malá amplituda pulsu, se kterou se setkáváme v iontových komorách, může být napravena použitím detektorů naplněných plynem jiným způsobem. Proporcionální čítač využívá fenomén násobení plynu ke zvýšení velikosti pulsu faktory stovek nebo tisíců. Výsledkem je, že impulsy proporcionálního čítače jsou spíše v rozsahu milivolt než microvolt, a proto mohou být zpracovány mnohem snadněji.

násobení plynu je důsledkem pohybu volného elektronu v silném elektrickém poli. Když je síla pole vyšší než asi 104 voltů na centimetr, elektron může získat dostatek energie mezi srážkami, aby způsobil sekundární ionizaci v plynu. Po takové ionizační kolizi existují dva volné elektrony místo původního. V rovnoměrném elektrickém poli za těchto podmínek bude počet elektronů exponenciálně růst, protože jsou taženy ve směru opačném ke směru aplikovaného elektrického pole. Růst populace elektronů je ukončen pouze tehdy, když dosáhnou anody. Produkce takové sprchy elektronů se nazývá lavina Townsend a je spuštěna jediným volným elektronem. Celkový počet elektronů produkovaných v lavině může snadno dosáhnout 1 000 nebo více a množství náboje generovaného v plynu se také vynásobí stejným faktorem. Lavina Townsend se odehrává v časovém rozpětí menším než jedna mikrosekunda za typických podmínek přítomných v proporcionálním čítači. Proto tento dodatečný náboj normálně přispívá k pulzu, který je pozorován z interakce jediného dopadajícího kvantum.

v proporcionálním čítači je cílem, aby každý původní volný elektron, který je vytvořen podél dráhy částice, vytvořil svůj vlastní samostatný Townsend lavinu. Pro každou dopadající nabitou částici se tak vytvoří mnoho lavin. Jedním z cílů návrhu je udržet každou lavinu stejnou velikost tak, aby konečný celkový náboj, který je vytvořen, zůstal úměrný počtu původních párů iontů vytvořených podél dráhy částic. Proporcionalita mezi velikostí výstupního impulsu a množstvím energie ztracené dopadajícím zářením v plynu je základem pojmu proporcionální čítač.

prakticky všechny proporcionální čítače jsou konstruovány pomocí drátěné anody malého průměru umístěné uvnitř větší, typicky válcové katody, která také slouží k uzavření plynu. Za těchto podmínek je síla elektrického pole nerovnoměrná a dosahuje velkých hodnot v bezprostřední blízkosti povrchu drátu. Téměř veškerý objem plynu je umístěn mimo tuto oblast s vysokým polem a elektrony vytvořené v náhodné poloze v plynu dopadajícím zářením se pohybují směrem k drátu, aniž by vytvářely sekundární ionizaci. Jak jsou přitahovány blíže k drátu, jsou vystaveny neustále rostoucímu elektrickému poli, a nakonec se jeho hodnota stává dostatečně vysokou, aby způsobila zahájení laviny Townsend. Lavina pak roste, dokud všechny elektrony nedosáhnou povrchu drátu. Vzhledem k tomu, že téměř všechny laviny jsou vytvořeny za stejných podmínek elektrického pole bez ohledu na polohu v plynu, kde byl původně vytvořen volný elektron, je splněna podmínka, aby jejich intenzity byly stejné. Kromě toho může být vysoká síla elektrického pole potřebná pro tvorbu lavin získána použitím aplikovaného napětí mezi anodou a katodou nejvýše několika tisíc voltů. V blízkosti povrchu drátu, síla elektrického pole se mění nepřímo se vzdáleností od středu drátu, a tak v blízkosti povrchu existují extrémně vysoké hodnoty pole, pokud je průměr drátu udržován malý. Velikost výstupního impulsu se zvyšuje s napětím aplikovaným na proporcionální trubici, protože každá lavina je intenzivnější, jak se zvyšuje síla elektrického pole.

aby se udržela lavina Townsend, musí záporné náboje vytvořené při ionizaci zůstat jako volné elektrony. V některých plynech existuje tendence k tomu, aby molekuly neutrálního plynu zachytily další elektron, čímž vytvořily negativní iont. Protože hmotnost negativního iontu je tisíckrát větší než hmotnost volného elektronu, nemůže získat dostatečnou energii mezi srážkami, aby způsobila sekundární ionizaci. Elektrony se snadno nepřipojují k molekulám vzácného plynu, a argon je jednou ze společných možností pro plnicí plyn v proporcionálních čítačích. Mnoho dalších druhů plynu je také vhodné. Kyslík se snadno váže na elektrony, nicméně, takže vzduch nemůže být za normálních okolností použit jako proporcionální plnicí plyn. Proporcionální čítače proto musí být buď utěsněny proti úniku vzduchu, nebo musí být provozovány jako detektory kontinuálního průtoku plynu, ve kterých je jakákoli kontaminace vzduchu odváděna z detektoru kontinuálním prouděním plnicího plynu aktivním objemem.

u proporcionálních čítačů normální velikosti lze v plynu zcela zastavit pouze těžké nabité částice nebo jiné slabě pronikající záření. Proto mohou být použity pro měření energie alfa částic, ale ne pro beta částice s delším rozsahem nebo jiné rychlé elektrony. Nízkoenergetické elektrony produkované rentgenovými interakcemi v plynu mohou být také zcela zastaveny, a proporcionální čítače najdou uplatnění také jako rentgenové spektrometry. I když rychlé elektrony neukládají veškerou svou energii, proces násobení plynem má za následek puls, který je obecně dostatečně velký na záznam, a proto lze proporcionální čítače použít v jednoduchých počítacích systémech pro beta částice nebo gama paprsky.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.