конструировании галогенных счетчиков особое внимание обращают на выбор материалов. Для корпуса галогенных счетчиков, например, нельзя использовать стекло, алюминий и медь, которые вступают в химическую реакцию с галогенами. Поэтому корпус приходится изготовлять из нержавеющей стали.

Разрешающее время самогасящихся счетчиков значительно меньше, чем несамогасящихся.

Отметим особенности распространения газового разряда по объему счетчика Гейгера–Мюллера. В несамогасящихся счетчиках фотоэлектроны возникают во всем объеме газа. Поэтому газовый разряд охватывает весь объем счетчика за время, сравнимое с временем сбора электронов на аноде. В самогасящихся счетчиках почти все фотоны поглощаются в критической области, так как газнаполнитель характеризуется большим коэффициентом линейного ослабления. Поэтому газовый разряд распространяется только вдоль нити, занимая небольшой объем счетчика.

Амплитуда импульса в самогасящихся счетчиках зависит от доли длины нити, на которую распространяется газовый разряд. Максимальная амплитуда импульса наблюдается в том случае, когда газовый разряд охватывает всю длину нити. Поэтому к состоянию поверхности нити предъявляются жесткие требования. Поверхность нити тщательно полируют, чтобы устранить все неровности. Появление неровностей на поверхности может привести к тому, что газовый разряд начнет охватывать не всю нить и амплитуда импульса уменьшится.

9.6.2Рабочие характеристики

Пороговое напряжение. Пороговое напряжение зависит от природы газа–наполнителя и его давления. С повышением давления газа пробег электронов в газе укорачивается. Вследствие этого электрон получает от электрического поля между двумя столкновениями с молекулами газа меньше энергии. Для увеличения энергии ускоряемых электронов необходимо более высокое напряжение.

Каждый газ имеет определенную энергию ионизации εи. Так, для аргона εи =15,7 эВ, для неона εи =21,5 эВ и т. д. Вторичная ионизация молекул наиболее вероятна при энергиях электрона, превышающих в несколько раз энергию ионизации. При меньших энергиях электрона в большинстве столкновений образуются возбужденные молекулы.

134

Следовательно, чем больше энергия ионизации газа–наполнителя, тем выше пороговое напряжение. Для счетчиков Гейгера–Мюллера, заполненных чистыми газами (аргоном, неоном и др.) или чистыми газами с примесью органических молекул, пороговое напряжение лежит в пределах 800–1300 В, а для галогенных счетчиков оно составляет примерно 600 В.

В галогенных счетчиках, наполненных неоном с малыми примесями аргона (0,1%) и галогена (0,1%), пороговое напряжение снижается до 300 В. Небольшое пороговое напряжение объясняется особенностью газового разряда, протекающего в такой смеси газов.

Среди возбужденных атомов некоторых веществ встречаются метастабильные атомы. Они имеют сравнительно продолжительное время жизни. Если время жизни большинства возбужденных атомов составляет около 10-8с, то у метастабильных атомов возбужденное состояние длится на несколько порядков дольше. У неона первый возбужденный уровень с энергией 16,6 эВ метастабилен.

Если энергия первичных электронов близка к энергии ионизации неона, равной 21,5 эВ, то в счетчике происходит не лавинное размножение электронов, а накопление метастабильных атомов неона. Энергия возбуждения атомов неона (16,6 эВ) больше энергии ионизации атомов аргона (15,7 эВ). При столкновении возбужденный атом неона передает энергию возбуждения атому аргона и ионизирует его. В результате таких столкновений и порождается лавина электронов в газе.

Пороговое напряжение снижается за счет ионизации аргона возбужденными атомами неона. К электродам такого галогенного счетчика подводят низкие напряжения, при которых атомы неона при столкновениях с электронами переводятся в метастабильное состояние.

Счетная характеристика. До порогового напряжения Uп счетчик работает в области ограниченной пропорциональности (рисунок 9.6). Амплитуды импульсов еще зависят от первичной ионизации и отличаются своими значениями. С повышением напряжения амплитуда импульса возрастает и через усилитель пропускается все больше и больше импульсов. При U>Uп каждая регистрируемая частица сопровождается импульсом, амплитуда которого больше порога чувствительности усилителя. Поэтому скорость счета при постоянной интенсивности излучения становится почти неизменной.

135

N, 102 имп/с

8 7 6 5 4 3 2 1 0

8	9	U	10	11	12	13	U	14	15
							k
		n
				2	в
				U, 10

Рисунок 9.6 – Счетная характеристика счетчика Гейгера–Мюллера.

Плато счетчика имеет подъем, вызванный ложными импульсами. В самогасящихся счетчиках небольшая доля фотонов и ионов аргона достигает катода. Они обусловливают некоторую вероятность возникновения послеразряда и ложного импульса. С повышением напряжения вероятность появления ложного импульса увеличивается. В конце плато при U=Uп ложных импульсов становится так много, что скорость счета резко возрастает. В несамогасящихся счетчиках ложные импульсы появляются совершенно по другим причинам. Среди возбужденных атомов газа могут быть и метастабильные. После восстановления свойств счетчика метастабильные атомы испускают фотоны. Они вырывают из катода фотоэлектрон, который и дает ложный импульс.

Качество счетчика Гейгера–Мюллера характеризуется протяженностью плато и его наклоном. Хорошие счетчики имеют плато протяженностью от 100 до 300 В и наклон плато в несколько процентов. Протяженность и наклон плато самогасящихся счетчиков с примесями органических молекул изменяются с течением времени. С уменьшением количества примесных молекул ухудшаются гасящие свойства газа и возрастает вероятность появления ложного импульса. Вследствие этого протяженность плато укорачивается, а его наклон увеличивается.

Наличие плато в счетной характеристике делает счетчик Гейгера– Мюллера очень удобным детектором. Счетная характеристика снимается перед началом измерения. Рабочую точку выбирают посредине плато, чтобы на скорость счета не влияли небольшие колебания напряжения на электродах.

136

Эффективность. Для заряженных частиц эффективность счетчика близка к 100%. Счетчик регистрирует все заряженные частицы, если они появляются в газе с интервалом времени, большим разрешающего времени, и образуют в газе хотя бы одну пару ионов.

При взаимодействии γ-квантов с материалами конструкции счетчика возникают вторичные электроны в процессах фотоэффекта, Комптон–эффекта и эффекта образования пар. Если вторичный электрон проникает в газ-наполнитель и создает в нем хотя бы одну ионную пару, то γ–квант регистрируется счетчиком.

Для γ–квантов эффективность счетчика сравнительно мала и составляет примерно (1–2)%. Такая низкая эффективность счетчика объясняется двумя причинами: во-первых, с материалами конструкции счетчика взаимодействует небольшая часть γ-квантов, во-вторых, не все вторичные электроны выходят в газ–наполнитель, так как часть вторичных электронов поглощают материалы.

Эффективность счетчика к γ–квантам, как и линейный коэффициент поглощения, зависит от энергии γ–квантов. Эта зависимость называется ходом с жесткостью. Она учитывается при измерении счетчиком дозы γ–излучения.

Несамогасящиеся и галогенные счетчики характеризуются длительным сроком службы. Он ограничивается нарушениями в конструкции счетчика. Так, на поверхности нити галогенных счетчиков могут появиться неровности. Они замедляют скорость распространения газового разряда по объему или обрывают его в части объема.

Самогасящиеся счетчики с примесью паров органических веществ содержат 1019–1020 многоатомных молекул. В каждом разряде диссоциирует примерно 1010 таких молекул. Поэтому счетчик регистрирует не более 109–1010 заряженных частиц.

9.6.3 Конструкция и применение счетчиков Гейгера– Мюллера

Цилиндрический счетчик (рисунок 9.6(а)) состоит из цилиндрической трубки–корпуса, по оси которой натянута металлическая нить. Корпус служит катодом, а нить – анодом. Металлическую нить чаще всего выполняют из вольфрама. Поверхность нити полируют, чтобы исключить влияние неровностей на распространение газового разряда вдоль нити.

137

γ

	, β
б)	а)

Рисунок 9.6 – Конструкция цилиндрического (а) и торцового (б) счетчиков Гейгера–Мюллера.

Корпус счетчика изготовляют из различных материалов в зависимости от типа регистрируемого излучения. При регистрации β–частиц корпус выполняют из алюминия, меди и нержавеющей стали. Чтобы β–частицы не поглощались материалом корпуса, его делают тонкостенным. Для увеличения жесткости тонкостенный корпус гофрируют.

Корпус счетчика γ–квантов, в котором образуется большинство вторичных электронов, изготовляют из различных материалов. Так как пробег вторичных электронов связан с энергией γ–квантов, которая заранее неизвестна, то толщину корпуса выбирают близкой к 1 мм. При такой толщине корпуса в газ–наполнитель выходит большинство вторичных электронов, а поток γ-квантов практически постоянен по толщине корпуса. Часто корпус счетчика изготовляют из стекла. На внутреннюю поверхность стеклянного корпуса наносят электропроводящий слой меди, который служит катодом.

Цилиндрические счетчики применяют в дозиметрии для измерения мощности дозы излучения.

Разновидностью цилиндрического счетчика является торцовый счетчик (рисунок 9.6(б)). Его используют в основном для регистрации α- и β–частиц. Один из торцов корпуса закрывают тонкой пленкой из слюды или другого материала. Через пленку в счетчик проникают заряженные частицы. Анодом счетчика служит нить с бусинкой на конце. Корпус торцового счетчика изготовляют

138

из стекла. На внутреннюю поверхность стекла наносят слой меди – катода.

139