод имеет более высокий потенциал, чем предыдущий.

Для исключения влияния внешней подсветки вся система помешается в светонепроницаемый корпус.

В настоящее время благодаря ряду преимуществ по сравнению с дру­гими детекторами, сцинтилляционные нашли широкое применение для регистрации ионизирующих излучений. К числу этих преимуществ отно­сятся:

I) универсальность с точки зрения возможности регистрации ионизирующих излучений практически любых видов;

2) возможности измерения энергии исследуемых частиц или квантов;

3) высокая разрешающая способность;

4) высокая эффективность регистрации гамма-излучения (несколько десятков процентов).

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: