Газоразрядный детектор ионизирующих излучений - счетчик Гейгера-Мюллера (110

где q – заряд, образовавшийся при разряде, С – эквивалентная емкость (рис. 1), υ – скорость распространения разряда вдоль анода СГМ, t0 – постоянная времени для данного СГМ.

Если сопротивление R << Rb – невелико, и процессом дрейфа ионов и

ионной составляющей тока разряда можно пренебречь, то форма импульса принимает вид:

21

Приложение 4

ГАЛОГЕННЫЕ САМОГАСЯЩИЕСЯ СГМ

Для возможности регистрации потока частиц счетчиком с самостоятельным разрядом необходимо, чтобы самостоятельный разряд в нем длился время значительно меньшее, чем средний интервал времени между последовательными поступлениями регистрируемых частиц в его чувствительный объем, поскольку частицы, попавшие в счетчик в течение разряда, не инициализируют разрядов и не могут быть зарегистрированы. Поэтому самостоятельный разряд необходимо прерывать или, как говорят, «гасить». В 1937 г. Тростом было обнаружено явление самопроизвольного гашения разряда путем добавления к рабочему газу многоатомных молекул. Счетчики с самостоятельным гашением разряда (без внешнего управления) называют самогасящимся.

В настоящее время известно несколько способов «быстрого» гашения разряда в СГМ. Наиболее распространенный способ заключается в наполнении счетчика многокомпонентным газом (из двух или трех газов). Часто рабочий газ является двухкомпонентным, состоящим из инертного газа 90– 95 % (например, аргона) и галоидов Cl2 или Br2. Такие СГМ называют галогенными. Молекулы галоидов имеют более низкие потенциалы ионизации, чем атомы инертных газов. Для Cl2 – 13,2 эВ, для Br2 – 12,8 эВ.

Молекулы галоидов:

–поглощают возникающее при разряде ультрафиолетовое излучение;

–при столкновении с ионами инертного газа отдают им электроны (т.е. происходит перезарядка, и вместо ионов инертного газа образуются только ионы галоида);

–возбужденные молекулы галоида диссоциируют без излучения фото-

нов;

–при взаимодействии с катодом ионы галоида не стимулируют с поверхности катода образования в газе свободных электронов. Все эти факторы обусловливают образование вторичных лавин в газе, формирование послеимпульсов и продолжение процесса разряда в СГМ.

Молекулы галоида, диссоциировавшие в процессе разряда, в дальнейшем рекомбинируют, и состав газовой смеси СГМ остается постоянным.

Трехкомпонентный состав газовой смеси позволяет работать с галогенными СГМ при низком рабочем напряжении V~ 300–400 В. Такая газовая смесь состоит из аргона ~0,1 %, галоида~ 0,1 % и 99 % – неона.

Первое возбужденное состояние неона является метастабильным и имеет энергию 16,57 эВ. В небольших энергетических полях происходит накопление возбужденных атомов неона, которые приобретают энергию возбуждения в разряде при взаимодействии с электронами. Возбужденные атомы неона передают затем энергию возбуждения атомам аргона путем

22

соударений второго рода. В результате атомы аргона ионизируются, что ведет к росту числа свободных электронов в разряде. В таких условиях при малых напряжениях и напряженностях электрического поля разряд обусловлен ионизацией, происходящей при столкновениях с возбужденными атомами неона. Именно поэтому такие галогенные счетчики работают при небольшом рабочем напряжении, необходимом для образования атома неона в возбужденном метастабильном состоянии. Процесс возбуждения метастабильного состояния носит резонансный характер. Сечение этого процесса резко возрастает при энергии электронов, близкой к энергии возбуждения.

Увеличение содержания галоида в СГМ ведет к резкому уменьшению числа атомов неона, находящихся в метастабильном состоянии из-за столкновений последних с молекулами галоида. Это обеспечивает гашение разряда. В то же время увеличение содержание аргона препятствует возбуждению метастабильных состояний неона и поэтому ведет к увеличению рабочего напряжения СГМ.

23