ionikammioissa havaittu pieni pulssin amplitudi voidaan korjata käyttämällä kaasulla täytettyjä ilmaisimia eri tavalla. Suhteellinen laskuri käyttää hyväkseen kaasun kertolaskun ilmiötä pulssin koon kasvattamiseksi satojen tai tuhansien kertoimilla. Tämän seurauksena suhteelliset laskuripulssit ovat millivoltin eikä mikrovoltin alueella ja siksi niitä voidaan käsitellä paljon helpommin.

kaasun kertolasku on seurausta vapaan elektronin liikkeestä vahvassa sähkökentässä. Kun kentän voimakkuus on yli noin 104 volttia senttimetrillä, elektroni voi saada törmäysten välillä niin paljon energiaa, että se aiheuttaa kaasussa sekundaarisen ionisaation. Tällaisen ionisoivan törmäyksen jälkeen alkuperäisen yhden sijasta on kaksi vapaata elektronia. Yhtenäisessä sähkökentässä näissä olosuhteissa elektronien määrä kasvaa eksponentiaalisesti, kun niitä vedetään vastakkaiseen suuntaan kuin sovellettua sähkökenttää. Elektronipopulaation kasvu päättyy vasta, kun ne saavuttavat anodin. Tällaisen elektronisuihkun tuottamista kutsutaan Townsendin vyöryksi, ja sen laukaisee yksi vapaa elektroni. Vyöryssä syntyvien elektronien kokonaismäärä voi helposti nousta 1 000: een tai enemmänkin, ja myös kaasussa syntyvän varauksen määrä kerrotaan samalla kertoimella. Townsendin lumivyöry tapahtuu alle yhden mikrosekunnin aikajänteellä verrannollisessa laskurissa tyypillisissä olosuhteissa. Siksi tämä lisälataus normaalisti edistää pulssia, joka havaitaan yksittäisen tapahtumakvantin vuorovaikutuksesta.

verrannollisessa laskurissa tavoitteena on saada jokainen alkuperäinen vapaa elektroni, joka muodostuu hiukkasen rataa pitkin, luomaan oma yksittäinen Townsend-vyörynsä. Näin ollen jokaista varautunutta hiukkasta kohti muodostuu useita lumivyöryjä. Yksi suunnittelun tavoitteista on pitää jokainen vyöry samankokoisena niin, että syntyvä lopullinen kokonaisvaraus pysyy verrannollisena hiukkasten radan varrella muodostuneiden alkuperäisten ioniparien määrään. Lähdön pulssin koon ja kohtaavan säteilyn kaasussa menettämän energian määrän suhteellisuus on termisen suhteellisuuslaskurin perusta.

käytännössä kaikki verrannollisuuslaskurit on rakennettu käyttämällä halkaisijaltaan pientä Lanka-anodia, joka on sijoitettu suuremman, tyypillisesti lieriömäisen katodin sisään, joka myös sulkee kaasun sisään. Näissä olosuhteissa Sähkökentän voimakkuus on nonuniform ja saavuttaa suuria arvoja johdon pinnan välittömässä läheisyydessä. Lähes kaikki kaasun tilavuus sijaitsee tämän korkeakenttäalueen ulkopuolella, ja satunnaisessa kohdassa kaasua muodostuneet elektronit ajautuvat säteilytapahtuman vaikutuksesta johtoa kohti synnyttämättä sekundaarista ionisaatiota. Kun ne vedetään lähemmäs johtoa, ne altistuvat jatkuvasti lisääntyvälle sähkökentälle, ja lopulta sen arvo nousee niin suureksi, että se aiheuttaa Townsendin vyöryn. Tämän jälkeen vyöry kasvaa, kunnes kaikki elektronit pääsevät langan pinnalle. Koska lähes kaikki lumivyöryt muodostuvat samanlaisissa sähkökenttäolosuhteissa riippumatta siitä, missä kohdassa kaasua vapaa elektroni on alun perin muodostunut, täyttyy ehto, että niiden intensiteetit ovat samat. Lisäksi lumivyörymuodostukseen tarvittava suuri sähkökenttävoimakkuus saadaan anodin ja katodin välisillä enintään muutaman tuhannen voltin jännitteillä. Lähellä johtimen pintaa Sähkökentän voimakkuus vaihtelee kääntäen etäisyyden mukaan johtimen keskipisteestä, joten erittäin korkeat kenttäarvot ovat lähellä pintaa, jos langan halkaisija pidetään pienenä. Ulostulopulssin koko kasvaa suhteelliseen putkeen kohdistuvan jännitteen mukana, koska jokainen vyöry on voimakkaampi sähkökentän voimakkuuden kasvaessa.

Townsendin vyöryn ylläpitämiseksi ionisaatiossa muodostuvien negatiivisten varausten on pysyttävä vapaina elektroneina. Joissakin kaasuissa neutraaleilla kaasumolekyyleillä on taipumus poimia ylimääräinen elektroni, jolloin muodostuu negatiivinen ioni. Koska negatiivisen ionin massa on tuhansia kertoja suurempi kuin vapaan elektronin massa, se ei voi saada törmäysten välillä riittävästi energiaa aiheuttaakseen sekundaarisen ionisaation. Elektronit eivät helposti kiinnitty jalokaasumolekyyleihin, ja argon on yksi yleinen valinta täytekaasulle suhteellisuuslaskureissa. Myös monet muut kaasulajit ovat sopivia. Happi kiinnittyy kuitenkin helposti elektroneihin, joten ilmaa ei voi normaalioloissa käyttää suhteellisena täytekaasuna. Suhteelliset laskurit on sen vuoksi joko suljettava ilmavuodon varalta tai niitä on käytettävä jatkuvatoimisina kaasuvirtausilmaisimina, joissa ilmakontaminaatio pyyhkäistään pois ilmaisimesta johtamalla täyttökaasua jatkuvasti aktiivisen tilavuuden läpi.

normaalikokoisilla suhteellisilla laskureilla ainoastaan raskaat varautuneet hiukkaset tai muut heikosti läpitunkevat säteilyt voidaan kokonaan pysäyttää kaasussa. Siksi niitä voidaan käyttää alfahiukkasten energiamittauksiin, mutta ei pidemmän kantaman beetahiukkasten tai muiden nopeiden elektronien. Myös röntgensäteilyn vuorovaikutusten tuottamat matalaenergiset elektronit kaasussa voidaan pysäyttää kokonaan, ja proportionaalilaskurit löytävät käyttöä myös Röntgenspektrometreinä. Vaikka nopeat elektronit eivät talleta kaikkea energiaansa, kaasun kertymisprosessi johtaa pulssiin, joka on yleensä riittävän suuri tallennettavaksi, ja siksi verrannollisuuslaskureita voidaan käyttää yksinkertaisissa beetahiukkasten tai gammasäteiden laskujärjestelmissä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.