Ионизационные детекторы, страница 2

Число электронов собранных на аноде зависит от приложенного напряжения. Движение электронов и ионов в газе происходит в условиях электрического поля. Для ионов средняя скорость движения вдоль силовых линий поля  называемая скоростью дрейфа пропорциональна E/p, коэффициент пропорциональности называется подвижностью ионов и равен скорости дрейфа ионов в поле с единичной напряжённостью и при единичном давлении газа в камере. Ионы из за столкновений, в которых они теряют энергию, практически не меняют своей  средней энергии и своей средней тепловой скорости   и длины свободного пробега.

В отличии от этого электроны при столкновениях теряют малую долю своей энергии и следовательно в электрическом поле могут приобрести большую энергию верхняя граница которой определяется нижними энергетическими уровнями атомов, возбуждаемыми при неупругих столкновениях.

Зависимость тока от разности потенциалов на электродах при постоянном ионизационном эффекте показана на рис 9

Рис.9 Зависимость газового усиления от разности потенциалов.

Можно выделить несколько режимов работы ионизационного газового счётчика.

1.При небольшом напряжении некоторые  пар заряженных частиц  успевают рекомбинировать.

2.Начиная с некоторого напряжения в довольно широком диапазоне  электрическое поле достаточно, для того чтобы собрать все образовавшиеся электронно-ионные пары. В этом интервале напряжений амплитуда сигнала пропорциональна энергии регистрируемого фотона и не зависит от приложенного напряжения. Это режим ионизационной камеры.

3. При  дальнейшем повышении приложенного напряжения растёт и электрическое поле, вторичные электроны вблизи анодной нити получают достаточную энергию, чтобы вызвать в свою очередь вторичную ионизацию - лавину Таунсенда. Амплитуда сигнала по-прежнему пропорциональна энергии фотона, но увеличивается с ростом приложенного напряжения. Усиление (отношение числа вторичных ионизаций, вызванных лавинным процессом, к числу первичных ионизаций ) может достигать 10-10.Это область пропорционального режима.

4. При дальнейшем росте напряжения начинается взаимодействие между лавинами. Этот режим называется режимом ограниченной пропорциональности.

5. При повышении некоторой величины приложенного напряжения лавина начинает распространятся на всю анодную нить и амплитуда сигнала не зависит больше от энергии фотона. Этот режим называется режимом Гейгера- Мюллера.

6. При дальнейшем повышении напряжения разряд становится непрерывным и может перейти в электрическую дугу.

2.1 Ионизационные камеры.

Для правильного измерения энергии фотонов  необходимо, чтобы  все образовавшиеся электроны и ионы достигли электродов конденсатора. Этому мешает ряд эффектов. Электроны и ионы двигаясь вдоль силовых линий электрического поля находятся в непрерывном, беспорядочном тепловом движении, что мешает всем носителям заряда собраться на соответствующие электроды. При соударениях электронов с молекулами образуются электроотрицательные ионы,  происходит рекомбинация, ионизация ударом. Диффузия, рекомбинация и образование отрицательных ионов меняют величины среднего тока или импульса.

Техническое исполнение ионизационных камер зависит от области применения. Конструктивно они состоят из  сосуда, наполненного газом, где находятся два плоских или цилиндрических электрода.

Импульсные ионизационные камеры.

На рис 10 показана схема включения ионизационной камеры с плоскими электродами. ионизационная камера с плоскими электродами. В однородном электрическом поле возникшие носители заряда перемещаются к электродам, а во внешней цепи при этом течет электрический ток, вызывающий импульс напряжения V, на сопротивлении R. Каждый импульс свидетельствует о том, что в камере имело место ионизация фотоном. Ионизационные камеры обычно работают в режиме насыщения; при этом приложенное электрическое поле настолько велико, что все носители заряда достигают электродов, не успевая рекомбинировать друг с другом и не вызывая вторичной ионизации газа.