mała amplituda impulsów napotkana w komorach jonowych może być naprawiona za pomocą detektorów wypełnionych gazem w inny sposób. Licznik proporcjonalny wykorzystuje zjawisko mnożenia gazu, aby zwiększyć rozmiar impulsu o czynniki setki lub tysiące. W rezultacie impulsy proporcjonalne licznika znajdują się w zakresie miliwoltów, a nie mikrowoltów i dlatego mogą być przetwarzane znacznie łatwiej.

mnożenie gazu jest konsekwencją ruchu wolnego elektronu w silnym polu elektrycznym. Gdy siła pola jest powyżej około 104 woltów na centymetr, elektron może uzyskać wystarczającą energię między zderzeniami, aby spowodować wtórną jonizację w gazie. Po takim zderzeniu jonizującym w miejsce pierwotnego istnieją dwa wolne elektrony. W jednorodnym polu elektrycznym w tych warunkach liczba elektronów będzie rosła wykładniczo, ponieważ są one rysowane w kierunku przeciwnym do przyłożonego pola elektrycznego. Wzrost populacji elektronów kończy się dopiero po dotarciu do anody. Produkcja takiego strumienia elektronów nazywana jest lawiną Townsenda i jest wyzwalana przez pojedynczy wolny elektron. Całkowita liczba elektronów wyprodukowanych w lawinie może z łatwością osiągnąć 1000 lub więcej, a ilość ładunku generowanego w gazie jest również mnożona przez ten sam czynnik. Lawina Townsend zachodzi w czasie krótszym niż jedna mikrosekunda w typowych warunkach występujących w liczniku proporcjonalnym. Dlatego ten dodatkowy ładunek Zwykle przyczynia się do impulsu obserwowanego z interakcji pojedynczego incydentu kwantowego.

w liczniku proporcjonalnym, celem jest, aby każdy oryginalny wolny elektron, który powstaje wzdłuż toru cząstki, tworzył własną, indywidualną lawinę. W ten sposób powstaje wiele lawin dla każdego incydentu naładowana cząstka. Jednym z celów projektu jest utrzymanie każdej lawiny tej samej wielkości, tak aby końcowy całkowity ładunek, który jest tworzony, pozostał proporcjonalny do liczby pierwotnych par jonów utworzonych wzdłuż toru cząstek. Proporcjonalność między wielkością impulsu wyjściowego a ilością energii utraconej przez padające promieniowanie w gazie jest podstawą pojęcia licznika proporcjonalnego.

praktycznie wszystkie liczniki proporcjonalne są skonstruowane przy użyciu drucianej anody o małej średnicy umieszczonej wewnątrz większej, zazwyczaj cylindrycznej katody, która służy również do zamykania gazu. W tych warunkach Natężenie pola elektrycznego jest niejednorodne i osiąga duże wartości w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni drutu. Prawie cała objętość gazu znajduje się poza tym obszarem wysokiego pola, a elektrony utworzone w losowej pozycji w Gazie przez padające promieniowanie dryfują w kierunku drutu bez tworzenia wtórnej jonizacji. W miarę zbliżania się do drutu są one poddawane nieustannie rosnącemu polowi elektrycznemu, a w końcu jego wartość staje się na tyle wysoka, aby spowodować zainicjowanie lawiny Townsend. Lawina rośnie, aż wszystkie elektrony dotrą do powierzchni drutu. Ponieważ prawie wszystkie lawiny powstają w identycznych warunkach pola elektrycznego, niezależnie od położenia w gazie, w którym pierwotnie powstał wolny elektron, spełniony jest warunek, że ich natężenie jest takie samo. Ponadto wysokie natężenie pola elektrycznego potrzebne do powstania lawiny można uzyskać przy zastosowaniu napięć między anodą a katodą nie większych niż kilka tysięcy woltów. W pobliżu powierzchni drutu Natężenie pola elektrycznego zmienia się odwrotnie wraz z odległością od środka drutu, a więc niezwykle wysokie wartości pola występują w pobliżu powierzchni, jeśli średnica drutu jest niewielka. Wielkość impulsu wyjściowego wzrasta wraz z napięciem przyłożonym do proporcjonalnej rury, ponieważ każda lawina jest bardziej energiczna wraz ze wzrostem natężenia pola elektrycznego.

aby utrzymać lawinę, ujemne ładunki powstałe w jonizacji muszą pozostać jako wolne elektrony. W niektórych gazach występuje tendencja neutralnych cząsteczek gazu do wychwytywania dodatkowego elektronu, tworząc w ten sposób jon ujemny. Ponieważ masa ujemnego jonu jest tysiące razy większa niż masa wolnego elektronu, nie może on uzyskać wystarczającej energii między zderzeniami, aby spowodować wtórną jonizację. Elektrony nie przyłączają się łatwo do cząsteczek gazu szlachetnego, a argon jest jednym z powszechnych wyborów gazu wypełniającego w licznikach proporcjonalnych. Wiele innych gatunków gazu również są odpowiednie. Tlen łatwo przyłącza się do elektronów, jednak powietrze nie może być używane jako proporcjonalny Gaz wypełniający w normalnych warunkach. Liczniki proporcjonalne muszą zatem być uszczelnione przed wyciekiem powietrza lub działać jako ciągłe detektory przepływu gazu, w których wszelkie zanieczyszczenia powietrza są usuwane z detektora poprzez ciągły przepływ gazu napełniającego przez aktywną objętość.

dla liczników proporcjonalnych o normalnej wielkości, tylko ciężkie naładowane cząstki lub inne słabo przenikające promieniowanie mogą być całkowicie zatrzymane w gazie. Dlatego mogą być używane do pomiarów energii cząstek alfa, ale nie dla cząstek beta o dłuższym zasięgu lub innych szybkich elektronów. Niskoenergetyczne elektrony wytwarzane przez oddziaływania promieniowania rentgenowskiego w gazie mogą również zostać całkowicie zatrzymane, a liczniki proporcjonalne znajdują zastosowanie jako spektrometry rentgenowskie. Mimo że szybkie elektrony nie odkładają całej swojej energii, proces mnożenia gazu powoduje impuls, który jest na ogół wystarczająco duży, aby zarejestrować, a zatem liczniki proporcjonalne mogą być używane w prostych systemach liczenia cząstek beta lub promieni gamma.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.