Пропорционален брояч. Велика съветска енциклопедия - пропорционален брояч

Газоразряден детектор h-ts, създаващ, чиято амплитуда е пропорционална. енергия, отделена в неговия обем, записана с числото. С пълно спиране, h-tsy в P. s. неговите пропорции енергия h-tsy. За разлика от йонизационната камера, в близост до анода на P. s. електрически E е толкова голямо, че първичните електрони придобиват енергия, достатъчна за вторична йонизация. В резултат идва лавина от електронни новини. Отношението на общия брой събрани елементи към техния първоначален брой се нарича. коефициент на газово усилване M, който е толкова по-голям, колкото по-голяма е стойността на E/p (p - газ; в образуването участват и йони в импулса). В P. s. Обикновено се използват коаксиални електроди: катодът е цилиндър, анодът е тънка (10-100 микрона) нишка, опъната по оста на цилиндъра (фиг.). Газовото усилване се извършва близо до анода на разстояние, сравнимо с диаметъра на нишката, а останалата част от пътя електроните се движат в полето E без „възпроизвеждане“. P.s., като правило, се пълнят с инертни газове с добавяне на малко количество многоатомни газове.

Пропорционална схема брояч: а - област на дрейф на електрони; b - зона на газово усилване.

Типични характеристики на P. s.: M = 103-104 (но може да достигне 106); амплитуда на импулса = 10-2 V при електрически - капацитетът на P. s. ДОБРЕ. 20 pF; Развитието на лавината става за = 10-9-10-8 s, но в момента, в който сигналът се появи на изхода на P.S. зависи от мястото на преминаване на йонизиращата частица, т.е. от времето на дрейфа на първичните електрони към анода. При радиус = 1 cm и налягане 1 atm, времето за реакция на P. s. спрямо полета h-tsy = 10-7-10-8 s достига 10-6 s.

P.S. се използват за регистриране на всички видове черно: а-частици, електрони, фрагменти от делене атомни ядраи др., както и за неутрони, гама и рентгенови лъчи. кванти При незареден h-ts вторични заряди се записват. частици, възникващи в процеса на взаимодействие на неутрални частици с газа, запълващ брояча (електрони, протони на отката и др.).

P.S. играе важна роля в развитието на отровата. физика от предвоенния период, като заедно с йонизацията. камерата е почти уникална. електронен спектрометричен детектор.

В края на 60-те години. по физика h-ts високоенергии, пропорционална камера, състояща се от голямо число(102-103) P.s. разположени в същата равнина и често в същия газов обем. Тази геометрия позволява Регистрацияв отделни П. с. определяне на местоположението на прохода. Разстоянието между съседни анодни нишки. =1-2 mm, разстояние между равнините на анода и катода =1 cm, време на разрешаване =10-7 s. Развитие на микроелектрониката и прилагане в експерименти. технологията направи възможно създаването на камери, състоящи се от десетки хиляди нишки, свързани с компютър, който запомня и обработва цялата информация от пропорциите. камери. Такава камера е едновременно високоскоростен и детектор за следи.

През 70-те години Появи се дрейф камера, в която дрейфът на електрони, предшестващ образуването на лавина, се използва за измерване на координатите на мястото на преминаване на обект. Редуващи се аноди и катоди отделно. P.S. в една равнина и чрез измерване на времето на дрейф на нишките е възможно да се измери местоположението на нишката, преминаваща през камерата с висока точност (= 0,1 mm) с брой нишки = 10 пъти по-малко от пропорционално. камера.

P.S. използвани като отрова. физика и физика х-цвисоки енергии (в експерименти на ускорители и в космически лъчи), както и в астрофизиката, геологията, археологията и др. С помощта на PS, инсталиран на Луноход-1, използвайки рентгеновия спектър. флуоресценцията е получена от химически. елементен анализ на повърхността на Луната.

Физически енциклопедичен речник. - М.: Съветска енциклопедия. . 1983 .

Газоотделяне детекторчастици, които създават сигнал, чиято амплитуда е пропорционална на енергията, освободена в обема му от детектираната частица. При пълно забавяне на частицата в обема на P. s. амплитудата на сигнала е пропорционална на енергията на частицата, т.е. също е спектрометър. PS, подобно на други газоразрядни, е газов обем (от няколко cm 3 до няколко литра) с 2 електрода. От дизайна йонизационна камера P.S. отличава се с формата на анода под формата на тънка нишка или връх, за да се осигури значително по-високо електрическо напрежение в близост до анода. полета, отколкото в останалото пространство между анода и катода. Наиб. Цилиндричните са често срещани. PS, където катодът е метален. цилиндър (тяло на измервателния уред), вътре в който е опъната аксиално тънка тел - анод (фиг. 1).

Ориз. 1. Схема на пропорционален брояч: И - източник на частици.

Зареждане частица с енергия създава в газ П 0 =/Wелектронно-йонни, където - йонизацияонални загубиенергия на частиците, У- ср образуване на двойка електрон-йон. Импулсът на тока (напрежението), който възниква при съпротивление L, е пропорционален на импулса (1-100 mV) и се усилва и изпраща към електронно устройство за запис (анализ или съхранение).

Усилване на газта. Първични електрони, образувани от заряд. частица в резултат на йонизация на газа под въздействието на електричество. полетата се движат към анода, многократно се сблъскват с атоми по пътя (фиг. 2). Тези сблъсъци са частично нееластични, тъй като те губят електрони. част от тяхната енергия и не могат да получат енергия, достатъчна за йонизиране на газови атоми (20-30 eV). В цилиндрични P.S. електрически поле E~, където е разстоянието на частицата до нишката (фиг. 3). Следователно има последователност между двете. сблъсъци, електроните, приближаващи се до анода, получават непрекъснато нарастващи кинетични стойности. енергия, а на известно разстояние от нишката енергията става достатъчна за йонизация. Получените вторични електрони, заедно с първичните, участват в последващата лавинообразна йонизация на газа (усилване на газа). Коеф. газово усилване М- отношението на броя на електроните, пристигащи на нишката, към броя на първичните електрони. Формата на електронно-йонната лавина в близост до анода силно зависи от стойността М:в 10< М< 100 лавината е под формата на капка по посока на пристигането на електрони към анода; в 10 2<М<10 4 . лавината става сърцевидна, издължена по посока на пристигането на електрони; при М>10 4 лавината покрива напълно анода - тогава пропорционалността между П 0 и амплитудата на сигнала. Размерът на лавината по дължината на анода на телта се увеличава с увеличаване Мот части от mm до няколко. мм.

Ориз. 2. Механизъм на действие на пропорционалния брояч: - първична зона на електронен дрейф - зона на лавина.

По време на сблъсъци се образуват и възбудени атоми, които се „светят” (UV лъчение) за време ~10 -8 s. Фотонната енергия почти винаги надвишава работна функцияелектрони от повърхността на катода, следователно изтръгнатите (с вероятност ~10 -4) фотоелектрони също се придвижват към анода, усложнявайки картината на разряда и образувайки лавинообразна серия - последователно затихваща верига от импулси, отдалечени един от друг за продължителността на движението на електроните от катода към анода. Фотоелектронна емисиямогат да бъдат отслабени, ако в състава на газа в допълнение към инертните (Ar, Kr, Xe) се въведат многоатомни газове (CH 2, C 2 H 2, CO 2 и др.), Които абсорбират UV радиация. Тъй като електроните абсорбират газове и пари с електронен афинитет (O 2, H 2 O, халогени), тогава те са в смес от P. s. трябва да бъде мин. количество (O 2 ~10 -5 cm 3).

Ако пренебрегнем влиянието на пространствения заряд върху лавината от полож. йони, залепванеелектрони и фотоелектронна емисия, тогава

където е йонизационното число. сблъсъци на електрони на път от 1 cm (първи коефициент на Таунсенд), зависи от силата на полето Д,налягане r и вид газ. В приближението на Роуз-Корф, където a = нК(К- характеристики на газа, Н-плътност на газа, - енергия на електрони),

Тук C=- метър капацитет на единица дължина, - напрежение на електродите, - напрежение, съответстващо на началото на лавината. При

(фиг. 4). Поради статистически характер на лавинния процес V вне е ясна характеристика на P. s., следователно V вопределя се от пресечната точка на правия участък на зависимостта lnM(F 0) с абсцисната ос. Линейната връзка продължава до М~ 10 4 . С по-нататъшно увеличаване на F 0 зависимостта престава да бъде линейна (главно поради влиянието на фотоелектронната емисия и пространствения заряд на йоните).

Регион M~ 10 4 -10 6 наречени. зона с ограничена пропорционалност. Голям Мможе да доведе до повреда (фиг. 5). За да се предотврати разрушаването, се използват охлаждащи примеси - органични. газове (CH 4, пропан, изобутан, C 2 H 5 OH, метилал и др.), които имат голямо напречно сечение за фотоабсорбция, дисоциация и прехвърляне на възбуждане към сложна молекула. Органична добавка газът стабилизира процеса на усилване на газа в широк диапазон V 0 ,въпреки че самото напрежение, необходимо за необходимото М,се увеличава.

Формиране на сигнал.Приносът към амплитудата на импулса, дължащ се на движението на първичните йони и електрони, е малък.

Време за развитие на лавина<10 -9 с, однако вследствие того, что электроны в лавине проходят сравнительно малые расстояния (большинство электронов рождаются только на последних стадиях лавины), вклад электронной в полную амплитуду импульса 10%. Положит. ионы, большинство к-рых расположено от поверхности нити на расстоянии ср. пробега электронов в лавине (15 мкм), после окончания лавины начинают двигаться к катоду, индуцируя изменение потенциала на нём во времени T:

Тук д- електронен заряд, - подвижност на йони (вж. Мобилностелектрони и йони), n 0- брой първични йони. Стойността на DV, причинена от движението на йони, първо нараства линейно, след това логаритмично; достига макс. стойности (DV max = emp 0 / C) вмоментът на пристигането ще накара всички да почиват. йони след (15)·10 -3 s от момента на образуване на лавината (фиг. 6). Импулсът достига половината от стойността от своя максимум за (15) 10 -6 s, следователно, за да се получи висока времева разделителна способност, входните вериги на усилвателя използват диференциращи вериги (= RC) или линии на забавяне.Така, в случай на траектория на частица (писта), успоредна на анода, е възможно да се получат импулси с продължителност< 10 -7 с. При произвольной ориентации трека ширина импульса определяется разностью во временах дрейфа первичных электронов от начала (А) и край ( IN) писта към анода (фиг. 2). Тези времена могат да достигнат 0,1-10 µs. Времето на забавяне на импулса на изхода на PS е от същия порядък. от момента на първичната йонизация, което ограничава възможностите за използване на P. s. V съвпада метод.

Ориз. 6. Времево развитие на сигнала при различни .

Енергийна разделителна способност.Статистически в броя на първичните йони н 0, както и колебанията М"размиват" амплитудата на импулсите и определят максимално достижимата енергия. разрешение P. s. (тези компоненти са приблизително равни по размер един на друг). Енергия резолюцията се изразява приблизително чрез отношението

Увеличаването на разпространението на амплитудата на импулса може да бъде причинено от несъвършенства в дизайна, което води до изкривяване на електрическото разпределение. полета на анода и макс. Важното е последователността в дължината на P. s., например. 1 µm може да причини амплитудно разпространение от ~50%. Голямо влияние върху енергията. разделителната способност се определя от стабилността на V 0 (0,05%) и чистотата на газа. При инертните газове CO 2, CH 4 и др. не се наблюдава прилепване на електрони, но дори присъствието е незначително. количество (<0,1%) электроотрицат. молекул Н 2 О, СО, О 2 , С 2 и т. д. приводит к значит. ухудшению энергетич. разрешения, т. к. амплитуда импульса становится зависимой от места образования первичных электронов. Добавки нек-рых газов с потенциалом ионизации, меньшим потенциала ионизации осн. газа, могут приводить к уменьшению ср. энергии, затраченной на образование пары ионов, следовательно к улучшению разрешения.

Времеви характеристики.Макс. регистрация на P. s. зависи от налягането и състава на газовата смес и дебелината на анодния проводник. При високи скорости на регистрация, електронната лавина, образувана в нерелаксирания пространствен заряд от предишната лавина, отслабва. Това затихване се разпределя по случаен закон и предизвиква не само намаляване на амплитудата на импулсите, но и влошава енергията. разрешение. При М=10 4 10 5 макс. скоростта на броене е 10 5 - 10 6 s -1. За P. s. На практика е невъзможно да се посочи момент, в който той изобщо да не реагира. Това обстоятелство позволява използването на P. s. за откриване на радиация с висок интензитет. В този случай често е достатъчно да не регистрирате отдел. импулси, а средният йон с помощта на интегриращи вериги.

Приложение.Ефективността на P. s. към a-частици, фрагменти от ядрено делене, протони, електрони и меки g-кванти е близо до 100%. За да регистрирате тези частици в P. слюда или органични. филми Понякога източникът на радиация се поставя вътре в обема на P. s. За регистрация и с енергии до 1 MeV се използват фотоволтаици. високо налягане (до r = 150 atm) в маг. поле. Измерването на енергията на g-квантите е свързано с фотоелектричния ефект в запълващия газ. За до 1020 keV ефективността на P. s. 80%, а за по-големите е необходим Xe (фиг. 7; вж Гама лъчение).

При изследване космически лъчисъздаване на големи зони за регистрация. Използвайки високата времева разделителна способност на PS, е възможно да се различи една частица от няколко. частици на бурята, преминаващи през P. s.

Ориз. 7. Амплитуден диференциал на пропорционален брояч, запълнен с Xe, върху честотата на характерното излъчване Cu и източник на 241 Am.

Големите колебания в образуването на d-електрони не позволяват получаването на добра енергия. резолюция от малки дялове енергия, останала в P. s. бърза частица.

За регистриране на неутрони P. s. изпълнен с газове 3 He или 10 BF 3. Неутроните се улавят от ядра 3 He и 10 V с последващо освобождаване на заряд от тях. частици с енергия около 1 MeV. Йонизацията от тези частици е многократно по-голяма от йонизацията от g-квантите, които постоянно присъстват в неутронните потоци. По този начин, чрез въвеждане на амплитудна дискриминация, е възможно напълно да се направи P. s. нечувствителен към g-фон. За неутрони с енергия ~10 keV с помощта на P. s. тяхната енергия може да бъде измерена чрез големината на пиковото изместване в диференциала на амплитудата. спектър от улавянето на неутрони от ядро 3 He или от големината на импулсите от ядрата на отката, когато броячът е пълен с леки газове H 2 или 4 He (вж. Неутронни детектори).

P.S. използвани за измерване на малки удари. дейности. от Гайгеров броячотличава се със способността си да освобождава моноенергийна енергия. линии от обв. радионуклиди на фона на непрекъснато разпределен фон в широк енергиен диапазон. диапазон от 1 до 103 keV.

Като спектрометър P. s. непълноценен полупроводникови детектори,въпреки това, надеждността и простотата позволяват използването му, ако не се изисква висока енергия. разрешение. P.S. ви позволява да работите в енергийната област от ~0,2 keV, където не е приложимо. В сравнение с сцинтилационен детектор P.S. има най-добрата енергия. резолюция, по-малък, нечувствителен към магнитни полета. поле. P.S. работи в температурен диапазон ~10-10 3 K.

P.S. използвани при учене бета разпадядра (масови оценки), изследване на фината структура на спектъра, изомерни състояния на ядра (вж. ядрен изомеризъм),при откриване на ядрено улавяне Л- електрон (вж Електронно улавяне),изследване на слаби пикове на преобразуване (вж Вътрешно преобразуване) и в други случаи. Използва се и в астрофизиката, археологията, геологията, медицината и др. Nek-swarm industrial. приложението се основава на зависимостта на лавинния разряд от напрегнатостта на полето при анода и чистотата на запълващия газ (контрол на диаметъра и качеството на повърхността на микродрайвовете, газов анализатор в газова хроматография и др.). С помощта на P. s., инсталиран на Луноход-1. чрез рентген флуоресценция е извършен елементен анализ на веществото на лунната повърхност. Лит.: Rice-Evans P., Spark, стример, пропорционални и дрейфови камери, L., 1974; Sau1i F., Принципи на работа на многожични пропорционални и дрейфови камери, Gen., 1977; 3аневски Ю. В., Телни детектори на елементарни частици, М., 1978; Sanada J., Разрастване на лавината около анодния проводник в газов брояч, "Nucl. Instr. and Meth.", 1982 г., v. 196, стр. 23; Sau1i F., Основни процеси в проекция на времето като детектори, в книгата: Time projection chamber 1st workshop., Vancouver, 1983, N. Y., 1984; Йонизационни намерения във физиката на високите енергии, М., 1988. А. П. Стрелков, Б. Ситар.

Физическа енциклопедия. В 5 тома. - М.: Съветска енциклопедия. Главен редактор А. М. Прохоров. 1988 .

Уикипедия

пропорционален брояч- Газоразряден брояч, работещ в несамостоятелен газоразряден режим, при който зарядът в импулса е пропорционален на първичната йонизация, а коефициентът на усилване на газа е по-голям от единица и не зависи от първичната йонизация. [ГОСТ 19189 73]… … Ръководство за технически преводач

пропорционален брояч- proporcingasis skaitiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: англ. пропорционален брояч vok. Proportionalzähler, м рус. пропорционален брояч, m pranc. compteur proporcionel, m … Automatikos terminų žodynas

пропорционален брояч- Детектор, използващ пропорционално газово усилване на първоначалната йонизация... Политехнически терминологичен тълковен речник - представлява устройство, използвано за определяне на общото количество енергия, преминало през него за определен период от време до мястото на потребление. E. енергия (работа), изразходвана за определено време, се определя от произведението на E. мощност... ... Енциклопедичен речник F.A. Brockhaus и I.A. Ефрон

- (Обсерватория за високоенергийна астрономия) HEAO2/Обсерватория на името на. Организацията на Айнщайн ... Уикипедия

Уреди за регистриране на атомни и субатомни частици. За да бъде открита частица, тя трябва да взаимодейства с материала на детектора. Най-простите детектори (броячи) записват само факта, че частица удари детектора; Повече ▼... ... Енциклопедия на Collier

Нека първо анализираме поведението на напълнените с газ газоразрядни тръби, които са показани схематично на фиг. 6.4. Какво се случва, ако увеличите напрежението между централния проводник и корпуса на камерата? Изходният сигнал варира в зависимост от приложеното напрежение (фиг. 6.5). Графиката показва изходния сигнал на устройството при преминаване на електрон и -частица през него. В този случай различните участъци от кривите отразяват следното:

Ориз. 6.4. Напълнен с газ детектор и устройство за регистриране на токови импулси от йонизиращи частици, преминаващи през газов обем.

Ориз. 6.5. Изходният импулс на напълнения с газ детектор, показан на фиг. 6.4, като функция на напрежението Прекъснатата хоризонтална линия е нивото на дискриминация за брояча на Geiger-Müller. Двете криви са реакцията на бърз електрон и хелиево ядро. Диапазоните са описани в текста.

Ориз. 6.6. Принципът на пропорционалния брояч, използван в рентгеновата астрономия.

А. Има значителна рекомбинация, така че не всички свободни електрони, произтичащи от преминаването на заредена частица, достигат до анода.

B. Напрежението е достигнало достатъчна величина, за да стане рекомбинацията незначителна.

C. Това е много важна област. При такива напрежения свободните електрони, които се приближават достатъчно близо до анода, придобиват енергия, достатъчна за образуване на нови двойки електрон-йон. Това може да доведе до много силно увеличение на амплитудата на импулса на напрежението на изхода, което след това се записва от електронната схема на измервателния уред. На практика те се опитват да доставят възможно най-високо напрежение на тези устройства. Той се повишава, докато се запази линейността на изходния сигнал на измервателния уред, т.е. Общият брой на вторичните електрон-йонни двойки обаче е пропорционален на броя на електрон-йонните двойки, образувани по време на преминаването на космическата частица. Тази секция се нарича пропорционална област, а устройствата, работещи в този режим, се наричат пропорционални броячи.

Г. Пропорционалността изчезва.

Д. При най-високите напрежения всяка частица, която произвежда дори минимална йонизация, ще произведе импулс с голяма амплитуда на изхода. В този случай устройството работи в режим на насищане.

Пропорционалните измервателни уреди са много по-напред от всички подобни устройства по своята важност. Вярно е, че поради малкия си размер в сравнение с обхвата на енергийните частици, те рядко се използват за откриване на заредени частици (въпреки че, разбира се, те се задействат, когато частица космически лъч преминава през техния чувствителен обем). Те се използват предимно като детектори на рентгенови лъчи в енергийната област. Именно с помощта на такива детектори са направени повечето от последните големи открития в рентгеновата астрономия (вижте по-долу). Нека разгледаме по-подробно дизайна, чувствителността и честотната характеристика на детекторите, инсталирани на сателити и ракети (фиг. 6.6). През входа прониква рентгенов фотон

прозорец в обема вътре в корпуса и се абсорбира поради фотоелектричния ефект в газа, нокаутирайки фотоелектрона. Възбуден атом се връща в основно състояние чрез излъчване на флуоресцентен рентгенов квант или излъчване на Оже електрон. Фотоелектронът има достатъчно енергия, за да йонизира други атоми на газа, така че в крайна сметка, както в случая на йонизационни загуби, се образува една двойка електрон-йон за всяка енергия на падащия рентгенов фотон. Тези двойки се движат в зона с висока интензивност, където броят на двойките се увеличава с коефициент 10, след което се записва сигнал. Това усилване е достатъчно, за да произведе сигнал, който може да бъде открит от електронна верига.

Нека разгледаме енергийната функция на реакцията на детектора. Вероятността за поглъщане на фотон с енергия Ni в противоположния газ е

където са съответно коефициентите на поглъщане, дебелината на прозореца и дълбочината на газовата междина. Нека разгледаме процеса на абсорбция върху -обвивките на атоми от различни материали. Типична крива на коефициента на масово поглъщане е показана на фиг. 4.1. Между границите

Ориз. 6.7. Вероятността за поглъщане на рентгенов фотон в основния обем на пропорционален брояч с пълнене с аргон, без да се отчита поглъщането в прозореца; сечение на фотоелектрично поглъщане, дебелина на газовия слой.

Ориз. 6.8. Вероятността за поглъщане на рентгенов фотон в газовия обем на пропорционален брояч (фиг. 6.7) с прозорец, направен от органичен материал като Mylar.

абсорбция, напречното сечение на абсорбция o е пропорционално и следователно за входния прозорец се избира материал с малък газ, а газът - с максимално възможен

Помислете сега като функция на енергията за пълен с аргон детектор и входен прозорец, направен от милар (органична пластмаса). Ако се вземе предвид само аргонът, изходният сигнал ще има формата, показана на фиг. 6.7. Абсорбцията в прозореца влияе на формата му и изглежда както на фиг. 6.8. Виждаме скок, когато се приближаваме до границата на въглеродна абсорбция, но в противен случай изходът на детектора се определя до голяма степен от типа газ и материала на входния прозорец. Възможно е да се произведе Mylar филм толкова дебел, колкото може да достигне дебелината на аргоновия слой.При производството на такива устройства, разбира се, възникват значителни проблеми, например изтичане на газ, което е неизбежно за толкова тънки прозорци. За работа върху сателити е необходимо да се използват по-дебели прозорци, което ограничава работния енергиен обхват, тъй като за наблюдения са достъпни само фотони с по-висока енергия.Понякога прозорците се правят от берилиево фолио. За работа при най-ниски енергии се използват много тънки прозорци; в този случай е необходима система за газов поток, за да се поддържа постоянно налягането на газа в детектора. Енергийната разделителна способност може да се подобри с помощта на филтри и, разбира се, тъй като броячът е пропорционален, ние получаваме информация за енергията на всеки входящ фотон от амплитудата на изходния сигнал. Точността на определяне на фотонната енергия е ограничена от статистическите колебания в броя на изхвърлените електрони. Например, при фотонна енергия, дори ако ефективността на детектора достигне 100%, ще се образуват около 300 електрон-йонни двойки и статистическата точност трябва да е по-лоша от т.е. най-добре 5%. Обикновено е малко по-зле.

Имайте предвид, че устройствата са пълни с инертни газове, което означава, че по-голямата част от фотонната енергия се преобразува в кинетичната енергия на електроните. Ако се използва молекулен газ, тогава част от неговата енергия ще бъде преразпределена между нивата, съответстващи на вибрационните и ротационните степени на свобода.

При пропорционалните броячи облакът от електрони е доста компактен, така че е възможно да се измисли дизайн на устройство, което би позволило да се определи местоположението на регистрация на всеки рентгенов квант. Това се прави в позиционно-чувствителни детектори. Позицията на точката, в която облакът от електрони достига анода, може да се измери чрез съотношението на зарядите, отстранени от всеки край на жицата, тъй като зарядът, разпространяващ се по жицата в противоположни посоки, се разпределя обратно пропорционално на дължината на сегмента от точката на събиране до края на жицата. За определяне на втората координата на мястото на регистрация могат да се използват многожилни аноди, а проводникът, по който тече зарядът, дава координатата в посока, ортогонална на анода. Алтернативна схема е да се инсталират две равнини на взаимно перпендикулярни анодни и катодни проводници, по които всяко събитие е локализирано.

Тази модификация е особено важна за рентгеновите телескопи, които фокусират рентгеновите лъчи във фокалната равнина и записват двуизмерно изображение на рентгеновото небе.

Пропорционален брояч

Недостатък на йонизационната камера са много ниските токове. Този недостатък на йонизационната камера е преодолян в йонизационните детектори с газово усилване. Това прави възможно откриването на частици с енергия< 10 кэВ, в то время как сигналы от частиц таких энергий в ионизационных камерах "тонут" в шумах усилителя.
Газовото усилване е увеличаване на броя на свободните заряди в обема на детектора поради факта, че първичните електрони по пътя си към анода в силни електрически полета придобиват енергия, достатъчна за ударна йонизация на неутралните атоми на работната среда на детектора. . Новите електрони, които възникват в този случай, от своя страна успяват да придобият енергия, достатъчна за йонизация чрез удар. Така нарастваща електронна лавина ще се придвижи към анода. Това „самоусилване“ на електронния ток (коефициент на газово усилване) може да достигне 10 3 -10 4. Този режим на работа съответства пропорционален брояч (камера). Името отразява факта, че в това устройство амплитудата на токовия импулс (или общия събран заряд) остава пропорционална на енергията, изразходвана от заредената частица за първичната йонизация на средата на детектора. По този начин пропорционалният брояч може да изпълнява функциите на спектрометър, подобно на йонизационна камера. Енергийната разделителна способност на пропорционалните броячи е по-добра от тази на сцинтилационните броячи, но по-лоша от тази на полупроводниковите броячи.
Структурно, пропорционалният брояч обикновено се прави под формата на цилиндричен кондензатор с анод под формата на тънка метална нишка по оста на цилиндъра (фиг. 1), което осигурява напрегнатост на електрическото поле в близост до анода, което е значително по-висока, отколкото в останалата част от зоната на детектора. При потенциална разлика между анода и катода от 1000 волта, напрегнатостта на полето в близост до анодната нишка може да достигне 40 000 волта/cm, докато при катода е равна на стотици волта/cm.

Ако потенциалната разлика между анода и катода се увеличи допълнително и коефициентът на усилване на газа се увеличи до стойности> 10 4, тогава пропорционалността между енергията, загубена от частицата в детектора, и големината на токовия импулс започва да развалят се. Устройството преминава в режим на ограничена пропорционалност и вече не може да се използва като спектрометър, а само като брояч на частици.
Времевата разделителна способност на пропорционалния брояч може да достигне 10 -7 s.
Пропорционалните броячи се използват за регистриране на алфа, бета частици, протони, гама лъчи и неутрони. Пропорционалните броячи най-често се пълнят с хелий или аргон. При регистриране на заредени частици и гама-кванти се използват тънки входни прозорци, за да се избегне загубата на енергия от частиците преди регистрацията. Понякога източникът се поставя в обема на брояча. Ефективност на откриване на меки гама кванти с енергия< 20 кэВ >80%. За да се увеличи ефективността на записване на по-енергични гама-кванти, се използва ксенон.
При регистриране на неутрони пропорционалните броячи се пълнят с газове 3 He или 10 BF 3 . Използвани реакции

Пропорционален брояч,газоразрядно устройство за регистрация йонизиращо лъчение , създавайки сигнал, чиято амплитуда е пропорционална на енергията на детектираната частица, загубена в обема си при йонизация. Заредена частица, преминавайки през газа, който изпълва частицата, създава двойки йон-електрон по пътя си, чийто брой зависи от енергията, загубена от частицата в газа. При пълно забавяне на частицата в P. s. импулсът е пропорционален на енергията на частицата. Както в йонизационна камера , под въздействието на електрическо поле, електроните се придвижват към анода, йоните - към катода. За разлика от йонизационната камера в близост до анода на P. s. полето е толкова силно, че електроните придобиват енергия, достатъчна за вторична йонизация. В резултат на това, вместо всеки първичен електрон, лавина от електрони пристига към анода и общият брой електрони, събрани в анода на PS, е многократно по-голям от броя на първичните електрони. Съотношението на общия брой събрани електрони към първоначалния брой се нарича коефициент на усилване на газа (йоните също участват във формирането на импулса). В P. s. Обикновено катодът е цилиндър, а анодът е тънък (10-100 µm) метална нишка, опъната по оста на цилиндъра (вж. ориз. ). Газовото усилване се извършва близо до анода на разстояние, сравнимо с диаметъра на нишката, а останалата част от пътя електроните се движат под въздействието на полето без „възпроизвеждане“. P.S. изпълнен с инертни газове (работният газ не трябва да абсорбира дрейфиращи електрони) с добавяне на малко количество многоатомни газове, които абсорбират фотони, генерирани в лавини.

Типични характеристики на P. s.: коефициент на усилване на газа 10 3 -10 4 (но може да достигне 10 6 или повече); амплитуда на импулса 10 - 2 Vс капацитет P. s. около 20 PKF; Развитието на лавина става в рамките на 10 - 9 - 10 - 8 секунди обаче в момента, в който се появи сигнала на изхода на P.S. зависи от мястото на преминаване на йонизиращата частица, т.е. от времето на дрейф на електроните към нишката. На радиус 1 сми налягане 1 банкоматвреме на забавяне на сигнала спрямо преминаването на частицата 10 - 6 сек.Според енергийната разделителна способност на P. s. превъзхождащ сцинтилационен брояч , но по-ниско полупроводников детектор. Въпреки това, P. s. ви позволяват да работите в областта на енергиите< 1 кев, където полупроводниковите детектори не са приложими.

P.S. се използват за регистриране на всички видове йонизиращи лъчения. Има P. s. да регистрирам a - частици, електрони, фрагменти от ядрено делене и др., както и за неутрони, гама и рентгенови кванти. В последния случай се използват процеси на неутронно взаимодействие, g - и рентгенови кванти с газ, запълващ брояча, в резултат на което се образуват регистрирани фотони. вторично заредени частици (вж Неутронни детектори ). P.S. изигра важна роля в ядрената физика през 30-те и 40-те години. 20 век, като заедно с йонизационната камера е практически единственият спектрометричен детектор.

Второ раждане на P. s. получени във физиката на частиците с висока енергия в края на 60-те години. под формата на пропорционална камера, състояща се от голям брой (10 2 -10 3) P. s., разположени в една и съща равнина и в същия газов обем. Такова устройство позволява не само да се измери йонизацията на частица във всеки отделен брояч, но и да се запише мястото на нейното преминаване. Типични параметри на пропорционални камери: разстояние между съседни анодни нишки 1-2 mm,разстояние между равнините на анода и катода 1 см; време за разрешаване 10 - 7 сек.развитие микроелектроника и въвеждането на компютрите в експерименталната технология направи възможно създаването на системи, състоящи се от десетки хиляди отделни нишки, свързани директно към компютър, който съхранява и обработва цялата информация от пропорционалната камера. По този начин той е едновременно високоскоростен спектрометър и детектор за следи.

През 70-те години се появи дрейфова камера, в която дрейфът на електроните, предхождащ образуването на лавина, се използва за измерване на местоположението на полета на частица. Редуването на анодите и катодите на отделните P. s. в една равнина и чрез измерване на времето за дрейф на електрони е възможно да се измери местоположението на частицата, преминаваща през камерата с висока точност (0,1 мм) с брой нишки 10 пъти по-малък от този в пропорционалната камера. P.S. се използват не само в ядрената физика, но и във физиката космически лъчи , астрофизика, технологии, медицина, геология, археология и др. Например с помощта на P. s., инсталиран на Луноход-1. Химичен елементен анализ на веществото на лунната повърхност е извършен с помощта на рентгенова флуоресценция.

Лит.:Векслер В., Грошев Л., Исаев Б., Йонизационни методи за изследване на радиацията, М. - Л., 1949; Принципи и методи за регистрация на елементарни частици, прев. от англ., М., 1963; Калашникова В.И., Козодаев М.С., Детектори на елементарни частици, М., 1966 (Експериментални методи на ядрената физика, [част 1]).

В. С. Кафтанов, А. В. Стрелков.

Схема на пропорционален брояч: а - област на дрейф на електрони; b - зона на газово усилване.

Голяма съветска енциклопедия М.: "Съветска енциклопедия", 1969-1978 г.

ПРОПОРЦИОНАЛЕН БРОЯЧ- газоразрядни детекторчастици, които създават сигнал, чиято амплитуда е пропорционална на енергията, освободена в обема му от детектираната частица. При пълно забавяне на частицата в обема на P. s. амплитудата на сигнала е пропорционална на енергията на частицата, т.е. е едновременно и . P.s., подобно на други газоразрядни детектори, представлява газов обем (от няколко cm 3 до няколко литра) с 2 електрода. От дизайна йонизационна камера P.S. отличава се с формата на анода под формата на тънка нишка или връх, за да се осигури значително по-високо електрическо напрежение в близост до анода. полета, отколкото в останалото пространство между анода и катода. Наиб. Цилиндричните са често срещани. PS, където катодът е метален. цилиндър (тяло на измервателния уред), вътре в който е опъната аксиално тънка тел - анод (фиг. 1).

Ориз. 1. Схема на пропорционален брояч: И - източник на частици.

Зареждане частица с енергия създава в газ П 0 =/Wелектрон-йонни двойки, където - йонизацияонални загубиенергия на частиците, У- ср енергия на образуване на двойка електрон-йон. Импулсът на тока (напрежението), възникващ при съпротивлението L, пропорционално на импулса (1-100 mV), се усилва и изпраща към записващо (анализиращо или съхраняващо) електронно устройство.

Усилване на газта. Първични електрони, образувани от заряд. частица в резултат на газ, под въздействието на електричество. полетата се движат към анода, многократно се сблъскват с атоми по пътя (фиг. 2). Тези сблъсъци са частично нееластични, тъй като те губят електрони. част от тяхната енергия и не могат да получат енергия, достатъчна за йонизиране на газови атоми (20-30 eV). В цилиндрични P.S. електрически поле E~, където е разстоянието на частицата до нишката (фиг. 3). Следователно има последователност между двете. сблъсъци, електроните, приближаващи се до анода, получават непрекъснато нарастващи кинетични стойности. енергия, а на известно разстояние от нишката енергията става достатъчна за йонизация. Получените вторични електрони, заедно с първичните, участват в последващата лавинообразна йонизация на газа (усилване на газа). Коеф. газово усилване М- отношението на броя на електроните, пристигащи на нишката, към броя на първичните електрони. Формата на електронно-йонната лавина в близост до анода силно зависи от стойността М:в 10< М< 100 лавината е под формата на капка по посока на пристигането на електрони към анода; в 10 2<М<10 4 лавината става сърцевидна, издължена по посока на пристигането на електрони; при М>10 4 лавината покрива напълно анода - тогава пропорционалността между П 0 и амплитудата на сигнала. Размерът на лавината по дължината на анода на телта се увеличава с увеличаване Мот части от mm до няколко. мм.

Ориз. 2. Механизъм на действие на пропорционалния брояч: - първична зона на електронен дрейф - зона на лавина.

Ако пренебрегнем влиянието на пространствения фактор върху лавината. йони, залепванеелектрони и фотоелектронна емисия, тогава

където е йонизационното число. сблъсъци на електрони на път от 1 cm (първи коефициент на Таунсенд), зависи от силата на полето д, налягане r и вид газ. В приближението на Роуз-Корф, където a = нК (К- характеристики на газа, н- газ, - електронна енергия),

Регион M~ 10 4 -10 6 наречени. зона с ограничена пропорционалност. Голям Мможе да доведе до повреда (фиг. 5). За да се предотврати разрушаването, се използват охлаждащи примеси - органични. газове (CH 4, пропан, изобутан, C 2 H 5 OH, метилал и др.), които имат голямо напречно сечение за фотоабсорбция, дисоциация и прехвърляне на възбуждане към сложна молекула. Органична добавка газът стабилизира процеса на усилване на газа в широк диапазон V 0, въпреки че самото напрежение, необходимо за необходимото М, се увеличава.

Кондициониране на сигнала. Приносът към амплитудата на импулса, дължащ се на движението на първичните йони и електрони, е малък.

Време за развитие на лавина<10 -9 с, однако вследствие того, что электроны в лавине проходят сравнительно малые расстояния (большинство электронов рождаются только на последних стадиях лавины), вклад электронной компоненты в полную амплитуду импульса 10%. Положит. ионы, большинство к-рых расположено от поверхности нити на расстоянии ср. пробега электронов в лавине (15 мкм), после окончания лавины начинают двигаться к катоду, индуцируя изменение потенциала на нём во времени T:

Тук д- електронен заряд, - подвижност на йони (вж. Мобилностелектрони и йони), n 0- брой първични йони. Стойността на DV, причинена от движението на йони, първо нараства линейно, след това логаритмично; достига макс. стойности (DV max = emp 0 / C) вмоментът на пристигането ще накара всички да почиват. йони към катода след (15)·10 -3 s от момента на образуване на лавината (фиг. 6). Импулсът достига половината от стойността от своя максимум за (15) 10 -6 s, следователно, за да се получи висока времева разделителна способност, входните вериги на усилвателя са диференциращи вериги (= RC) или линии на забавяне.T. Така, в случай на траектория на частица (писта), успоредна на анода, е възможно да се получат импулси с продължителност< 10 -7 с. При произвольной ориентации трека ширина импульса определяется разностью во временах дрейфа первичных электронов от начала (А) и край ( IN) писта към анода (фиг. 2). Тези времена могат да достигнат 0,1-10 µs. Времето на забавяне на импулса на изхода на PS е от същия порядък. от момента на първичната йонизация, което ограничава възможностите за използване на P. s. V съвпада метод.

Ориз. 6. Времево развитие на сигнала при различни .

Енергийна разделителна способност. Статистически колебания в броя на първичните йони н 0, както и колебанията М"размиват" амплитудата на импулсите и определят максимално достижимата енергия. разрешение P. s. (тези компоненти са приблизително равни по размер един на друг). Енергия резолюцията се изразява приблизително чрез отношението

Времеви характеристики. Макс. скорост на регистрация P. s. зависи от налягането и състава на газовата смес и дебелината на анодния проводник. При високи скорости на регистрация, електронната лавина, образувана в нерелаксирания пространствен заряд от предишната лавина, отслабва. Това затихване се разпределя по случаен закон и предизвиква не само намаляване на амплитудата на импулсите, но и влошава енергията. разрешение. При М=10 4 10 5 макс. скоростта на броене е 10 5 - 10 6 s -1. За P. s. Практически е невъзможно да се посочи интервал от време, в който то изобщо да не реагира. Това обстоятелство позволява използването на P. s. за откриване на радиация с висок интензитет. В този случай често е достатъчно да не регистрирате отдел. импулси и средния йонен ток с помощта на интегриращи вериги.

Приложение. Ефективността на P. s. към a-частици, фрагменти, протони, електрони и меки g-кванти е близо до 100%. За да регистрирате тези частици в P.s. предвидени са "прозорци" от тънка слюда или органични. филми Понякога източникът на радиация се поставя вътре в обема на P. s. За регистрация и с енергии до 1 MeV се използват фотоволтаици. високо налягане (до r = 150 atm) в маг. поле. Измерването на енергията на g-квантите е свързано със запълващия газ. За до 1020 keV ефективността на P. s. 80%, а за по-големите се изисква Xe (фиг. 7; вж Гама радиация).

Като спектрометър P. s. непълноценен полупроводникови детектори, но надеждността и простотата позволяват използването му, ако не се изисква висока енергия. разрешение. P.S. ви позволява да работите в енергийната област от ~0,2 keV, където не е приложим полупроводников детектор. В сравнение с сцинтилационен детектор P.S. има най-добрата енергия. резолюция, по-малко шум, нечувствителен към магнитни полета. поле. P.S. работи в температурен диапазон ~10-10 3 K.

P.S. използвани при учене бета разпадядра (оценки на маса), изследване на фината структура-спектър, изомерни състояния на ядра (вж. Ядрена изомерия), при откриване на улавяне от ядрото Л- електрон (вж Електронно улавяне), изследването на слаби пикове на преобразуване (вж. Вътрешно преобразуване) и в други случаи. Използва се и в астрофизиката, археологията, геологията, медицината и др. Nek-swarm industrial. приложението се основава на зависимостта на лавинния разряд от напрегнатостта на полето при анода и чистотата на запълващия газ (контрол на диаметъра и качеството на повърхността на микродрайвовете, газов анализатор в газова хроматография и др.). С помощта на P. s., инсталиран на Луноход-1. чрез рентген флуоресценция е извършен елементен анализ на веществото на лунната повърхност. Лит.: Rice-Evans P., Spark, стример, пропорционални и дрейфови камери, L., 1974; Sau1i F., Принципи на работа на многожични пропорционални и дрейфови камери, Gen., 1977; 3аневски Ю. В., Телни детектори на елементарни частици, М., 1978; Sanada J., Разрастване на лавината около анодния проводник в газов брояч, "Nucl. Instr. and Meth.", 1982 г., v. 196, стр. 23; Sau1i F., Основни процеси в проекция на времето като детектори, в книгата: Time projection chamber 1st workshop., Vancouver, 1983, N. Y., 1984; Йонизационни намерения във високи енергии, М., 1988. А. П. Стрелков, Б. Ситар.