Сцинтилляционные детекторы, страница 6

Процесс преобразования энергии поля в возбуждённое состояние благородных газов очень эффективен (более80%).Потоки фотонов, возникающие при снятии возбуждения, пропорциональны числу первичных электронов. Информация об энергии рентгеновских фотонов не искажается, то есть флюктуация числа фотонов, связанных с дрейфующими электронами мала.

Возбуждение атомов благородного газа, например, Хе ведёт к образованию возбуждённого состояния Хе, которое при соударениях приводит к образованию молекулярного  эксимера Хе₂*, который распадается  Хеhν.

Фотоны отвечающие этому процессу лежат в спектральной полосе с пиками 1730Å для Хе (7.3эВ),1470Å для Кr (8.3эВ) и 1280Å для Аr(9.8эВ). Интенсивность линий зависит от чистоты газов и их атомного номера.

Рис.21 Схема газового пропорционального сцинтилляционного детектора.

Сигнал  с такого детектора (рис.21) формируется следующим образом. При фотоэлектрическом поглощении рентгеновского фотона вся его энергия затрачивается на ионизацию атома газа с образованием первичных, вторичных и Оже-электронов, а так же характеристического излучения атомов. Среднее число образовавшихся носителей заряда:

N=E/ω,

где Е -энергия рентгеновского кванта и ω -средняя энергия на создание одной пары носителей заряда.

Электроны  под действием поля дрейфуют из области поглощения в зону электро -люминесценции. При многочисленных столкновениях часть электронов может захватываться электро -отрицательными  примесями. За счёт диффузии размер облака первоначально образованного, постепенно увеличивается. Прошедшие в зону электро люминесценции электроны под действием более сильного поля, создают поток УФ излучения. Излучение проходит через выходное окно,   изготовленное из материала пропускающего УФ -излучение ,и попадает на окно ФЭУ или другого регистрирующего устройства. Часть излучения поглотится в окне , не поглотившееся выбивает из фотокатода электроны, которые умножаются и дают импульсы напряжения на  анодном сопротивлении. Длительность импульса определяется постоянной времени ФЭУ и значительно больше, чем все временные процессы в газовом преобразователе.

Заряд на анодном сопротивлении равен:

Q=eК_эл К_сб К_ф,  где

е- заряд электрона, n_o-среднее число первичных электронов в газовом преобразователе, К_эл – коэффициент потерь за счёт поглощения в газе наполнителе, в выходном окне камеры и входном окне ФЭУ. К_сб – коэффициент сбора фотоэлектронов на диноды, К_ф- коэффициент ,связанный с формировкой сигнала с ФЭУ, Ώ/4π- средний ,относительный телесный угол регистрации фотокатодом ФЭУ потока фотонов электролюминесценции , М- средний коэффициент умножения ФЭУ.

Из анализа статистических процессов преобразования энергии в  таком счётчике дисперсию выходной амплитуды в самом общем виде можно представить суммой дисперсий числа первичных электронов, статистики процесса генерации светового потока, статистики преобразования светового потока в электроны  в регистрирующем тракте и флуктуации шумов усилительного тракта.

Рассмотрим статистику генерации вторичных сцинтилляций. Электрон двигаясь через газ в интервале напряжений V произвёдёт Н возбуждённых состояний со средней затратой энергии U, тогда доля энергии затраченной на возбуждение составит  расчёт выполненный в работе [    ]  показывает, что  в ксеноне при давлении 1 атмосфера один электрон при потенциале ниже порога газового усиления может произвести до 500 возбуждённых состояний ( фотонов).Флюктуация возникающего светопотока составит (σ_Н/Н)² =3,6 10 ^{-5 .} Если сравнить это с флюктуациями газового усиления в пропорциональном счётчике, где f =(σ_Α/A)²=0,5 даже при минимальном газовом усилении, становится понятным ,почему энергетическое разрешение газового сцинтилляционного счётчика может быть почти в 2 раза лучше,  чем в пропорциональном счётчике с газовым усилением.