DSCF6614

184

184

Rys. 63. Charakterystyki napięciowe elektronicznych detektorów jonizacji. U_p oznacza napięcie progowe zakresu geigerowskicgo

ładunek powstały w procesie jonizacji pierwotnej, jednak w pewnym zakresie napięć proporcjonalny do niego, tzn. zależny od rodzaju i energii cząstki pierwotnej. W tym zakresie napięć zasilania pracują licz-niki proporcjonalne. Dalsze podwyższanie napięcia powoduje wzajemne nachodzenie na siebie lawin wtórnych — wchodzimy w zakres tzw. ograniczonej proporcjonalności. Wreszcie, poczynając od pewnej wartości napięcia U_p, zależnej od konstrukcji i napełnienia komory, wyładowanie obejmuje całą długość anody. W zakresie napięć zasilania powyżej U pracują liczniki Geige-ra-Miillera.

3. Liczniki GM

Poczynając od napięcia U_p nazywanego często progiem geigerowskim, impulsy napięciowe na anodzie licznika mają w przybliżeniu stalą amplitudę, zwykle rzędu 10 V. Jeśli licznik GM poddać działaniu promieniowania o stałym natężeniu i badać zależność liczby zliczeń rejestrowanych w jednostce czasu od przyłożonego napięcia, to okaże się, że istnieje przedział napięć w typowym wypadku o długości kilkudziesięciu woltów, w którym liczba zliczeń zmienia się nieznacznie - jest to tzw. plateau. Po przekroczeniu plateau rozpoczyna się zakres wyładowania ciągłego, prowadzący zwykle do uszkodzenia licznika. Względny przyrost liczby zliczeń (mierzony w procentach), przy zmianie napięcia zasilającego o 100 V, nazywa się nachyleniem plateau:

.    100%    (i)

N_v

Typowa wartość nachylenia plateau wynosi 2 -i- 5% na 100 V. Wzrost liczby rejestrowanych impulsów przy podwyższaniu napięcia powodują m. in. drobne nierówności powierzchni elektrod i zanieczyszczenia gazu licznikowego.

Ważnym parametrem charakteryzującym licznik jest jego czas martwy. Czas zbierania elektronów powstałych w procesie jonizacji wynosi ok. 10"⁶s, jednak jony dodatnie poruszają się ok. 1000-krotnie wolniej niż elektrony, co prowadzi do powstania dodatniej otoczki wokół katody i osłabienia pola elektrycznego w liczniku tak, że dalszy rozwój lawiny ulega przerwaniu, a kolejna cząstka jonizująca nie zostanie zarejestrowana. Czas, w którym licznik nie jest czuły na promieniowanie, nazywa się czasem martwym. Występowanie efektu czasu martwego powoduje, że dwie cząstki przenikające obszar licznika zostaną zarejestrowane oddzielnie (tzn. jako dwie, a nie jedna) tylko w tym przypadku, gdy rozdziela je dostatecznie długi okres czasu. Najmniejszy możliwy odstęp czasowy nazywa się czasem rozdzielczym.

Konstrukcja liczników GM oraz rodzaj materiału, z którego się je wykonuje, zależne są od ich przeznaczenia. Do badania promieniowania X i y stosuje się zwykle liczniki metalowe z cienkościennym okienkiem z miki lub mylaru. Liczniki szklane z zewnętrzną katodą grafitową (liczniki Maze’a) znajdują zastosowanie głównie przy badaniu promieniowania kosmicznego, ponieważ ze względu na duży opór pomiędzy elektrodami (warstwa szkła) i w związku z tym długi czas rozdzielczy, liczniki te nie mogą poprawnie rejestrować promieniowania o dużym natężeniu.

4. Zastosowanie

Liczniki GM nie pozwalają rozróżnić energii rejestrowanych cząstek poza przypadkiem współpracy z filtrami w zakresie niskoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego. Dlatego szczególnie ważne zastosowanie znalazły w układach tzw. hodoskopowych, które dzięki odpowiedniemu schematowi połączeń pozwalają badać rozkład przestrzenny cząstek promieniowania kosmicznego. Do określania energii służą wówczas inne przyrządy lub też stosuje się metody pośrednie (można np. umieścić aparaturę pod warstwą absorbenta, przez którą przenikają niemal wyłącznie cząstki określonego rodzaju i energii przewyższającej pewną wartość progową, zależną od grubości i składu chemicznego absorbenta). Układy hodoskopowe współpracują zwykle z detektorami śladowymi (komory Wilsona, pęcherzykowe, iskrowe) oraz innymi, np. z kalorymetrem jonizacyjnym. Tam, gdzie wymagany jest mały czas rozdzielczy aparatury, liczniki GM zastępowane są przez liczniki scyntylacyjne.