Материал: l_02
Ионизационные
Ионизационные
детекторы
детекторы
Газонаполненные
детекторы
(
счетчики
)
благодаря
хорошей
чувствительности
к
излучениям
разных
видов
,
относительной
простоте
и
дешевизне
являются
широко
распространенными
приборами
регистрации
излучений
.
Такой
детектор
представляет
собой
заполненную
газом
среду
,
в
объеме
которой
расположены
два
электрода
.
Детектор
включается
в
электрическую
цепь
,
схема
которой
показана
на
рисунке
.
Здесь
C
i
—
общая
емкость
счетчика
и
входа
усилителя
;
R
i
—
сопротивление
нагрузки
.
На
счетчик
подают
высокое
напряжение
V
,
создающее
в
газовом
объеме
счетчика
электрическое
поле
E
.
Рабочее
напряжение
,
подаваемое
на
электроды
счетчика
,
зависит
от
давления
газа
,
которое
для
различных
режимов
работы
детектора
может
меняться
в
широких
пределах
.
Регистрация
частиц
происходит
следующим
образом
.
Частица
,
попадая
внутрь
счетчика
,
вызывает
ионизацию
газа
.
Электроны
,
тяжелые
положительные
и
отрицательные
ионы
,
образованные
ионизирующей
частицей
,
двигаясь
в
электрическом
поле
,
испытывают
многократные
столкновения
,
упругие
и
неупругие
,
с
молекулами
газа
.
Средняя
скорость
направленного
движения
электронов
и
ионов
пропорциональна
напряженности
электрического
поля
и
обратно
пропорциональна
давлению
газа
.
Ионизационные
Ионизационные
детекторы
детекторы
Возникающий
ток
обусловлен
в
основном
электронами
,
так
как
их
подвижность
на
три
порядка
выше
,
чем
подвижность
тяжелых
ионов
.
Импульс
напряжения
на
сопротивление
R
i
усиливается
и
подается
на
регистрирующую
аппаратуру
.
На
рисунке
показана
зависимость
амплитуды
импульса
напряжения
на
выходе
газонаполненного
детектора
от
напряжения
на
его
электродах
(
предполагается
,
что
постоянная
времени
1 1
R C
τ
=
много
больше
времени
собирания
заряда
в
детекторе
).
Кривые
1
и
2
относятся
к
случаям
различной
начальной
ионизации
,
большей
для
кривой
2.
Эти
кривые
называют
вольт
-
амперной
характеристикой
счетчика
.
Каждую
кривую
можно
разделить
на
характерные
участки
.
На
участке
I
происходят
два
конкурирующих
процесса
:
собирание
зарядов
на
электродах
и
рекомбинация
ионов
в
газовом
объеме
.
При
увеличении
поля
скорость
ионов
увеличивается
,
что
уменьшает
вероятность
рекомбинации
.
Ионизационные
Ионизационные
детекторы
детекторы
На
участке
II
практически
все
заряды
,
образованные
в
детекторе
,
собираются
на
электродах
.
Этот
участок
кривой
называют
областью
насыщения
.
Именно
в
этой
области
работают
ионизационные
камеры
.
При
дальнейшем
увеличении
напряжения
электроны
,
созданные
в
результате
первичной
ионизации
,
ускоряются
полем
настолько
,
что
становятся
способными
при
столкновении
с
нейтральными
атомами
газа
ионизировать
их
,
т
.
е
.
создавать
некоторое
число
вторичных
ионов
.
Происходит
газовое
усиление
.
При
этом
амплитуда
импульса
сначала
растет
пропорционально
первичной
ионизации
–
это
пропорциональная
область
(
ПО
).
В
этой
области
III
работают
так
называемые
пропорциональные
счетчики
.
Область
работы
пропорциональных
счетчиков
затем
сменяется
областью
ограниченной
пропорциональности
IV
(
ООП
).
Наконец
,
на
участке
V
газовое
усиление
возрастает
настолько
,
что
собираемый
заряд
не
зависит
от
первичной
ионизации
.
Это
так
называемая
область
Гейгера
.
Однако
разряд
,
как
и
в
предыдущих
областях
,
остается
вынужденным
,
т
.
е
.
начинается
после
прохождения
ионизирующей
частицы
.
Микростриповые
Микростриповые
детекторы
детекторы
Для
очень
точного
определения
координат
частиц
используют
полупроводниковые
микростриповые
детекторы
.
Они
представляют
собой
пластины
монокристалла
кремния
,
на
одну
из
поверхностей
которых
наносятся
тонкие
электроды
(
стрипы
),
отстоящие
друг
от
друга
на
расстоянии
≈
20
мкм
,
а
другая
покрывается
металлическим
слоем
.
На
электроды
подается
напряжение
несколько
вольт
.
Электронно
-
дырочные
пары
,
образованные
пролетающей
заряженной
частицей
в
кристалле
,
двигаются
к
ближайшим
электродам
и
регистрируются
в
виде
импульсов
тока
.
Пространственное
разрешение
микростриповых
детекторов
уступает
только
ядерным
эмульсиям
и
достигает
10
мкм
.
Временн
ò
е
разрешение
– 10
−
8
с
.
Микростриповые
детекторы
,
а
также
прецизионные
многослойные
пропорциональные
камеры
и
дрейфовые
камеры
часто
используют
в
качестве
центральных
(
или
вершинных
)
детекторов
,
непосредственно
окружающих
мишень
(
или
место
столкновения
пучков
в
коллайдерах
).
Центральные
детекторы
играют
важную
роль
в
современных
экспериментах
на
ускорителях
высоких
энергий
.
Они
фиксируют
практически
со
100%-
ной
вероятностью
продукты
взаимодействия
пучка
с
мишенью
в
точке
их
зарождения
и
определяют
направление
их
вылета
.
Более
габаритные
детекторы
,
окружающие
центральный
детектор
,
предназначены
для
идентификации
этих
родившихся
и
вторичных
частиц
и
определения
их
характеристик
(
координат
,
импульсов
,
энергий
и
др
.).
Сцинтилляционные
Сцинтилляционные
детекторы
детекторы
Первый
сцинтилляционный
детектор
представлял
собой
экран
,
покрытый
слоем
ZnS
.
Вспышки
,
возникавшие
при
попадании
в
него
заряженных
частиц
,
фиксировались
с
помощью
микроскопа
.
Именно
с
таким
детектором
Гейгер
и
Марсден
в
1909
г
.
проводили
опыты
по
рассеянию
α
-
частиц
атомами
золота
,
приведшие
к
открытию
атомного
ядра
.
Обычно
световые
вспышки
от
сцинтиллятора
регистрируют
фотоэлектронными
умножителями
(
ФЭУ
).
Фотоны
,
возникшие
в
сцинтилляторе
под
действием
заряженной
частицы
,
по
светопроводу
достигают
ФЭУ
и
через
его
стеклянную
стенку
попадают
на
фотокатод
.