Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

литература / Sharapov_V._Datchiki

.pdf
Скачиваний:
1863
Добавлен:
06.06.2017
Размер:
38.45 Mб
Скачать

Глава 18. Приемники излучения

ный потенциальный барьер, переходят в вакуум и ускоряются электрическим полем ко второму диноду. Время вторичной электронной эмиссии меньше 10­12 с.

Вторичную электронную эмиссию характеризуют коэффициентом вторичной эмиссии

> n д / nК К ,

где nKгK число первичных электронов, падающих на поверхность динода; nд — среднее число эмитируемых динодом электронов.

Коэффициент вторичной электронной эмиссии динода зависит от энергии первичных электронов, от материала динода и состояния его поверхности. Энергия первичных электронов в диапазоне 100—1800 эВ дает максимальное значение. В качестве вторично-эмиссионных материалов динодов применяют

SbCs3 и окисленные сплавы СuBе, AlMg, AgMg, CuMg, GaP(Cs) и т.д. Форму и расположение динодов выбирают, учитывая максимальный сбор электронов, эмитированных предыдущим динодом; одинаковое время пролета электронов от фотокатода до анода (траектории электронов должны быть изохронными для обеспечения малой постоянной времени); отсутствие объемного заряда, приводящего к нелинейности световой характеристики.

Часть электронов из-за несовершенства системы рассеивается и попадает на стенки баллона и на нерабочие участки динодов, что учитывает коэффициент эффективности динодного каскада гi (отношение числа электронов, попавших на i + 1-й динод, к числу электронов, вышедших из i-го динода). У современных ФЭУ гi = 0,7—0,9.

Число электронов, собираемых на анод,

m

na nK K > i i nK K M,

i 1

где т — число каскадов; М — коэффициент усиления ФЭУ.

Если у1 = у2 = … = у, а гк = гi, то М = уm или Iа = Iк уm, где Iа — анодный ток ФЭУ; IК — ток эмиссии фотокатода.

Для серийных ФЭУ при среднем коэффициенте вторичной эмиссии у = 4 и числе каскадов 12 коэффициент усиления ФЭУ M = 107, что достаточно для регистрации сигнала на выходе от одного упавшего на фотокатод кванта (выбившего один фотоэлектрон).

В последние годы находят широкое применение жалюзийные и канальные ФЭУ, отличающиеся от обычных построением динодной системы.

Жалюзийная динодная система (рис. 18.22, е) состоит из наклонных полосок и прозрачной сетки, находящейся под тем же потенциалом. Сетка экранирует жалюзи, обеспечивая попадание вторичных электронов на лопасти следующего динода. Эффективность жалюзийного динода невелика (88%).

Подобные системы имеют и некоторые преимущества, обеспечивая широкий диапазон линейности световой характеристики; высокую стабильность анодного тока; относительную нечувствительность к небольшим изменениям межкаскадных напряжений; стабильность анодного тока при наличии магнитных полей; большую площадь динода, позволяющую работать при повышенных токовых нагрузках.

18.3.Приемники излучения на основе внешнего фотоэффекта

Вжалюзийных ФЭУ между катодной камерой и динодной системой помещают кольцевой электрод-модулятор, изменяющий анодную чувствительность ФЭУ в широких пределах и осуществляющий внутреннюю модуляцию сигнала.

Большие возможности для миниатюризации ФЭУ представляет использование непрерывного динода с распределенным сопротивлением. В простейшем случае такой динод представляет собой трубку (канал) (рис. 18.22, вд), изготовленную из специального стекла, на поверхности которого в результате термообработки в водороде образуется слой, обладающий необходимыми электрическим сопротивлением и коэффициентом вторичной электронной эмиссии.

При подаче высокого напряжения на концы канала через проводящие контакты по его поверхностному слою течет ток, создающий падение напряжения вдоль канала. Вторичный электрон, выбитый из внутренней стенки канала, под действием электростатического поля ускоряется и ударяется о стенку канала в точке с более высоким потенциалом. Усиление в канале зависит от отношения его диаметра к длине (калибр), напряжения на его концах канала и вторично-эмиссионных свойств рабочей поверхности. При оптимальном калибре канала, равном 50—100, и напряжении около 2,5 кВ можно получить усиление 106—107.

Простейшая (прямая) форма канала не позволяет получить больших усилений в ФЭУ из-за увеличения шумов, обусловленных оптической и ионной обратными связями с анода на фотокатод (прямое видение).

Для устранения этого недостатка каналу может быть придана форма спирали (спиральтрон), для чего систему из нескольких соединенных в месте параллельных каналов (например, четырех) закручивают вокруг оси при ее изготовлении (рис. 18.22, г).

Недостаток прямых и изогнутых каналов — низкая эффективность эквивалентного каскада умножения, так как часть вторичных электронов выходит под такими углами к оси трубки, что попадает в тормозящее поле и не участвует в дальнейшем процессе умножения. Кроме того, наблюдается большой разброс времени пролета электронов из-за отсутствия их фокусировки, что увеличивает постоянную времени ФЭУ. Эти недостатки устранены в системах со скрещенными магнитными и электрическими полями, которые используют для изготовления высокочастотных ФЭУ.

Анодный блок ФЭУ состоит из последнего динода и анода. Часто анод выполняют в виде сетки и располагают между предпоследним и последним динодами. В этом случае электроны от последнего динода ускоряются анодом — сеткой и, умножаясь на последнем диноде, собираются на аноде. Недостатком сеточного анода является перехват части электронов на пути к последнему диноду, что ухудшает временное разрешение ФЭУ.

Спектральная чувствительность ФЭУ определяется в основном типом фотокатода и материалом стекла колбы. Спектральные характеристики ФЭУ такие же, как у ФЭ (см. рис. 18.20, б). Для регистрации излучения с л < 105 нм применяют ФЭУ с открытым входом (нет входного окна). Коэффициент усиления ФЭУ можно также определить как отношение интегральной анодной чувствительности ФЭУ Sa к интегральной чувствительности фотокатода Sфк

Глава 18. Приемники излучения

при определенном напряжении между анодом и фотокатодом Vа,к = const и рекомендованной паспортом на ФЭУ схемой включения:

M = Sa/Sфк.

При наличии в паспорте ФЭУ значения темнового анодного тока Iт.а и темнового тока фотокатода Iт.к при Vа,к = const можно также определить коэффициент усиления ФЭУ: M = Iт.а/Iт.к.

В паспортах ФЭУ указывается ряд рекомендованных значений напряжения питания Vа,к, соответствующих определенным номинальным значениям анодной чувствительности: Sа= l, 3, 10, 30, 100, 1000, … А/лм, иногда приводится одно значение Sа при рекомендованном Vа,к. Для разных экземпляров ФЭУ одного и того же типа разброс Sа при Vа,к = const может превышать порядок, а для разных типов ФЭУ — несколько порядков.

Временное разрешение ФЭУ зависит от времени внешнего фотоэффекта (10-12 с), времени вторичной эмиссии (10-12 с), времени пролета электронов от фотокатода до анода (с учетом умножения на динодах), изохронности (одновременности) их прихода на анод и постоянной времени схемной релаксации фp.

Постоянная времени по фронту нарастания импульса для обычных ФЭУ составляет 5—10 нс (при фp < 1 нс), что позволяет регистрировать модулированные потоки с частотой в сотни мегагерц.

Электронно-оптические преобразователи

Электровакуумное устройство на основе внешнего фотоэффекта, преобразующее оптическое изображение, создаваемое на фотокатоде рентгеновскими, видимыми, УФили ИК-излучением, в промежуточное электронное, а затем в видимое изображение на флюоресцирующем экране, называют электрон- но-оптическим преобразователем (ЭОП) (рис. 18.23, а).

а)

б)

Рис. 18.23. Схематическое устройство ЭОП (а) и ЭОП с трехэлектродной фокусирующей системой (б): 1 — изображение; 2 — фотокатод, 3 — электронный пучок; 4 — баллон из стекла; 5 — электрод; 6 — держатель; 7 — анод; 8 — экран; 9 — электронное изображение; 10 — люминесцирующий слой; 11 — алюминиевая фольга; 12 — стеклянная стенка; 13 — контактирующее покрытие

Конструктивно простейший ЭОП состоит из стеклянного баллона 5, из которого откачан воздух, на одну стенку баллона нанесен полупрозрачный фотокатод 4, на противоположную — флюоресцирующий экран 7. Между фотокатодом и экраном приложено постоянное напряжение 10—15 кВ. Объектив 2

18.3. Приемники излучения на основе внешнего фотоэффекта

строит на фотокатоде 4 невидимое (или видимое) изображение 3 рассматриваемого предмета 1. Под воздействием изображения возникает эмиссия фотоэлектронов, число которых в любой точке пропорционально имеющейся там освещенности. В момент выхода из фотокатода фотоэлектроны вылетают по различным направлениям. Ускоряющее электрическое поле стягивает фотоэлектроны в узкий пучок, ускоряет и направляет к экрану 7 в точку, лежащую против точки выхода. На экране 7 электронное изображение 6 преобразуется в видимое благодаря его флюоресценции из-за бомбардировки фотоэлектронами. С экрана изображение может передаваться либо на сетчатку глаза (непосредственно или с помощью окуляра), либо на телевизионную трубку, или любое другое устройство. Такой ЭОП дает линейное увеличение ГЭ = 1х (отношение линейного размера изображения на экране к линейному размеру на катоде). Фокусировка электронных пучков осуществляется только за счет действия однородного плоского электростатического поля.

Разрешающая способность такого ЭОП N Ѕ 5 Χ 6 пар линий/мм, так как электрическое поле собирает все вылетевшие из одной точки фотокатода фотоэлектроны не в точку на экране, а в некоторый кружок (кружок рассеяния) из-за различных направлений начальных скоростей электронов. Диаметр кружка рассеяния dO определяет разрешающую способность ЭОП. Для повышения разрешающей способности ЭОП электронные пучки фокусируют электростатическим или магнитным полем.

Наибольшее распространение получили ЭОП с электростатической фокусировкой. На рис. 18.23, б приведена схема ЭОП с трехэлектродной электростатической фокусирующей системой со следующими параметрами: диаметр фотокатода 80 мм, длина 160 мм, напряжение 18 кВ, диаметр экрана 50 мм, разрешающая способность 30 пар линий/мм.

Изменяя потенциал третьего среднего электрода, можно изменять разрешающую способность ЭОП в различных кольцевых зонах экрана за счет перефокусировки электронных пучков при настройке.

Фотокатоды ЭОП аналогичны ФЭ и ФЭУ, и их спектральные характеристики приведены выше. В качестве флюоресцирующих экранов применяют различные мелкозернистые люминофоры — желто-зеленого свечения при работе с глазом, фиолетово-синего — для фотографирования или для дальнейшей передачи с помощью фотоэлектронных приборов. Наиболее часто используют экраны типа ФС-1, ФС-5, ЖЗ-2, К-67, К-40, К-72 со временем послесвечения 10-6—10-2 с.

Пленочные мелкозернистые слои специальных люминофоров могут обеспечить разрешение в несколько сот линий на миллиметр.

Схема питания ЭОП обычно состоит из высоковольтного преобразующего блока и низковольтного источника питания. Постоянный ток аккумулятора поступает на преобразователь (дающий на выходе переменный ток), с преобразователя на повышающий трансформатор, выпрямитель, стабилизатор, делитель напряжения и ограничитель тока. Ограничитель тока предохраняет преобразователь от пробоя при сильных засветках. Напряжение на выходе высоковольтного блока (и схема делителя напряжения) определяется типом ЭОП и колеблется от 3 до 45 кВ. Стабилизация напряжения должна осуществляться в пределах ±(5—10) %.

Глава 18. Приемники излучения

Потребляемый ток определяется током фотоэмиссии и колеблется от 10—4 до 10—5 А, потребляемая мощность — 2—5 Вт.

ЭОП широко применяют в приборах визуального наблюдения при плохой видимости и в условиях естественной ночной освещенности порядка 10—3—10—4 лк. Коэффициент яркости современных многокаскадных ЭОП достигает 106—108. Приборы с ЭОП широко используют в приборах наблюдения с подсветкой ИК-прожекторами и импульсными лазерами. ЭОП с плоской конструкцией применяют для регистрации быстропротекающих процессов в ядерной физике и в исследованиях искровых разрядов с временным разрешением до 10—14 с при напряженности поля у фотокатода 3·105 В/см.

Приборы с ЭОП используют для визуализации рентгеновского и нейтронного излучения. В астрономии ЭОП применяют для фотографирования спектров далеких звезд, а в оптической микроскопии — для наблюдения слабо светящихся объектов.

Применение ЭОП в телевидении позволило создать системы, работающие в темноте по ИК-излучению объектов и при пониженной освещенности с дистанционным их наблюдением.

В научной фотографии ЭОП позволяет осуществлять высокоскоростное и спектрозональное фотографирование в видимой УФ- и ИК-области спектра.

18.4.Тепловые приемники оптического излучения

Втепловых приемниках оптического излучения (ТПОИ) поглощение потока излучения в чувствительном элементе приводит к появлению в нем температурного поля и, как следствие, к повышению его температуры. При таком изменении термодинамического состояния системы решетка—электроны увеличивается энергия электронов, кроме того, изменяются их электрические свойства.

Спектральная чувствительность ТПОИ постоянна в широком спектральном интервале, так как энергия фотонов преобразуется в тепло неселективно (рис. 18.24, а).

S

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

V

 

V

RH

 

 

R RH

 

 

 

 

0,1

 

 

 

 

 

9

99

 

 

 

 

а)

 

б)

 

в)

 

Рис. 18.24. Спектральная чувствительность ТПОИ (а) и схемы включения термоэлементов (б, в): 1 — теоретическая; 2 — экспериментальная

Для увеличения абсолютной спектральной чувствительности ТПОИ необходимо, чтобы чувствительный элемент поглощал все излучение вплоть до самых больших длин волн так, чтобы повышение температуры было прямо

18.4. Тепловые приемники оптического излучения

пропорционально полному поглощенному потоку излучения. Для этого чувствительный элемент покрывают тонким слоем черни, приближая условия поглощения излучения к идеальным (как в черном теле, когда поглощается все падающее на него излучение).

На практике спектральный интервал работы ТПОИ ограничен (рис. 18.24, a): л9min — проницаемостью материала приемного элемента и пропусканием окна ТПОИ; л99max — ростом коэффициента отражения материала приемного элемента и также материалом окна. ТПОИ делят на несколько групп: термоэлементы; болометры; оптико-акустические приемники; пироприемники, основанные на изменении поляризации пироактивного кристалла при воздействии на него модулированного потока излучения; приемники на термоупругом эффекте кристаллического кварца [2] (и других пьезокристаллов), основанные на появлении электрической разности потенциалов, на приемном элементе из-за термоупругих деформаций при облучении модулированным потоком излучения; калориметры; тепловые преобразователи изображения.

Термоэлементы

Принцип действия термоэлемента (ТЭ) основан на термоэлектрическом эффекте Зеебека, который заключается в появлении термоЭДС в цепи, состоящей из двух разнородных по составу проводников, при нагревании падающим потоком излучения места их спая (рис. 18.24, б).

При наличии градиента температуры вдоль проводника электроны с горячего конца диффундируют в направлении, обратном температурному градиенту, так как имеют более высокую энергию и скорость, чем на холодном конце. В результате на холодном конце возникает отрицательный заряд, а на горячем — положительный. В полупроводниках это явление выражено еще сильнее, так как ЭДС электронного и дырочного полупроводников складывается. У различных пар материалов значения термоЭДС неодинаковы. Для изготовления ТЭ используют различные металлические и полупроводниковые пары материалов. При сравнении пар пользуются удельной термоЭДС, характеризуемой ЭДС, возникающей при единичном температурном перепаде:

ДVт = бт ДT,

где ДVт — термоЭДС, возникающая при нагреве спая до температуры ДT; бт — удельная термоЭДС. ТЭ, численно равная разности потенциалов, возникающей при разности температур горячего и холодного спаев 1 К.

Удельная термоЭДС металлических ТЭ достигает 10 мкВ/К, у полупроводниковых ТЭ она значительно выше, так как число носителей с температурой в полупроводнике растет. Металлические ТЭ изготавливают из меди, никеля, висмута, платины, кобальта, алюминия, тантала, серебра, сурьмы, железа, константана (сплава меди и никеля) и т.д.; полупроводниковые — из сурьмы, кремния, теллура, селена.

Болометры

Принцип действия болометра основан на изменении электрического сопротивления полупроводника или металла под действием падающего на него потока излучения при изменении его температуры.

Чувствительный слой болометра выполняют обычно в виде металлической или полупроводниковой пленки, представляющей собой термосопротивление.

Глава 18. Приемники излучения

Конструктивно болометр чаще всего содержит два термосопротивления. Одно термосопротивление облучается потоком излучения, а второе — компенсационное — компенсирует изменение температуры окружающей среды.

Простейшим болометром может служить металлическая лента, температура и сопротивление которой при облучении потоком излучения меняется:

R = R0 [1 + бт(Т ­ Т0)],

где R0 — сопротивление проводника при температуре Т0, бт — температурный коэффициент сопротивления. Изменение сопротивления:

R = R0 бт Т,

откуда относительное изменение сопротивления:

R / R0 = бт Т.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) для металлов обратно пропорционален температуре в широком диапазоне температур: бт = 1/Т.

Для комнатной температуры (300К) бт = 1/300 = 0,0033 град-1. Для большинства полупроводников бтп = ­3000/T2.

Таким образом, у полупроводников ТКС отрицателен, а его абсолютное значение больше, чем у металлов. При комнатной температуре (300 К) ТКС полупроводника бтп = ­3000/3002 Ј ­0.033 град-1, т.е. на порядок больше, чем у металлов. Поэтому полупроводниковые болометры обладают большей чувствительностью, чем металлические. Схемы включения болометров аналогичны схемам включения ФР (рис. 18.5).

Пироэлектрические приемники

В последние годы начали применять новый тепловой неселективный приемник ИК-излучения — пироэлектрический (ППИ), приемным элементом в котором служат пироэлектрические кристаллы титаната бария BaTiO3 с примесями, триглицин сульфата (NH2CH2COOH)3H2SO4, ниобат лития LiNbО3 и т.д. Особенностью пироэлектрических кристаллов является их спонтанная (самопроизвольная) поляризация при отсутствии внешних электрических полей. При постоянной температуре эта поляризация не может быть обнаружена по наличию поверхностных зарядов, так как последние компенсируются объемной и поверхностной проводимостью кристалла. Однако величина спонтанной поляризации пирокристаллов зависит от температуры, и при ее изменении на гранях кристалла, перпендикулярных к полярной оси, могут быть обнаружены заряды. В этом и состоит пироэлектрический эффект.

Следует отметить, что пироэлектрический ток приемника I — сложная функция физических характеристик кристалла, его геометрических размеров и условий теплообмена со средой. Значение I зависит от двух основных факторов — среднего прироста температуры приемного элемента и скорости изменения прироста температуры. Средний прирост температуры пироэлектрического приемника, как и теплового, обратно пропорционален частоте модуляции, но скорость его изменения прямо пропорциональна частоте модуляции.

Действие этих двух факторов уравновешивается в достаточно широком диапазоне частот. Этим объясняется малая инерционность пироэлектрического приемника по сравнению с тепловыми (фпр = 10-7 c).

Литература

Равномерность частотной характеристики пироэлектрического приемника нарушается при очень низких частотах, когда тепловые волны, пройдя приемный элемент, достигают подложки, и при слишком больших частотах, когда они не достигают пироактивного кристалла.

Если поглощение излучения происходит на абсорбционных полосах кристалла (собственное поглощение пироактивного кристалла), то инерционность приемника определяется инерционностью пироэлектрического эффекта, т.е. временем установления спонтанной поляризации под воздействием тепловых волн на кристалл. Следует отметить, что пироприемник не требует источников питания и работает аналогично термопаре.

Приемники на основе BaTiO3, их параметры и характеристики

Чувствительный элемент приемника представляет собой плоский слой (40— 100 мкм) керамики титаната бария с размером приемной площадки 1—20 мм2. Распылением в вакууме на чувствительный элемент наносят металлические электроды толщиной 0,1 мкм. На облучаемый электрод напыляют слой золотой черни, поглощающий излучение в заданном спектральном интервале. Основные параметры приемников следующие: Фп1 = 5 Ї 10-9 Вт/Гц1/2 в диапазоне 5—200Гц при Rн = 1 Χ 10 ГОм в схеме с катодным повторителем; постоянная времени при использовании золотой черни — 1—20 мкс при собственном поглощении — 10 -7—10 -8 с; вольтовая чувствительность Sv = 100 В/Вт при fм = 10 Гц, Rн = = 10 ГОм и площади чувствительного элемента 1 мм2; динамический диапазон измеряемых облученностей — 10-1 до 10-8 Вт/мм2.

Литература

1.Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. — Л.: Машиностроение, 1986. — 174 с.

2.Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Челибанов В.П. Приемники излучения: Учебное пособие для вузов. — СПб.: Папирус, 2003. — 527 с.

3.Ишанин Г.Г., Козлов В.В. Источники оптического излучения. — СПб.: Политехника, 2009. — 415 с.

ГЛАВА 19

ДЕТЕКТОРЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

19.1.Классификации детекторов

Взависимости от назначения этих приборов (контроль уровня, плотности, состава и т.д.) они могут быть проградуированы в соответствующих единицах (м, кг/м3, % и т.д.). Если же приборы предназначены для количественной характеристики самих источников или потоков ионизирующих излучений, то их шкалы могут иметь градуировку в единицах радиоактивности: беккерель (Бк), резерфорд (Рд), кюри (Ки) или в единицах ионной дозы: грей (Гр), кулон на килограмм (Кл/кг), рентген (Р), рад и др. Следует напомнить, что 1 Бк соответствует одному распаду в секунду. 1 Рд = 106 Бк, 1 Ки = 3,7·1010 Бк. 1 Гр соответствует 1 Дж поглощенной энергии ионизирующего излучения любого вида, переданной облученному веществу массой 1 кг. 1 рад соответствует поглощенной энергии в 100 эрг в 1 г вещества. 1 Гр = 100 рад, 1 Кл/кг = 3,78· 104Р. Рентген характеризует г- или рентгеновское излучение по произведенной им ионизации. Экспозиционной дозе поглощения излучения в 1Р соответствует образование в 1 см3 воздуха при нормальных условиях 2,082·109 пар однозарядных ионов.

Потоки частиц или фотонов могут изменяться в очень широких пределах от 1 до 1015 см-2сек-1. При этом энергия частиц может оказаться в диапазоне от 1 до 107 эВ. Нет таких универсальных приборов, которые в равной степени успешно можно было бы использовать для регистрации всех видов излучений,

аименно: альфа,-бета,-гамма-лучей и нейтронов.

б-частицы — это ядра гелия, возникающие, например, при распаде радиоактивных элементов с большими порядковыми номерами и, следовательно, с малыми энергиями связи. б-распад приводит к уменьшению массового числа на четыре единицы и к уменьшению порядкового номера на две единицы. Например,

88R226 ; 2H4 + 86Rn222 .

в частицы — это электроны, возникающие при распаде как естественных, так и искусственных радиоактивных элементов. После вылета в-частицы порядковый номер нового атома увеличивается на единицу, а масса практически не меняется, например,

38Sr90 ; 39Y90 + -1в0.

г излучение — это электромагнитное излучение с длиной волны меньше 10-7 мм, возникающее при самых различных ядерных реакциях.

Наконец, нейтроны 0n1 — нейтральные (заряд равен нулю) ядерные частицы с массой, равной единице.

19.2. Ионизационные камеры

Для регистрации излучений используются различные детекторы:

ионизационные камеры;

газовые счетчики;

сцинтиляционные счетчики;

полупроводниковые датчики.

Большинство детекторов излучения используют явления ионизации молекул газа с последующим собиранием возникающих ионов.

В детекторах г-лучей и нейтронов, которые не ионизируют газ непосредственно, обычно регистрируется ионизация газа от вторичных частиц, возникающих в различного рода реакциях.

19.2. Ионизационные камеры

Принцип работы ионизационной камеры описан в п. 16.6. Рассмотрим более детально некоторые вопросы, способствующие дальнейшему изложению материала.

Обычно камера имеет коаксиальные цилиндрические электроды: внешний — катод, центральный — анод (рис. 16.19). Напряженность Е электрического поля в такой системе электродов в зависимости от приложенного напряжения U и расстояния r от оси определяется как

E

U

,

(19.1)

 

r ln rk ra

где rк — радиус катоды, rа — радиус анода, ra Ѕ r Ѕ rk.

Поле в такой камере неоднородное и чем меньше rk, тем больше градиент поля по мере приближения к аноду. Из (19.1) следует, что при r ; 0 градиент поля резко возрастает и Е ; .

Перемещение электронов и положительных ионов к соответствующим электродам камеры индуцирует ток, заряжающий конденсатор С (рис. 16.19, а). (Собственно, конденсатора как такового может и не быть. Мы имеем дело с общей емкостью самой камеры, элементов монтажа и входной цепи усилителя).

Зарядка емкости С заканчивается после завершения сбора всех носителей заряда, возникающих в полости камеры. Разряд конденсатора С (в предположении, что входное сопротивление усилителя намного больше сопротивления нагрузки R) происходит по экспоненциальному закону с постоянной времени

2 RC.

Если 2 меньше усредненного интервала времени 2 и между актами ионизации газа в полости камеры, т.е. между моментами попадания ионизирующих частиц, то выходным сигналом камеры станут импульсы напряжения, и такие камеры называются импульсными.

Если же 2 >> 2 и , то камера становится интегрирующей и выходной сигнал — постоянный ток I, точнее постоянное напряжение Uвых = IR.

Для регистрации в-частиц и тем более б-частиц в камере делается окно из очень тонкой слюды, алюминиевой фольги и других пленочных материалов.