Счетчик Гейгера—Мюллера

К хорошим счетчикам предъявляются следующие требования: плато должно быть возможно более длинным и ровным, т.е., если область между Ug, и Ug2 должна быть равна минимум 100 в, то увеличение числа импульсов должно составлять не более нескольких процентов на каждые 100 в напряжения; характеристика должна быть на протяжении длительного времени неизменной и в достаточной области независимой от темпе

ратуры; чувствительность для в-частиц должна практически составлять 100%, т.е. каждая проходящая через чувствительные пространства счетчика в-частица должна быть зарегистрирована. Желательно, чтобы счетчик имел низкое пороговое напряжение и давал большие импульсы напряжения. Ниже мы подробно остановимся на том, в какой степени эти качества счетчика зависят от наполнителя, типа и формы электродов и схемы включения счетчика.

Б) Изготовление счетчиков

а) Общие положения. При изготовлении счетчиков необходимы большая осторожность и чистота; так, например, маленькие пылинки, или осколки электродов, или незначительные количества посторонних газов, например водяного пара, уже могут сделать счетчик непригодным. Но даже при выполнении этих требований не каждый счетчик оказывается удачным, так что в зависимости от различных обстоятельств счет частиц может происходить с большей или меньшей ошибкой. Важную роль при изготовлении счетчика играют отсутствие пыли, тщательная очистка электродов и стеклянной трубки от жира и других загрязнений и хорошая вакуумная техника. Для того чтобы трубка имела продолжительный срок службы, необходимо газ для наполнения неизменно сохранять чистым. С этой целью лучше всего применять стеклянные трубки с вплавленными электродами, которые возможно лучше отжигаются в вакууме. Так как не удается иногда избежать соединений на клею, то по крайней мере необходимо применять клей с низкой упругостью паров и незначительной растворимостью в органических газах, добавляемых к газу-наполнителю для гашения разряда.

Описываемые ниже счетчики при соответствующем напряжении могут работать как пропорциональные счетчики, если между счетной трубкой и счетным устройством включается линейный усилитель с достаточно большим коэффициентом усиления.

б) Наполнение газом. 1) Давление газа. Средняя удельная ионизация быстрыми электронами составляет для большинства газов примерно от 20 до 100 ионных пар на см пробега при атмосферном давлении; она обратно пропорциональна давлению. Для того чтобы такой электрон на пробеге длиной примерно 2 см в счетчике наверняка образовал хотя бы одну пару ионов и таким образом вызвал бы в счетчике сигнал, требуется минимальное давление примерно в 50 мм рт. ст. Верхний предел давления чаще всего устанавливается на этом уровне; при более высоком давлении рабочее напряжение на счетчике пришлось бы устанавливать слишком высоким.

2) Несамогасящиеся счетчики. В несамогасящихся счетчиках, подбирая подходящий газ для их наполнения и соответствующие параметры контура, можно довести мертвое время до значения, меньшего 10-4 сек. Удачными наполнителями являются благородные газы, которые, конечно, не должны быть исключительно чистыми; лучше к ним добавлять определенное количество другого газа для устранения метастабилъных состояний атомов благородного газа, появляющихся после разряда.

Удельная ионизация гелия очень мала, поэтому его следует использовать при давлении не менее 200 мм рт. ст.; гелий можно применять до атмосферного давления; поэтому он подходит для счетчика с очень тонкими окнами. Рабочее напряжение даже при атмосферном давлении составляет около 1100 в. Особенно подходящими газами являются аргон и неон, которые обладают высокой удельной ионизацией и относительно низким рабочим напряжением. Оказалось чрезвычайно удачным добавление до 10% водорода, а небольшое количество паров ртути может устранять метастабильные состояния; но добавления кислорода следует избегать вследствие опасности образования отрицательных ионов у катода. Если в качестве наполнителя применяется углекислый газ, то образования отрицательных ионов можно избежать, добавляя к нему CS2. В воздухе в большом количестве возникают отрицательные ионы, поэтому он мало подходит для наполнения счетчиков. Все газы необходимо тщательно осушать, так как в парах воды особенно легко образуются отрицательные ионы. Также следует избегать паров органических веществ; они могут возникать, например, при употреблении клея.

В качестве наполняющего газа в пропорциональных счетчиках применимы аргон с добавлением нескольких процентов CO2 и, в особенности, чистый метан, который при атмосферном давлении медленно и непрерывно поступает из стального баллона через редукционный вентиль в изолированную от воздуха трубку счетчика.

3) Самогасящиеся счетчики. У самогасящихся счетчиков мертвое время, как правило, составляет несколько десятитысячных долей секунды. Для изготовления качественных самогасящихся счетчиков необходимо, чтобы как наполнитель, так и гасящий газ были очень чистыми, так как уже незначительные загрязнения могут нарушить процесс гашения.

Наиболее часто в качестве наполнителя применяется смесь из аргона и 5–10% этилового спирта при общем давлении около 100 мм рт. ст. Чем выше содержание спирта, тем менее ровным является плато счетчика. Следы водяного пара или воздуха так же, как и небольшое загрязнение азотом, приводят к ухудшению плато. При наличии паров спирта, вследствие их диссоциапии под действием разрядов, плато счетчиков со временем ухудшается, а рабочее напряжение возрастает. Хорошие счетчики в заплавленных стеклянных трубках после IO8–10' разрядов выходят из строя и должны наполняться вновь. Счетчики, изготовленные с применением органического клея, еще менее устойчивы. Так как такие счетчики нельзя прокаливать, то, оставляя их на вакуумном насосе, пропускают через них разряд в течение 1–2 дней; вначале их наполняют только парами спирта, чтобы поверхность клея насытилась спиртом. Только в последующие дни происходит собственно наполнение их газом.

Кроме спирта, в качестве гасящей примеси можно применять также ряд других органических газов или паров, например метилаль 2), муравь-иноэтиловый эфир, метан, ксилол, четыреххлористый углерод, серный эфир, этилен и т.п. Срок службы счетчиков в зависимости от свойств паров, входящих в состав наполнителя, составляет от 10' до IO9 разрядов. Метан можно применять также как самостоятельный наполнитель счетчика.

При диаметре анодной проволоки 0,1 лежи давлении газа от 50 до 120 мм рт. ст. пороговое напряжение имеет величину в диапазоне между 800 и 12U0 в, если в счетчике применяются в качестве гасителей пары органических веществ.

Из двухатомных газов можно применять в качестве гасящей добавки к благородным газам только галоиды; эта добавка должна составлять только несколько тысячных долей, так как в противном случае будут образовываться отрицательные ионы, нарушающие процесс гашения. Так как молекулы галогепов не распадаются, то срок службы счетчика в этом отношении не ограничен. Особенно подходящим для наполнения счетчиков является по данным Либ-зона и Фридмана неон, который добавляется к смеси из четырех частей аргона с одной частью хлора в количестве 0,1–1%. При общем давлении от 200 до 500 мм рт. ст. величина рабочего напряжения лежит в диапазоне от 250 до 600 в. Аргон с добавкой нескольких тысячных долей брома или неопа с хлором дает также низкое пороговое напряжение; однако плато в этом случае оказывается менее хорошим.

 Скачать реферат