Лабораторная работа № 1 галогенный газоразрядный счетчик

1. Основные положения. Цель работы.

Газоразрядные счетчики (ГС) являются одними из наиболее старых, но широко применяющихся и в настоящее время газовых ионизационных детекторов. Они работают в режиме самостоятельного газового разряда и могут использоваться для регистрации практически любых видов излучений: α- и β-частиц, γ-квантов, нейтронов. Основными достоинствами их являются высокая чувствительность и большая амплитуда импульса (1 – 20В), что сводит к минимуму требования к последующей электронной схеме. Основной недостаток ГС состоит в невозможности проводить с ними амплитудные измерения, т.к. амплитуда импульса на выходе детектора не зависит от первичной ионизации, созданной заряженной частицей. Это обстоятельство ограничивает область применения ГС.

По способу гашения разряда ГС делятся на несамогасящиеся, в которых разряд прекращается с помощью специальных электронных схем, и самогасящиеся, в которых остановка разряда обусловлена подбором специального состава газа. Одной из разновидностей самогасящихся ГС являются галогенные счетчики, отличающиеся сравнительно низким напряжением питания (200 – 500В), большим сроком службы и возможностью их включения в токовый режим. Механизм развития и гашения разряда в галогенных счетчиках аналогичен таким же процессам в самогасящихся счетчиках с органическими гасящими смесями. Обычный состав газовой смеси в галогенных счетчиках: Ne – 99.8%, Ar – 0.1%, Br или Cl – 0.1%.

Поскольку прекращение разряда в самогасящихся счетчиках обусловлено особенностями внутренних процессов в их рабочем объеме, то выбор величины сопротивления нагрузки R во внешней цепи счетчика должен определяться получением таких параметров импульса (амплитуды, длительности и фронта нарастания), которые определяют стабильный запуск последующей регистрирующей схемы. Обычно при выборе R исходят из примерного равенства времени распространения разряда вдоль нити анода и постоянной времени внешней цепи RC, где C – емкость счетчика и подключенных к нему входных цепей электронных устройств. В этом случае время нарастания и время спада импульса будут примерно одинаковы. Для счетчика средних размеров значение сопротивления нагрузки лежит в диапазоне 10⁵ – 10⁶ Ом.

Устанавливая достаточно малые сопротивления R, можно получать импульсы очень малой длительности при соответствующем уменьшении их амплитуды. Особого смысла в этом, однако нет, так как при работе в счетном режиме временные характеристики ГС определяются не длительностью импульса, а интервалом времени, за который пространственный заряд, связанный с положительными ионами, отойдет от анода на такое расстояние, при котором напряженность электрического поля в области ударной ионизации восстановится до значения, соответствующего потенциалу зажигания разряда. Этот интервал времени, в течение которого ГС не может реагировать на попадание в него частиц, называется мертвым временем счетчика τ_м (рис.1.1) и определяется скоростью дрейфа положительных ионов. По окончании мертвого времени ГС способен регистрировать частицы, однако до тех пор, пока напряженность поля в области ударной ионизации не восстановится полностью ( другими словами, пока положительные ионы не дойдут до катода ) амплитуды импульсов будут меньше номинальной. Промежуток времени, необходимый для полного восстановления величины импульса после окончания мертвого времени называется временем восстановления τ_в. Мертвое время и время восстановления имеют величины одного порядка.

Мертвое время ГС зависит от целого ряда факторов: природы и давления газа в счетчике, его размеров, напряжения питания, загрузки счетчика. Характер всех этих зависимостей определяется, главным образом, величиной пространственного заряда и скоростью движения ионов в газе под действием электрического поля.

Основной характеристикой газоразрядного счетчика является счетная характеристика, т.е. зависимость скорости счета от приложенного напряжения при постоянной интенсивности облучения счетчика. Она позволяет выбрать оптимальное рабочее напряжение ГС и контролировать его работоспособность.

На практике интерес представляет разрешающее время τ_р счетной установки в целом, т.е. счетчика и измерительной схемы. Это минимальный промежуток времени между двумя следующими друг за другом частицами, когда они регистрируются счетчиком отдельно. Как видно из рис.1.1, этот параметр зависит от порога срабатывания электронной аппаратуры. Порог срабатывания современных счетных устройств, работающих с ГС (0.1 – 1В), значительно меньше амплитуды импульса этих счетчиков. Это означает, что практически все частицы попадающие в счетчик за время τ_в, регистрируются и поэтому можно считать, что τ_м ≤ τ_р.

Существует несколько способов определения разрешающего времени газоразрядных счетчиков. Наиболее распространенным из них из-за своей простоты является метод двух радиоактивных источников. Он основан на том, что в счетной установке с конечным временем разрешения τ_р, измеряемая скорость счета «m» при увеличении истинной скорости счета «n» (загрузки счетчика) возрастает нелинейно. Они связаны известным соотношением

, (1.1)

которое при сравнительно малых просчетах (mτ_р << 1) преобразуется к виду

(1.2)

Сущность метода состоит в определении разрешающего времени из сравнения суммы измеренных скоростей счета m₁ + m₂ от каждого источника в отдельности со скоростью счета m₁₂, измеренную при одновременном воздействии двух источников. Если для истинных скоростей счета в этом случае должно выполнятся условие n₁ + n₂ = n₁₂, то для измеренных из-за конечного времени разрешения обязательно должно быть m₁ + m₂ > m₁₂. Пользуясь приближенным равенством (1.2) можно записать

,

откуда после простых преобразований получаем

(1.3)

Для увеличения точности в определении величины τ_р необходимо измерять величины m₁, m₂, m₁₂ с малой статистической погрешностью < 0.5%.

Целью настоящей работы является изучение временных и амплитудных характеристик галогенного счетчика.