3. Принцип роботи лічильника Гейгера-Мюллера
Під дією іонізуючого випромінювання у робочому об’ємі лічильника утворюється деяка кількість позитивних іонів та електронів, які під впливом електричного поля починають рухатись до катода та анода. На шляху до анода електрони прискорюються електричним полем з напруженістю Е до енергії Wk:
,
(1)
де е – заряд електрона, d – довжина вільного пробігу електрона у газі яким заповнений лічильник.
При наближені до анода напруженість електричного поля зростає за законом:
,
(2)
де U – різниця потенціалів ніж анодом і катодом, r- віддаль від осі лічильника до місця, де можуть знаходитись електрони, a i b радіуси катода та анода відповідно. Поблизу анода, градієнт напруженості електричного поля високий, кінетична енергія, яку набувають електрони на шляху вільного пробігу, може стати достатньою для збудження та іонізації молекул газу. Утворені нові електрони, прямуючи до анода, прискорюються електричним полем і також викликають збудження та ударну іонізацію, тобто відбувається так зване газове підсилення. Створюються умови для спалаху коронного газового розряду. У свою чергу збуджені атоми та молекули газу випромінюють фотони, які за рахунок фотопоглинання утворюють нові фотоелектрони. Ці електрони рухаючись до анода, утворюють нові зливи електронів – іонів і таким чином коронний розряд поступово охоплює всю поверхню анода. У зовнішньому колі лічильника протікає великий струм і лічильник більше не реагує на утворення у його робочому об’єму нових електронів і іонів. Такий розряд необхідно погасити, щоб лічильник міг реєструвати нові радіоактивні випромінювання.
4. Гашення розряду. Мертвий час лічильника
Розповсюджений спосіб гашення розряду у лічильниках полягає у тому, що лічильники наповнюються, як вже вказано вище, сумішшю інертних газів і домішками у вигляді парів етилового спирту. Ударна іонізація відбувається в області з великим градієнтом електричного поля (на відстані 2–3 радіусів анода від центра лічильника) і приводить до утворення крім лавини іонів та електронів також і ультрафіолетового випромінювання. Останнє випромінюється збудженими іонами і інтенсивно поглинається молекулами спирту в об’ємі радіусом 1–2 мм, тобто навколо аноду. Молекули спирту при поглинанні фотона іонізуються і утворюються нові лавини іонів–електронів. Ультрафіолетове випромінювання обумовлює розповсюдження розряду вздовж анода. За короткий час навколо всього анода утворюється шар малорухливих важких позитивних іонів спирту. Збільшується ефективний радіус аноду і тому градієнт напруженості поля навколо анода різко спадає, і зникають умови для підтримання коронного розряду - він гасне. Якщо у цей час, у лічильник потрапляє іонізуюча частинка то нових лавин не виникає і вона не буде зареєстрована. Цей проміжок часу називають „мертвий час”. Іони під дією поля рухаються до катоду і поступово їх концентрація поблизу анода зменшується, напруженість поля зростає і відповідно лічильник через деякий час („час відновлення”) стає спроможним реєструвати нові частинки. Такого типу лічильники називають самогаснучими.
Недоліком таких лічильників є обмежений час роботи. Іони спирту замість рекомбінації з великою імовірністю дисоціюють (розпадаються на більш прості молекули) і лічильник перестає бути самогаснучим. Самогаснучі лічильники такого типу можуть зареєструвати приблизно 1012 частинок або квантів.
Якщо ж до інертних газів, замість парів спирту, додати трохи парів галоїдів (брому, хлору) то такий недолік буде усунений. Іонізовані молекули галогенів, тобто брому, після розряду відновлюються. Крім того, галогенні лічильники працюють при менших напругах. Так лічильник наповнений неоном із сумішшю 0,1 % аргону і 0,1 % парів брому, вже при напругах близько 300 В працюють, як лічильники Гейгера–Мюллера.