den lilla pulsamplituden som påträffas i jonkammare kan åtgärdas genom att använda gasfyllda detektorer på ett annat sätt. En proportionell räknare använder fenomenet gasmultiplikation för att öka pulsstorleken med faktorer på hundratals eller tusentals. Som ett resultat är proportionella motpulser i millivolt snarare än mikrovoltområdet och kan därför bearbetas mycket lättare.

gasmultiplikation är en följd av rörelsen av en fri elektron i ett starkt elektriskt fält. När fältets styrka är över cirka 104 volt per centimeter kan en elektron få tillräckligt med energi mellan kollisioner för att orsaka sekundär jonisering i gasen. Efter en sådan joniserande kollision finns två fria elektroner i stället för den ursprungliga. I ett enhetligt elektriskt fält under dessa förhållanden kommer antalet elektroner att växa exponentiellt när de dras i en riktning motsatt den för det applicerade elektriska fältet. Tillväxten av elektronpopulationen avslutas endast när de når anoden. Produktionen av en sådan dusch av elektroner kallas en Townsend lavin och utlöses av en enda fri elektron. Det totala antalet elektroner som produceras i lavin kan lätt nå 1000 eller mer, och mängden laddning som genereras i gasen multipliceras också med samma faktor. Townsend avalanche äger rum under en tidsperiod på mindre än en mikrosekund under de typiska förhållandena som finns i en proportionell räknare. Därför bidrar denna extra laddning normalt till pulsen som observeras från interaktionen mellan en enda incidentkvantum.

i en proportionell räknare är målet att varje originalfri elektron som bildas längs partikelns spår skapar sin egen individuella Townsend lavin. Således bildas många laviner för varje incidentladdad partikel. Ett av designmålen är att hålla varje lavin i samma storlek så att den slutliga totala laddningen som skapas förblir proportionell mot antalet ursprungliga jonpar som bildas längs partikelspåret. Proportionaliteten mellan storleken på utgångspulsen och mängden energi som förloras av den infallande strålningen i gasen är grunden för termen proportionell räknare.

praktiskt taget alla proportionella räknare är konstruerade med en trådanod med liten diameter placerad inuti en större, typiskt cylindrisk katod som också tjänar till att innesluta gasen. Under dessa förhållanden är den elektriska fältstyrkan ojämn och når stora värden i omedelbar närhet av trådytan. Nästan hela volymen av gasen ligger utanför denna högfältregion, och elektroner bildade i en slumpmässig position i gasen genom den infallande strålningen driver mot tråden utan att skapa sekundär jonisering. När de dras närmare tråden utsätts de för det ständigt ökande elektriska fältet, och så småningom blir dess värde tillräckligt högt för att orsaka initiering av en Townsend lavin. Lavinen växer sedan tills alla elektroner når trådytan. Eftersom nästan alla laviner bildas under identiska elektriska fältförhållanden oavsett positionen i gasen där frielektronen ursprungligen bildades, uppfylls villkoret att deras intensiteter är desamma. Dessutom kan den höga elektriska fältstyrkan som behövs för lavinbildning erhållas med användning av applicerade spänningar mellan anoden och katoden på högst några tusen volt. Nära trådytan, den elektriska fältstyrkan varierar omvänt med avståndet från trådcentret, och så finns extremt höga fältvärden nära ytan om tråddiametern hålls liten. Storleken på utgångspulsen ökar med spänningen som appliceras på det proportionella Röret, eftersom varje lavin är kraftigare när elfältstyrkan ökar.

för att upprätthålla en Townsend-lavin måste de negativa laddningarna som bildas vid jonisering förbli som fria elektroner. I vissa gaser finns det en tendens för neutrala gasmolekyler att plocka upp en extra elektron och därigenom bilda en negativ jon. Eftersom massan av en negativ jon är tusentals gånger större än massan av en fri elektron, kan den inte få tillräcklig energi mellan kollisioner för att orsaka sekundär jonisering. Elektroner fäster inte lätt på ädelgasmolekyler, och argon är ett av de vanliga valen för fyllgasen i proportionella räknare. Många andra gasarter är också lämpliga. Syre fäster emellertid lätt på elektroner, så luft kan inte användas som en proportionell fyllgas under normala omständigheter. Proportionella räknare måste därför antingen tätas mot luftläckage eller användas som kontinuerliga gasflödesdetektorer där all luftförorening sopas ut ur detektorn genom att kontinuerligt strömma fyllgasen genom den aktiva volymen.

för proportionella räknare av normal storlek kan endast tunga laddade partiklar eller andra svagt penetrerande strålningar stoppas helt i gasen. Därför kan de användas för energimätningar av alfapartiklar men inte för betapartiklar med längre räckvidd eller andra snabba elektroner. Elektroner med låg energi som produceras av röntgeninteraktioner i gasen kan också stoppas helt, och proportionella räknare hittar applikation som Röntgenspektrometrar också. Även om snabba elektroner inte deponerar all sin energi, resulterar gasmultiplikationsprocessen i en puls som i allmänhet är tillräckligt stor för att spela in, och därför kan proportionella räknare användas i enkla räkningssystem för betapartiklar eller gammastrålar.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.