Фундаментальная радиохимия

Рассмотрим в самых основных чертах механизм газового разряда в счетчиках этого типа, В результате первичной ионизации газа, находящегося в счетчике, образуется некоторое количество электронов и положительно заряженных катионов. Как уже упоминалось выше, для фиксации этого события размеры первичной ионизации не имеют значения: вполне достаточно появления одного электрона, покинувшего атом вследствие любого эффекта (механизм взаимодействия ионизирующего излучения с веществом рассмотрен в предыдущем разделе). Электроны обладают большей подвижностью, чем катионы газа, и, более того, – при движении к аноду (нити, натянутой вдоль центральной оси счетчика), эти электроны первичной ионизации, приобретая энергию за счет электростатического поля, сами начинают ионизировать и возбуждать молекулы газа. При этом вновь образуются электроны (но уже в акте вторичной ионизации), которые, в свою очередь, будут ионизировать газ, в результате чего по направлению к нити возникнет лавина ускоренно движущихся электронов. Вторая лавина разряда распространяется вдоль нити за счет образования новых лавин, которые создаются электронами фотоэффекта (так называемыми "фотоэлектронами"). Эта дополнительная ионизация вызывается фотонами коротковолнового излучения (ультрафиолетовая область), испускаемого возбужденными молекулами. Фотоны взаимодействуют с материалом катода и вновь с молекулами газа-наполнителя, что по механизму фотоэффекта увеличивает поток разряжающихся, электронов.

Через время порядка 10–⁷ с практически весь объем счетчика охватывается разрядом, который называют коронным или самостоятельным. Когда электроны, образованные последовательными лавинами, соберутся на нити, то с внешней стороны этот "электронный рулет", окружающий нить, все еще будет заключен в "чехол" из катионов, которые вследствие низкой подвижности не успели отойти к катоду. Катионный чехол снижает напряженность электрического поля вблизи нити, а собравшиеся на аноде электроны снижают и величину ее потенциала, так как емкость нити мала, скорость восстановления потенциала относительно велика и зависит от RC, поэтому прекращается дальнёйшая ударная ионизация и затухает активная стадия разряда. Началом следующего этапа разряда будет относительно медленное расширение чехла катионов и заметное движение их в сторону катода. В цепи возникает ток: снижается потенциал нити и формируется импульс в цепи счётчика. В это время восстанавливается напряженность поля вблизи нити, а положительные ионы, разряжаясь на катоде, вызывают новую эмиссию фотоэлектронов, которые могут породить новую лавинную вспышку разряда. Но уже этот разряд, который может возникнуть после формирования импульса, является "паразитным", – он не несет никакой новой информации о первичной ионизации газа частицей или фотоном и грозит перерасти в нескончаемый самоподдерживающийся процесс. Если его не оборвать, то детектор просто "не заметит" очередную ионизирующую частицу. Поэтому должны быть приняты специальные меры для гашения разряда, после того, как он зафиксировал прохождение ионизирующей частицы. Это достигается двумя способами. По одному из них (сейчас редко применяющемуся) в цепь включается высокоомное сопротивление (10⁹ Ом), на котором происходит падение напряжения, а возникающее вследствие этого снижение потенциала нити счетчика и приводит к гашению разряда. Такие счетчики называются несамогасящимися.

Другой путь гашения предусмотрен в самогасящихся счетчиках. Гашение здесь достигается благодаря наполнению баллона детектора "гасящей" смесью, которая обычно представляет собой смесь аргона с парами спирта или какого-либо многоатомного газа (этана, этилена и др.). Газ в счетчике, тем не менее, находится под разряжением (общее давление 133 гПа). При соударении ионов аргона с нейтральной многоатомной молекулой обычно происходит электронный переход от неё к катиону аргона, так как этот процесс энергетически выгоден. Эти переходы сопровождаются высвечиванием фотонов с энергией несколько электрон-вольт, которые снова с большой вероятностью поглощаются парами органической добавки. Катода достигают почти исключительно ионы многоатомного соединения, которые, разряжаясь на нем (т.е. присоединяя к себе "вырванный" из фотокатода электрон), превращаются в нейтральные, хотя и возбужденные молекулы. Эти молекулы с большей вероятностью распадаются (необратимо диссоцируют), чем высвечивают фотоны. Следовательно, разряд обрывается. Таким образом, многоатомный газ выполняет две функции: во-первых, он не позволяет фотонам достичь катода и вызвать тaм фотоэффект, который мог бы породить новую "паразитную" лавину; во-вторых, его катионы, преимущественно разряжаясь на катоде, резко снижают вероятность выбивания из катода вторичных электронов катионами аргона, ибо ионы гасящего газа в отличие от ионов аргона не вырывают с поверхности катода свободные электроны.