de kleine pulsamplitude in ionenkamers kan worden verholpen door op een andere manier met gas gevulde detectoren te gebruiken. Een proportionele teller maakt gebruik van het fenomeen van gasvermenigvuldiging om de pulsgrootte te verhogen met factoren van honderden of duizenden. Als gevolg hiervan bevinden proportionele tegenpulsen zich in het millivolt-bereik in plaats van microvolt en kunnen ze daarom veel gemakkelijker worden verwerkt.

gasvermenigvuldiging is een gevolg van de beweging van een vrij elektron in een sterk elektrisch veld. Wanneer de kracht van het veld boven ongeveer 104 volt per centimeter ligt, kan een elektron tussen botsingen genoeg energie krijgen om secundaire ionisatie in het gas te veroorzaken. Na zo ‘ n ioniserende botsing bestaan er twee vrije elektronen in plaats van de oorspronkelijke. In een uniform elektrisch veld onder deze omstandigheden, zal het aantal elektronen exponentieel groeien als ze worden getrokken in een richting die tegengesteld is aan die van het toegepaste elektrische veld. De groei van de bevolking van elektronen wordt slechts beëindigd wanneer zij de anode bereiken. De productie van een dergelijke stortvloed van elektronen wordt een Townsend lawine genoemd en wordt veroorzaakt door een enkel vrij elektron. Het totale aantal elektronen dat in de lawine wordt geproduceerd kan gemakkelijk oplopen tot 1.000 of meer, en de hoeveelheid lading die in het gas wordt gegenereerd wordt ook vermenigvuldigd met dezelfde factor. De Townsend lawine vindt plaats in een tijdspanne van minder dan een microseconde onder de typische omstandigheden aanwezig in een proportionele teller. Daarom draagt deze extra last normaal bij aan de puls die wordt waargenomen door de interactie van een enkel incident kwantum.

in een proportionele teller is het doel om elk origineel vrij elektron dat gevormd wordt langs het spoor van het deeltje zijn eigen individuele Townsend lawine te laten creëren. Zo worden vele lawines gevormd voor elk incident geladen deeltje. Een van de ontwerpdoelstellingen is om elke lawine even groot te houden, zodat de uiteindelijke totale lading die wordt gecreëerd evenredig blijft met het aantal originele ionenparen gevormd langs de deeltjesspoor. De proportionaliteit tussen de grootte van de uitgangspuls en de hoeveelheid energie die verloren gaat door de invallende straling in het gas is de basis van de term proportionele teller.

vrijwel alle proportionele tellers zijn geconstrueerd met behulp van een draadanode met een kleine diameter die in een grotere, typisch cilindrische kathode wordt geplaatst die ook dient om het gas te omsluiten. Onder deze omstandigheden is de elektrische veldsterkte nonuniform en bereikt grote waarden in de directe omgeving van het draadoppervlak. Bijna al het volume van het gas bevindt zich buiten dit high-field gebied, en elektronen gevormd op een willekeurige positie in het gas door de invallende straling drift naar de draad zonder secundaire ionisatie te creëren. Als ze dichter bij de draad worden getrokken, worden ze onderworpen aan het voortdurend toenemende elektrische veld, en uiteindelijk wordt de waarde ervan hoog genoeg om de initiatie van een Townsend lawine veroorzaken. De lawine groeit dan totdat alle elektronen het draadoppervlak bereiken. Aangezien bijna alle lawines onder identieke elektrische-veldomstandigheden worden gevormd, ongeacht de plaats in het gas waar het vrije elektron oorspronkelijk werd gevormd, wordt aan de voorwaarde voldaan dat hun intensiteit gelijk is. Bovendien kan de hoge elektrische veldsterkte die nodig is voor lawinevorming worden verkregen met behulp van Toegepaste spanningen tussen de anode en de kathode van niet meer dan een paar duizend volt. In de buurt van het draadoppervlak varieert de kracht van het elektrische veld omgekeerd met de afstand tot het draadcentrum, en zo bestaan er bij het oppervlak extreem hoge veldwaarden als de draaddiameter klein wordt gehouden. De grootte van de outputimpuls neemt toe met de spanning die op de proportionele buis wordt toegepast, aangezien elke lawine krachtiger is aangezien de Elektrisch-veldsterkte toeneemt.

om een lawine van Townsend in stand te houden, moeten de negatieve ladingen die bij ionisatie worden gevormd, als vrije elektronen blijven. In sommige gassen is er een neiging voor neutrale gasmoleculen om een extra elektron op te nemen, waardoor een negatief ion wordt gevormd. Omdat de massa van een negatief ion duizenden malen groter is dan de massa van een vrij elektron, kan het niet voldoende energie krijgen tussen botsingen om secundaire ionisatie te veroorzaken. Elektronen hechten zich niet gemakkelijk aan edelgasmoleculen, en argon is een van de gemeenschappelijke keuzes voor het vulgas in proportionele tellers. Veel andere gassoorten zijn ook geschikt. Zuurstof hecht zich echter gemakkelijk aan elektronen, zodat lucht onder normale omstandigheden niet als proportioneel vulgas kan worden gebruikt. Proportionele tellers moeten daarom ofwel tegen luchtlekkage worden afgedicht, ofwel worden gebruikt als continue gasstroomdetectoren waarbij eventuele luchtvervuiling uit de detector wordt geveegd door het vulgas continu door het actieve volume te laten stromen.

bij proportionele tellers van normale grootte kunnen alleen zware geladen deeltjes of andere zwak doordringende straling volledig in het gas worden gestopt. Daarom kunnen ze worden gebruikt voor energiemetingen van alfadeeltjes, maar niet voor bètadeeltjes met een groter bereik of andere snelle elektronen. De laag-energieelektronen die door röntgenstraalinteractie in het gas worden geproduceerd kunnen ook volledig worden tegengehouden, en de proportionele tellers vinden toepassing als Röntgenspectrometers ook. Hoewel snelle elektronen niet al hun energie deponeren, resulteert het gasvermenigvuldigingsproces in een puls die over het algemeen groot genoeg is om te registreren, en daarom kunnen proportionele tellers worden gebruikt in eenvoudige telsystemen voor bètadeeltjes of gammastralen.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.