Фундаментальная радиохимия

Как видно из сравнения рис. 1.14 с рис. 1.16, изменения силы тока и амплитуды импульса от напряжения описываются аналогичными кривыми. Это одна и та же зависимость, только рис.16 дает более детальную и правильную картину физического процесса и возможность оценить k_гу. В частности, при напряжении U₀U₁ амплитуда импульса остается постоянной (рис. 16), что соответствует области плато ВС на рис. 1.14 (режим работы ионизационной камеры). Рис. 1.14 использовался для анализа работы токового детектора. Применительно к импульсным детекторам – счетчикам лучше говорить не о силе протекающего через них тока, а об амплитуде импульсов, и поэтому для анализа работы счетчиков следует обратиться к рис. 1.16.

Рассмотрим область газового усиления, соответствующую напряжениям U₁U₄

Рис.1.16. Зависимость амплитуды импульса от напряжения

В ней можно выделить три характерных участка. На участке U₁U₂ газовое усиление обусловлено только процессами ударной ионизации. Увеличение амплитуды импульса на этом участке напряжений за счет газового усиления строго пропорционально числу актов первичной ионизации. Другими словами, здесь k_гу зависит только от напряжения и не зависит от начальной ионизации – именно поэтому амплитуда и будет пропорциональна первичной ионизации. Это означает, в частности, что в любой точке на участке U₁U₂ отношение амплитуд импульсов, вызванных двумя различными ядерными частицами, зависит только от соотношения между энергиями, израсходованными этими частицами внутри детектора. Счетчик, работающий в области напряжений U₁U₂, называют пропорциональным, а саму область напряжений U₁U₂ – областью пропорциональности. На участке напряжений U₂U₃ амплитуда импульса продолжает увеличиваться. Хотя она по-прежнему зависит от числа актов первичной ионизации, но прямая пропорциональность нарушается т. к. k_гу начинает зависеть от первичной ионизации. Участок напряжений U₂U₃ называют областью ограниченной пропорциональности.

При росте напряжения выше U₃ газовое усиление обусловлено не только ударной ионизацией, но и, во все возрастающей степени, процессами фотоэффекта. Амплитуда импульса в данной области напряжений перестает зависеть от числа первично образующихся ионов и, следовательно, от энергии регистрируемых частиц. Например, один акт первичной ионизации может вызвать в этой области такой же импульс, как и 1000 первичных актов. Это связано с возникновением разряда во всем объеме счетчика, а число носителей заряда максимально при разных значения k_гу, который зависит от начальной ионизации. Область напряжений U₃U₄ – называют областью Гейгера, а счетчики, работающие при таких напряжениях, – по имени их создателей счетчиками Гейгера – Мюллера. Независимость амплитуды импульса от энергии ионизирующей частицы делает счетчики Гейгера – Мюллера особенно удобными для регистрации -частиц, обладающих непрерывным спектром энергий.

Счетчик обычно представляет собой металлический цилиндр, играющий роль катода, по оси которого натянута металлическая нить – анод. Радиусы катода и анода сильно различаются между собой – первый составляет, как правило, 1–2 см, второй – несколько сотых миллиметра. Напряженность электрического поля вблизи нити на 2–3 порядка выше, чем около стенок цилиндра, и поэтому становится возможным подобрать такие напряжения, при которых область газового усиления охватывает только ближайшее к нити пространство. С ростом напряжения на электродах счетчика область газового усиления постепенно расширяется от нити к катоду, поэтому амплитуда импульса увеличивается с ростом напряжения на детекторе.