Ионизационные детекторы, страница 8

Снижение уровня шумов ГПС.  Для ряда применений важным является снижение шумов ГПС. Такого снижения в газовом счётчике добиваются, используя три метода: селекция по энергии, селекция по времени нарастания импульсов и метод антисовпадений с импульсами генерируемыми в дополнительных газовых объёмах детектора. Эти методы позволяют поднять отношение сигнал фон в 100раз.

2.3 Газоразрядные счётчики .

Подробное изучение процессов в пропорциональном счетчике показало, что кроме ударной ионизации фотоны могут приводить к появлению возбужденных электронных состояний атомов или молекул. При релаксации этих возбужденных состояний происходит эмиссия фотонов в видимой или ультрафиолетовой области спектра. Если эти фотоны обладают достаточно большой энергией, то в результате фотоэффекта они будут выбивать из материала катода дополнительные электроны, которые ионизуют компоненту газовой смеси с низкой энергией ионизации. Такие «фотоэлектроны» будут, естественно, тоже вызывать электронные лавины, которые в свою очередь вызовут возникновение новых фотоэлектронов и т. д.

Пусть при образовании лавин кроме N₀М электронов возникает еще (N₀М)γ фотоэлектронов. Здесь γ- вероятность образования фотоэлектронов. Этот поток фотоэлектронов увеличивается за счет образования вторичных электронных лавин до (N₀М)γ М. Тогда общее число электронов будет равно

N = N₀М + (N₀М²)γ + (N₀М ³)γ² +... = NoМ (1 + М γ + М ² γ ²+  ).

При М γ <1 получим

N = N ₀М/(1-Мγ).

Таким образом, если γМ < 1, то сохраняется пропорциональность между количеством первичных ионов No и общим числом образовавшихся ионов N. Часто в газ, находящийся. в счетчике, вносят специальные добавки, которые поглощают ультрафиолетовые кванты без ионизации. В этом случае γМ <<1. Если повысить напряжение, приложенное к счетчику, то мы перейдем в область γМ ~1 и пропорциональность нарушится. Фотоны с высокой энергией будут образовывать фотоэлектроны во всем объеме счетчика, и первоначально локализованный разряд в газе менее чем за одну микросекунду распространится на весь объем счетчика. При этом заряд образовавшихся ионов уже не зависит от первичной ионизации. В счетчике возникает коронный разряд. Приборы, в которых используется это явление, называют счетчиками Гейгера — Мюллера или, короче, счетчиками Гейгера.

Возникшие в результате коронного разряда электроны за очень короткое время порядка 10^-8 сек. достигают нити-анода, а положительные ионы, образующие объемный заряд, остаются в счетчике. Они понижают высокое электрическое поле на нити так сильно, что последующие электроны, приходящие от катода, уже не могут вызывать электронных лавин и коронный разряд гаснет. Положительные ионы достигают катода в среднем за 1 мс, после этого объемный заряд разрушается, и поле в окрестности анодной нити вновь возрастает.

           Ионы, попадающие на катод, снова выбивают вторичные электроны, которые приводят к образованию электронных лавин возле анодной нити, и коронный разряд в счетчике не прерывается. В этом случае необходимо искусственно гасить разряд в счетчике. Для прерывания разряда в счетчике  используют большое сопротивление, включенное в измерительной цепи последовательно со счетчиком. Анодный ток, проходя через такое сопротивление, приводит к очень большому падению напряжения, напряжение на аноде U — IR, падает, и разряд гаснет. Такие счётчики Гейгера называют несамогасящимися. Скорость счета таких счетчиков невелика.

         В самогасящихся счетчиках используют специальные газовые смеси, состоящие обычно из благородного газа и специальных добавок (метана, изобутана, этанола или метилаля). Эти газы поглощают кванты ультрафиолетового излучения и понижают выход фотоэлектронов; с другой стороны, они уменьшают количество вторичных электронов, выбиваемых на катоде ионизованными ионами газа в счетчике. Дело в том, что эти газовые ионы сталкиваются с молекулами многоатомных газов и теряют часть своей энергии. Такие замедленные ионы уже не могут вызывать вторичную ионизацию металлов. В измерительную цепь самогасящихся счетчиков уже нет необходимости включать большое сопротивление, и поэтому они обладают более высокими скоростями счета по сравнению с несамогасящимися приборами. Промежуток времени между началом коронного разряда и повторной готовностью счетчика к работе называют временем восстановления чувствительности. Это время определяется временем дрейфа ионов к катоду. С другой стороны, в счетчиках могут возникать повторные лавины меньшей интенсивности, которые поддерживают в нем объемный заряд. Соответствующий интервал времени называют мертвым временем счетчика. Газообразные вещества, которые используются в качестве гасящих добавок, постепенно диссоциируют и примерно после  10⁹ импульсов счётчик выходит из строя.