Содержание
- 2. ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ Область (I) - область рекомбинации. Область (II) - область насыщения. Область (III) - область
- 4. 1 ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ СЧЕТЧИК Пропорциональный счетчик - газоразрядный прибор для регистрации ионизирующих излучений, создающий сигнал, амплитуда которого
- 5. 2 КОНСТРУКЦИЯ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО СЧЕТЧИКА Конструкция 4π-счётчика для измерения абсолютной β-активности: 1 – диафрагма; 2 – держатель
- 6. 3 ПРИНЦИП РАБОТЫ ПР Схема пропорционального счётчика в продольном (а) и поперечном (б) разрезах: 1 -
- 7. 4 ХАРАКТЕРИСТИКИ ПС Газовое усиление: число, показывающее во сколько раз увеличилось число электронов и ионов в
- 8. 5 Энергетическое разрешение: флуктуации в количестве первичных ионов, а также флуктуации К "размывают" амплитуду импульсов и
- 9. 6 Временное разрешение: макс. скорость регистрации ПС зависит от давления и состава газовой смеси и толщины
- 10. 7 Преимущества и недостатки ПС: большая эффективность при детектировании излучений малых энергий; большее чем у сцинтилляционных
- 11. ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ Область (I) - область рекомбинации. Область (II) - область насыщения. Область (III) - область
- 12. 10 СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА (ГМ) Счётчик Гейгера (или счётчик Гейгера-Мюллера (ГМ)) − газонаполненный счётчик заряженных элементарных частиц,
- 13. КОНСТРУКЦИЯ СЧЕТЧИКА ГМ Стеклянный счётчик ГМ: 1 – геометрически запаянная стеклянная трубка; 2 – катод (тонкий
- 14. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СЧЕТЧИКА ГМ Физические процессы в ГМ, можно разделить на три стадии: Первичная ионизация возникает
- 15. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЧЕТЧИКА ГМ Эффективность (отношение числа регистрируемых счетчиком частиц или квантов к полному числу проходящих
- 16. Счетная характеристика. Рабочее напряжение, которое необходимо приложить к электродам счетчика ГМ для обеспечения нормального режима его
- 17. Разрешающее время. В течение разряда и некоторого промежутка времени, непосредственно следующего за разрядом, электрическое поле в
- 19. Скачать презентацию
ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ
ДЕТЕКТОРЫ
Область (I) - область
рекомбинации.
Область (II) - область насыщения.
ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ
ДЕТЕКТОРЫ
Область (I) - область
рекомбинации.
Область (II) - область насыщения.
Область (III) - область работы пропорциональных счетчиков (камер).
Область (IV) - область ограниченной пропорциональности.
Область Гейгера – Мюллера (V). Область непрерывного разряда (VI)
9
1
ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ СЧЕТЧИК
Пропорциональный счетчик - газоразрядный прибор для регистрации ионизирующих излучений, создающий
сигнал,
1
ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ СЧЕТЧИК
Пропорциональный счетчик - газоразрядный прибор для регистрации ионизирующих излучений, создающий
сигнал,
Схема пропорционального счетчика: а — область дрейфа электронов; б — область газового усиления
Основной принцип работы - газовое усиление - увеличение количества свободных зарядов в объёме детектора за счёт того, что первичные электроны на своём пути к аноду в больших электрических полях приобретают энергию достаточную для ударной ионизации нейтральных атомов рабочей среды детектора. Возникшие при этом новые электроны в свою очередь успевают приобрести энергию достаточную для ионизации ударом. Таким образом, к аноду будет двигаться нарастающая электронная лавина. “Самоусиление” электронного тока (коэффициент газового усиления) может достигать 103-104.
2
КОНСТРУКЦИЯ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО СЧЕТЧИКА
Конструкция 4π-счётчика для измерения абсолютной β-активности: 1 – диафрагма;
2
КОНСТРУКЦИЯ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО СЧЕТЧИКА
Конструкция 4π-счётчика для измерения абсолютной β-активности: 1 – диафрагма;
Конструкция цилиндрического
пропорционального счётчика: 1 – собирающий электрод; 2 – охранное кольцо; 3 – изолятор; 4 – корпус
Конструктивно пропорциональный счётчик обычно изготавливают в форме цилиндрического конденсатора с анодом в виде тонкой металлической нити по оси цилиндра, что обеспечивает вблизи анода напряженность электрического поля значительно бoльшую, чем в остальной области детектора. При разности потенциалов между анодом и катодом 1000 вольт напряжённость поля вблизи нити-анода может достигать 40 000 вольт/см., в то время как у катода она равна сотням в/см.
Поскольку пропорциональные счетчики используются в основном для измерения излучения малых энергий (порядка десятков КэВ), то определенные требования предъявляются к материалу окна, пропускающего излучение в рабочий объем счетчика. Материал окна выбирается таким, чтобы поглощение в нем для исследуемого диапазона энергий было минимальным. Типичным пропорциональным счётчиком является детектор с бериллиевым окном толщиной 70 мкм, наполненный смесью газов 90% Xe + 10% CH4 до общего давления Р = 0,8 атм. Такой счётчик имеет почти 100% эффективность при энергии g-квантов 10 кэВ
3
ПРИНЦИП РАБОТЫ ПР
Схема пропорционального счётчика в продольном (а) и поперечном (б)
3
ПРИНЦИП РАБОТЫ ПР
Схема пропорционального счётчика в продольном (а) и поперечном (б)
Механизм работы пропорционального счётчика: rk-r0 - зона дрейфа первичных электронов; r0-rA - зона лавин
Счётная характеристика пропорционального счётчика,
полученная с комбинированным источником β и α-частиц
Процесс формирования электрического сигнала в работающем пропорциональном счетчике, таким образом можно разделить на два этапа: 1. Первоначальная ионизация газа – наполнителя под действием ионизирующего излучения; 2. Дополнительная ионизация газа-наполнителя образовавшимися в рабочем объеме детектора электронами
4
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПС
Газовое усиление: число, показывающее во сколько раз увеличилось число электронов
4
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПС
Газовое усиление: число, показывающее во сколько раз увеличилось число электронов
Для практических целей значение коэффициента газового усиления варьируется в пределах 10≤К≤10000. Коэффициент К выбирается в зависимости от энергии частицы, рода работы (счёт или измерение энергии) и оптимального соотношение сигнал-шум. При измерении энергии величину К стремятся брать по возможности меньше, т.к. в этом случае напряжение на счётчике соответствует более пологому участку его вольт-амперной характеристики и не требуется слишком высокая стабильность напряжения от источника питания. При счёте частиц высокая стабильность напряжения не нужна, и можно использовать высокие значения К, включая и область ограниченной пропорциональности
5
Энергетическое разрешение: флуктуации в количестве первичных ионов, а также флуктуации К
5
Энергетическое разрешение: флуктуации в количестве первичных ионов, а также флуктуации К
Увеличение разброса амплитуды импульсов могут вызывать конструкционные несовершенства, приводящие к искажению распределения электричtcrjuj поля у анода. Большое влияние на ЭР оказывают стабильность V0 (≤0,05%) и чистота газа. Для инертных газов, СO2, СН4 не наблюдается прилипания электронов, но присутствие даже незначительного кол-ва (<0,1%) электроотрицательных молекул Н2О, СО, О2, С2 и т. д. приводит к значит. ухудшению ЭР, т. к. амплитуда импульса становится зависимой от места образования первичных электронов. Добавки некото-рых газов с потенциалом ионизации, меньшим потенциала ионизации основного газа, могут приводить к уменьшению ср. энергии, затраченной на образование пары ионов, следовательно к улучшению разрешения
6
Временное разрешение: макс. скорость регистрации ПС зависит от давления и состава
6
Временное разрешение: макс. скорость регистрации ПС зависит от давления и состава
7
Преимущества и недостатки ПС: большая эффективность при
детектировании излучений малых энергий; большее
7
Преимущества и недостатки ПС: большая эффективность при
детектировании излучений малых энергий; большее
сцинтилляционных детекторов энергетическое разрешение;
использование газового усиления в пропорциональных счётчиках
даёт возможность значительно повысить чувствительность
измерений по сравнению с ионизационными камерами, а наличие
пропорциональности усиления в счётчиках позволяет определять
энергию ядерных частиц и изучать их природу, так же, как и в
ионизационных камерах; детектирование практически всех видов
ионизирующих излучений. Требует стабильного источника питания
ПС используются: для регистрации альфа-, бета-частиц, протонов, гамма-квантов и нейтронов; Пропорциональный счётчик сыграл важную роль в ядерной физике 30 - 40-х гг. 20 в., являясь наряду с ионизационной камерой практически единственным спектрометрическим детектором. Второе рождение ПС получил в физике частиц высоких энергий в конце 60-х гг. в виде пропорциональной камеры, состоящей из большого числа ПС, расположенных в одной плоскости и в одном газовом объёме. Пропорциональные
счётчики применяются не только в ядерной физике, но и в физике космических лучей, астрофизике, в технике, медицине, геологии, археологии и т.д.
ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ
ДЕТЕКТОРЫ
Область (I) - область
рекомбинации.
Область (II) - область насыщения.
ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ
ДЕТЕКТОРЫ
Область (I) - область
рекомбинации.
Область (II) - область насыщения.
Область (III) - область работы пропорциональных счетчиков (камер).
Область (IV) - область ограниченной пропорциональности.
Область Гейгера – Мюллера (V). Область непрерывного разряда (VI)
9
10
СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА (ГМ)
Счётчик Гейгера (или счётчик Гейгера-Мюллера (ГМ)) − газонаполненный счётчик
10
СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА (ГМ)
Счётчик Гейгера (или счётчик Гейгера-Мюллера (ГМ)) − газонаполненный счётчик
КОНСТРУКЦИЯ СЧЕТЧИКА ГМ
Стеклянный счётчик ГМ: 1 – геометрически запаянная стеклянная трубка;
КОНСТРУКЦИЯ СЧЕТЧИКА ГМ
Стеклянный счётчик ГМ: 1 – геометрически запаянная стеклянная трубка;
Схема включения счетчика Гейгера Разность потенциалов приложена (V) между стенками и центральным электродом через сопротивление R, зашунтированное конденсатором C1
Конструктивно счетчик ГМ представляет собой тонкостенную металлическую или стеклянную, покрытую с внутренней стороны слоем металла цилиндрическую камеру. Цилиндр служит катодом. Анодом является тонкая (0,05...0,5 мм) металлическая нить, расположенная по оси цилиндра. Счетчик заполнен специально подобранным газом, например аргоном, при давлении 10...760 мм рт. ст. Между катодом и анодом за счет внешнего источника создается разность потенциалов 300–2500 В.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СЧЕТЧИКА ГМ
Физические процессы в ГМ, можно разделить на три
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СЧЕТЧИКА ГМ
Физические процессы в ГМ, можно разделить на три
Первичная ионизация возникает вдоль траектории заряженной частицы, проходящей через счетчик. Ионы могут возникнуть в любой области счетчика. Если трек умещается внутри трубки счетчика, то число ионов пропорционально энергии частицы. Вторичная ионизация. Первичные электроны и положительные ионы движутся к электродам, разгоняясь электрическим полем. Электрическое поле очень велико в малой области вокруг анодной нити и небольшое в остальном пространстве счетчика, что является следствием асимметрии геометрии электродов. Электроны, движущиеся к аноду нити, попадают в область очень больших электрических полей и вблизи нити резко ускоряются. Возникает вторичная ударная ионизация. Вновь выбитый электрон успевает разогнаться и произвести новую ионизацию, следовательно, процесс носит лавинный характер. Любой первичный электрон вызывает лавину одной и той же величины. Вторая особенность развития первичной лавины – малая длительность. Лавина развивается примерно за 10–8 с. Повторные лавины как следствие первой лавины могут возникать в счетчике за счет двух различных (быстрых и медленных) механизмов. Если оба механизма смогут вызывать повторные лавины неопределенно длительное время, то разряд в счетчике превращается в самостоятельный. При самостоятельном разряде возникает проблема его гашения. Методы гашения самостоятельного разряда в счетчиках делятся на радиотехнические и основанные на добавлении в трубку многоатомных газов.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЧЕТЧИКА ГМ
Эффективность (отношение числа регистрируемых счетчиком частиц или квантов
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЧЕТЧИКА ГМ
Эффективность (отношение числа регистрируемых счетчиком частиц или квантов
Счетная характеристика. Рабочее напряжение, которое необходимо приложить к электродам счетчика ГМ
Счетная характеристика. Рабочее напряжение, которое необходимо приложить к электродам счетчика ГМ
При значении разности потенциалов U < UB импульсы тока также возникают, но регистрирующая схема регистрирует только самые большие из них. С ростом напряжения растет доля импульсов, амплитуда которых достаточна для регистрации. Соответствующий участок счетной характеристики изображен отрезком АВ. В области ГМ UB ≤ U ≤ UС каждая ионизирующая частица вызывает импульс с большой амплитудой, достаточной для регистрации его радиосхемой. На участке ВС счетной характеристики у идеально работающего счетчика скорость счета не зависит от U и определяется числом ионизирующих частиц, попадающих в трубку. В действительности с ростом напряжения наблюдается слабое увеличение числа зарегистрированных импульсов. Это объясняется тем, что гейгеровская область содержит небольшую примесь области непрерывного разряда. «Плато» счетной характеристики является рабочей областью счетчика ГМ.
Разрешающее время. В течение разряда и некоторого промежутка времени, непосредственно следующего
Разрешающее время. В течение разряда и некоторого промежутка времени, непосредственно следующего
Зависимость напряжения от времени после начала разряда
Экспериментальное определение мертвого
времени счетчика ГМ