Ионизационные детекторы

Раздел 2. Ионизационные детекторы,

Если излучение с достаточно высокой энергией  проходит через газ, то  оно может поглощаться  атомами, в результате появляются свободные электронно-ионные пары. В этом случае говорят о первичной ионизации. При фотоэлектрическом поглощении вся энергия кванта затрачивается на вырывание одного из внутренних электронов атома, в результате этого электрон покидает атом с кинетической энергией равной:

E_кин = hν - J (K,L,M... ),

где hν-энергия кванта, J(K,L,M...)-энергия ионизации одной из  атомных оболочек. Фотоэлектрическое поглощение может идти на любой оболочке.

Угловое распределение вторичных электронов зависит от угла φ к направлению движения кванта и от скорости фотоэлектрона. Электроны малых энергий вылетают в направлении поляризации рентгеновского кванта, т.е. перпендикулярно направлению движения кванта. Вероятность фотоэлектрического поглощения растёт с ростом атомного номера элемента Z, как Z⁵ .Атом из возбуждённого состояния переходит в наименее возбуждённое состояние через 10^-16 –10^-13  сек. Этот процесс сопровождается испусканием квантов или Оже- электронов.[ 1,2]

При малых энергиях рентгеновских квантов (особенно для веществ с большими Z) преобладает фотоэлектрическое поглощение, а при больших энергиях  некогерентное комптоновское рассеяние. Рис 8 Эффекты когерентного (Релеевского) и не когерентного рассеяния (Комптоновского)на работе газовых детекторов существенно не сказываются.

Рис.5 Сечение ионизации и рассеяния для атомов свинца в зависимости от энергии кванта τ- сечение фотоэлектрического поглощения   ,  σ^кг- сечение когерентного  рассеяния, σ^нк- сечение не когерентного рассеяния   σ^{ркр -} -сечение резонансно комбинационного рассеяния.

Если ионизация происходит в объёме между двумя электродами, которые имеют различные потенциалы, то за счёт перемещения электронов и ионов к электродам в электрической цепи возникает ток.

Все газовые, ионизационные детекторы можно рассматривать как конденсаторы, в которых пространство между электродами заполнено газом.

Ионизационные методы регистрации основаны на измерении заряда или тока, создаваемого квантом при прохождении через газовый объём конденсатора.

Экспериментально установлено, что средняя энергия, расходуемая на создание одной пары ионов, слабо зависит от энергии кванта. Число пар заряженных частиц образующихся при взаимодействии рентгеновского фотона с газом определяется выражением:

N=E/ω , где Е -энергия фотона, ω -средняя энергия необходимая для создания одной пары (является характеристикой газа). Эта средняя энергия превышает энергию ионизации нейтрального атома газа (таблица 2-1).Флюктуации числа пар ионов ΔN2=FE/ώ, где F –коэффициент Фано.

Таблица 2-1. Средняя энергия ( эВ) необходимая для создания пары электрон-ион в газах.