РЕФЕРАТ
" Лічильник Гейгера - Мюллера "
2009
Принципдії
а)Лічильник та схема включення. Лічильник Гейгера-Мюллера,поряд зі сцинтиляційним лічильником, в більшості випадків застосовується длярахунки іонізующих частинок і перш за все в-частинокі вторинних електронів, що виникають під дією г-променів. Цей лічильник складається зазвичай зциліндричного катода, всередині якого вздовж його геометричної осі натягнутана ізоляторах тонкий дріт, що служить анодом. Тиск газу усередині трубкизазвичай становить величину порядку 1 Z 10 атм.
Принциповасхема включення лічильника дана на рис. До лічильнику підводять напругу U, яке для найбільшвживаних лічильників досягає 1000 в; послідовноз лічильником включається опір R.Падіння напруги, яка викликає R припроходженні струму через лічильник, можна визначити відповідним вимірювальнимпристроєм. Для цієї мети найчастіше служить підсилювач, для простих дослідівможна також використовувати струнний електрометрії. Позначена пунктиром ємність Сявляє собою сумарну ємність ланцюга, включенупаралельно опору R.Необхідно звертати увагу на те, щоб на циліндрі завждибуло негативне напруга, так як при неправильному включенні полюсівлічильник можна привести в непридатність.
б)Механізм розряду. Дія описаної схеми істотнозалежить від величини напруги U.При дуже низьких напругах іони, які утворюються в газі міжкатодом і анодом під дією заряджених частинок, рухаються до електродів такповільно, що частина їх встигає рекомбіні-ровать раніше, ніж досягаєелектрода. Але при напрузі більш високому, ніж напруга струму насичення U5, всі іони досягають алектродов, і, якщопостійна часу ланцюга набагато більше часу збирання іонів, то, завдякиопору R,виникає імпульс напруги, що дорівнює AU == Пе/С, який спадає з часом, як
.У цій області тягнеться від U $до напруги U pt ,лічильник діє, як звичайна іонізаційна камера.
Принапрузі U pi напруженість поля в безпосереднійблизькості від анода стає настільки великою, і "кількість первинних іонів,утворених іонізуючими частками, збільшується внаслідок ударноїіонізації. Замість з первинних електронів на анод приходить пАелектронів. Коефіцієнт газового посилення А,збільшується з зростанням напруги, вВ«Пропорційної областіВ» між U Pl і Up 1 незалежить від первинної іонізації; тому числа імпульсів напруги, яківиникають, наприклад, на опорі Л під дією сильно іонізуючої б-частинки і однієї швидкої в-частинки, будуть ставитися між собою,як первинні іонізації тих і інших частинок. При напрузі U СЯ посилення A = i,а на верхній межі цієї області може досягати значення1000 і більше. При напрузі вище U р , посиленняА більш не залежить відпервинної іонізації, так що імпульси, що виникають від слабо і сильноіонізуючих частинок, все більше вирівнюються. При Ug l - порогова напруга,В«Плато лічильникаВ» або В«область ГейгераВ» - все імпульси мають практичнооднакову величину незалежно від первинної іонізації. При напругах більшвисоких, ніж не дуже чітко визначається напруга Ug 2 ,з'являється велика кількість помилкових імпульсів, які вВрешті-решт переходять на суцільний розряд.
Принципова схема включення лічильника
Амплітудна характеристика лічильника в залежності віднапруги
Описанінижче лічильники працюють в області Гейгера між Ug 1 іUg 2 .
Дужескладний процес розряду в області плато можна описати приблизно такимчином. Електрони, що виникають в процесі первинної іонізації, створюють густехмара іонів в безпосередній близькості від анода в результаті спільногодії ударної іонізації і фотоіонізації квантами ультрафіолетового світла.Внаслідок великої швидкості руху з'явилися в цій хмарі вільніелектрони за дуже короткий час потрапляють на анод, в той час як при величинікоефіцієнта газового посилення 1000 повільніші позитивні іопи щенезначно віддаляються від місць свого виникнення. Так як безпосередньонавколо дроту виникає позитивний просторовий заряд, тонапруженість поля там протягом 10 ~ 6 секабо менше зменшується настільки, що ударна іонізаціястає неможливою, і електронна лавина негайно обривається. Однак вПротягом IO -4 секпозитивні іони переміщуються до катода і зазвичай принейтралізації утворюють там вторинні електрони. Ці фотоелектрони рухаються доаноду і там викликають нову лавину; в результаті можуть з'являтися запізнілірозряди або виникати коливний коронний розряд. Поява іонів знегативними зарядами або метастабільних станів атома може також бутипричиною таких перешкод. Вважається, що лічильник заряджених частинок відповідає своємупризначенням тільки в тому випадку, якщо вдається придушити ці послеразряди. Дляостаннього необхідно або на достатньо тривалий час знижувати напругу палічильнику після розряду, або підбирати підходящі гази для наповнення лічильника.
в)Гасіння розряду. Напруга на лічильнику знижується прикожному його спрацьовуванні на величину
Якщоопір витоку Л достатньовелике, то еаряд, рівний Пае, стікаєтак повільно, що напруга знову досягає порогового значення, необхідногодля спрацьовування лічильника, тільки після того, як зникнуть всі позитивнііони; тільки після цього мертвого часу лічильник знову може вважатися готовимдо рахунку наступної частки. З дослідів відомо, що, наприклад,
улічильників з повітряним наповненням необхідно мати опір Д> 10 9 ом, так що падіннянапруги AU досягається при паразитної ємності порядку10 11 ц з постійною часу НД>> 0,01 сек.Таким чином, це пристрій придатний для вимірювань тількипри відносно незначних частотах частинок. Значно більш короткиймертвий час може бути досягнуто за допомогою гасять схем, які при кожномузлічити імпульсі виробляють імпульс напруги, що подається назад на лічильникі знижує на короткий час напруги на ньому.
самогаситьсялічильники, які "дають розрядні імпульси тривалістю лише вкілька десятитисячне секунди, отримують,наповнюючи лічильники багатоатомним газом, наприклад метаном, або додаючи такий газдо благородної газу, якщо останній вводиться в лічильник. Ці гази, очевидно,отримують енергію іонів, що створюють перешкоди, або метастабільних атомівблагородного газу при дисоціації; тому практично не з'являється новихелектронів і не виникає заважають послеразрядов. Так як гасящий газпоступово розкладається головним чином внаслідок дисоціації, то такі рахунковітрубки стають непридатними після IO 7 -IO 9 розрядів.
г)Характеристика лічильника. Для перевірки якостілічильника знаходять кількість N імпульсів напруги, що виникають наопорі R при постійному опроміненні лічильника вЗалежно від напруги на лічильнику U.У результаті отримують характеристику лічильника у вигляді кривої,показаної на рис. Напруга U ',при якому починають спостерігатися перші імпульси, залежить відпорогового напруги застосовуваного вимірювального приладу, яке вбільшості випадків становить кілька десятих часток вольта. Як тількивисота імпульсу перевищить граничне значення, він буде порахувати, і приподальшому збільшенні напруги N повинно залишатися постійним приподальшому збільшенні напруги до кінця області Гейгера. Це, звичайно,ідеально не виконується; навпаки, в результаті появи окремих помилковихрозрядів плато має більш-менш виражений плавний підйом. У лічильниках,працюють в області пропорційності, можна отримати практичногоризонтальне плато характеристики.
Дохорошим лічильникам пред'являються наступні вимоги: плато має бутиможливо більш довгим і рівним, тобто, якщо область між Ug, і Ug 2 повиннабути дорівнює мінімум 100 в, то збільшення числа імпульсів повинна становити небільше декількох відсотків на кожні 100 в напруги;характеристика повинна бути протягом тривалого часу незмінною і ...
