2.2.2 Газоразрадные счетчики
Газоразрядные счетчики являются наиболее распространенными средствами обнаружения и измерения ионизирующих излучений. Эти детекторы отличаются от ионизационных камер большей чувствительностью – они способны зарегистрировать появление в их чувствительном объеме единичной пары ионов. Так, если ионизационные камеры, регистрирующие суммарную ионизацию, в основном используются для целей дозиметрии, то газоразрядные счетчики в основном применяются в целях радиометрии.
Импульс тока, создаваемый одной частицей, очень мал и не может быть зарегистрирован без специальных усиливающих электронных устройств. Именно поэтому ионизационные камеры, как правило, используются для измерения большого числа ионизирующих частиц и имеют значительные размеры. По этим же причинам газоразрядные счетчики чаще всего используются для измерения отдельных частиц и имеют небольшие размеры. В зависимости от приложенного напряжения различают несколько типов газоразрядных счетчиков (рис.3.3).
Рис.3.3. Зависимость амплитуды импульса А от напряжения U для различных режимов работы импульсного ионизационного детектора
Счетчики, с помощью которых получают импульс тока, пропорциональный первичной ионизации, получили название пропорциональных счетчиков. Если еще повышать напряжение, то счетчик перейдет в область самостоятельного разряда, когда импульс тока, создаваемого счетчиком, не зависит от начального числа пар ионов в чувствительном объеме детектора. Такие счетчики называются счетчиками Гейгера-Мюллера (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Схема стеклянного счётчика Гейгера-Мюллера:
1 – герметически запаянная стеклянная трубка; 2 – катод (тонкий слой меди на трубке
из нержавеющей стали); 3 – вывод катода; 4 – анод (тонкая натянутая нить)
С помощью ионизационной камеры можно измерить суммарную ионизацию, но нельзя установить число создающих ее частиц. Счетчиком Гейгера-Мюллера можно сосчитать число ионизирующих частиц, не идентифицируя их природы.
Для регистрации β-частиц с энергией 0,05–0,3 МэВ, а также α-частиц применяются торцевые счетчики Гейгера-Мюллера с входным окном на торце, закрытым слюдяной пластинкой, нейлоновой пленкой или алюминиевой фольгой. Толщина входного окна определяет его проницаемость для регистрируемых частиц. Анодом счетчика служит вольфрамовая нить, впаянная в центре стеклянного корпуса, катодом – медная цилиндрическая стенка. Для регистрации β-частиц с энергией более 0,3 МэВ используются цилиндрические счетчики с тонким алюминиевым катодом. Анод – вольфрамовая нить – крепится в стеклянных трубках.
Для регистрации γ-квантов применяют цилиндрические счетчики, в которых катодом служит тонкий проводящий слой из графита, меди или вольфрама, нанесенный напылением на внутреннюю поверхность стеклянной трубки. Анодом служит вольфрамовая нить, натянутая по оси счетчика.
К основным преимуществам газоразрядных счетчиков относится значительная амплитуда выходного сигнала, а также простота конструкции, низкая стоимость и малое значение фона по сравнению со сцинтилляционными и полупроводниковыми детекторами. К основным недостаткам – ограниченный диапазон измерений и меньшая, чем у ионизационных камер, надежность.
При регистрации нейтронов используют ионизацию, произведенную атомными ядрами или возникающую в результате ядерных реакций и упругих соударений с нейтронами. Для регистрации медленных нейтронов применяют счетчики с борными наполнителями (BF3), для быстрых нейтронов – с органическими наполнителями. Т.к. детектирование нейтронов ведется, как правило, при наличии высокого уровня гамма-фона, дающего меньший импульс по сравнению с импульсом от атомных ядер и протонов отдачи, то для их регистрации используют счетчики, работающие в пропорциональном режиме.