СЧЕТЧИКИ НЕВИДИМЫХ ЧАСТИЦ И ИЗЛУЧЕНИЙ

Пары спирта гасят разряд

Очевидно, чтобы прекратить разряд в счетчике, необ­ходимо устранить причины, которые поддерживают разряд после прохождения радиоактивной частицы через объем счетчика, другими словами, надо устранить причины, по которым в объеме счетчика возникают электроны, приво­дящие к образованию нового разряда или поддержанию уже имеющегося.

Мы только что рассмотрели, как многоатомные молеку­лы поглощают ультрафиолетовое излучение, возникающее в процессе разряда, и не дают ему возможности создавать фотоэлектроны с катода. Другой причиной возникновения вторичных электронов с катода, как мы видели на стр. 48, является нейтрализация на катоде положительных ионов большой энергии. И эта причина устраняется примесью паров спирта.

Как же это происходит? Чем объясняется такое свойство паров спирта? Объясняется это соотношением между вели­чинами потенциалов ионизации молекул спирта и аргона. Потенциал ионизации аргона 15,7 эв, спирта — около 11,3 эв. Образовавшиеся в процессе развития лавин поло­жительные ионы аргона, медленно двигаясь к катоду, пре­терпевают огромное число соударений как с нейтральными атомами основного газа, так и с молекулами спирта. Так, в счетчике АММ, в котором содержится 85% аргона и 15% паров спирта, на пути к катоду ионы аргона претерпевают около ста тысяч соударений с молекулами спирта.

Поскольку потенциал ионизации аргона выше, чем потенциал ионизации спирта, то ион аргона может оторвать один электрон от молекулы спирта и присоединить к себе, превратившись в нейтральный атом аргона. Так как на такой отрыв электрона ион аргона затратит 11,3 энергии, то оставшиеся 4,4 эв он высветит в виде кванта света, кото­рый поглотится парами спирта.

Таким образом, на катод приходят ионы спирта, обла­дающие значительно меньшей энергией. При подходе к поверхности катода ионы спирта нейтрализуются — выры­вают из металла один электрон и присоединяют к себе. Поскольку работа выхода электронов из меди 4,7 эв, то такую энергию ион спирта потратит на вырывание электро­на. Остается возбужденная молекула спирта с энергией 6,6 эв. Эту энергию молекула спирта могла бы отдать двумя способами: испустить фотон или, подойдя ближе к катоду, затратить энергию на вырывание электрона.

Однако ни того ни другого не произойдет, потому что время жизни возбужденной молекулы спирта, до того как она распадется (диссоциирует), всего лишь около 10~13 сек. Время жизни по отношению к излучению составляет около 10~7 сек., а время, необходимое иону для того, чтобы он подошел к катоду на расстояние, достаточное для вырыва­ния электрона, составляет около 10~12 сек. Из этого сле­дует, что возбужденная молекула спирта распадается на составные части—отдельные атомы или более мелкие моле­кулы — значительно раньше, чем успеет испустить фотон или подойти ближе к поверхности катода. Поэтому нового свободного электрона не образуется и разряд поддержать будет нечем — он погаснет.

Однако все же вероятность высвечивания возбужден­ной молекулы спирта хотя и малая, но имеется. В среднем будет иметь место один случай на миллион, когда возбуж­денная молекула спирта перейдет в нормальное состояние путем испускания кванта света. Но если при этом учесть, что выход фотоэлектронов из катода под действием кван­тов света невелик — всего один электрон на 10 ООО кван­тов,— то один вторичный электрон может быть образован на 10 миллиардов положительных ионов. Так как в одной лавине образуется в среднем один миллиард положитель­ных ионов, то и наблюдается один двойной импульс (второй создан за счет вторичного электрона) на 10 нормальных. По мере увеличения напряжения, приложенного к счет­чику, количество ионов, образующихся в разряде, возрас­тает. Это приводит к увеличению двойных и тройных им­пульсов. Как следствие этого мы наблюдаем наклон плато счетной характеристики счетчика. Наконец, при значитель­ном повышении напряжения на счетчике число сложных импульсов возрастает настолько, что в счетчике возникает негаснущий, непрерывный разряд.

Таким образом, мы видим, что одним из условий успеш­ного гашения разряда внутри счетчика является различие в потенциалах ионизации основного газа и паров многоатом­ной примеси. Второй характерной особенностью гасящей примеси, в частности спирта, является наличие широкой области поглощения в коротковолновой ультрафиолето­вой части спектра.

В качестве основного газа для наполнения таких счет­чиков применяют инертные газы: аргон (потенциал иониза­ции 15,7 эв), гелий (24,5 эв), криптон (13,9 эв) и другие. В качестве гасящей примеси, кроме спирта применяются метан (14,4 эв), ацетон (10,1 эв), ацетилен (11 эв) и многие Другие.

«Мертвое» время счетчика

Мы знаем, "что скорость передвижения положительных ионов примерно в 1000 раз меньше скорости передвижения электронов. Поэтому за время образования электронных лавин ионы практически остаются на месте. В результате около нити образуется плотный цилиндрический чехол из положительно заряженных ионов. По мере того, как про­исходит разряд, слой пространственного заряда положи­тельных ионов нарастает. В результате он уменьшает силу поля вблизи нити до величины, слишком малой для поддер­жания разряда. В этот момент электроны удерживаются на нити полем положительных ионов.

По мере того как положительный ионный чехол расши­ряется, передвигаясь к катоду, электроны начинают сте­кать с нити, давая начало импульсу напряжения на на­грузке. При этом очевидно, что скорость освобождения электронов на нити зависит от скорости расширения ионного чехла. А скорость движения положительных ионов приблизительно пропорциональна силе (напряженности) электрического поля счетчика, которое в цилиндриче­ском счетчике меняется обратно пропорционально расстоя­нию от нити до катода.

Таким образом, пока напряженность поля вблизи нити не восстановится до своего первоначального значения, раз­ряд в счетчике возникнуть не может, то есть счетчик не чувствует прохождения ионизирующей частицы — счет­чик находится в нерабочем «мертвом» состоянии. Счетчик будет полностью готов к работе после того, как положи­тельные ионы отойдут от нити на такое расстояние, при кото­ром напряженность поля вблизи нити примет первоначаль­ное значение. Такое положение может наступить только тог­да, когда положительные ионы придут на катод. Однако счетчик «оживает», то есть становится чувствительным зна­чительно раньше, но импульсы в этот момент будут неболь­шими. Это произойдет тогда, когда положительные ионы отойдут от нити на некоторое расстояние, называемое кри­тическим радиусом. Время, в течение которого положитель­ные ионы отойдут от нити на критическое расстояние, назы­вают мертвым временем счетчйка. В это время в счетчике вообще невозможна вспышка самостоятельного разряда.

Время, в течение которого положительные ионы движут­ся от критического расстояния до катода, называют вос­становительным временем счетчика. «Мертвое» время и время восстановления счетчиков нормальных размеров примерно равны между собой. Продолжительность их порядка нескольких сотен микросекунд[10]) и зависит от величины разности между рабочим напряжением и потен­циалом зажигания счетчика. Эту разность называют перенапряжением на счетчике.