Методичні вказівки до лабораторних робіт з радіаційної фізики (частина 2)

Напруженість поля в такому газовому лічильнику найбільша біля анода. Вона підбирається    настільки великою, щоб біля анода електрони і позитивні іони на шляху вільного пробігу набули енергії, достатньої для ударної іонізації нейтральних молекул газу. Енергія, яку набуває електрон або іон на шляху вільного пробігу

                                                      ,                                                          (16)

де е – заряд частинки, Е – напруженість поля. Енергія частинки пропорційна довжині вільного пробігу і напруженості поля. Якщо   (Wi – енергія іонізації), то буде відбуватись ударна іонізація. З молекул будуть вибиватись нові електрони. Основну іонізацію будуть здійснювати електрони, оскільки вони завдяки малій масі швидше рухаються і набирають енергію в електричному полі. В результаті ударної іонізації відбувається лавинне розмноження носіїв струму. Кожен носій струму в результаті ударів об нейтральні молекули утворює певну кількість нових носіїв струму. Це приводить до різкого збільшення струму і полегшує реєстрацію іонізуючих випромінювань.

Вольт-амперну характеристику (залежність сили струму від напруги) газового розряду можна представити у вигляді мал.2. Крива 1 відповідає меншому рівню початкової іонізації, крива 2 – більшому.

На дільниці О-U2 відбувається несамостійний газовий розряд, при якому число носіїв струму (електронів і іонів) визначається тільки дією іонізуючого випромінювання. На дільниці О-U1 заряджені частинки – електрони і іони зникають в результаті двох процесів: рекомбінації і нейтралізації на електродах. На дільниці U1-U2 – практично тільки в результаті нейтралізації на електродах.

На дільниці U2-U3 напруженість поля настільки велика, що відбувається ударна іонізація. Це приводить до збільшення числа носіїв струму. На дільниці U2-U3 виконується пропорціональність між початковою іонізацією і величиною сили струму. В цій області працюють пропорціональні лічильники. 

В області U3-U4 ударна іонізація і газове підсилення відіграють ще більшу роль. Але пропорційність між силою струму і початковою іонізацією порушується.

В області вольт-амперної характеристики U4-U5 величина струму не залежить від початкової іонізації. В цій області працюють лічильники Гейгера-Мюлера, які видають однаковий імпульс, незалежно від того, яка іонізуюча частинка його викликала.

При U>U5  розряд переходить в некерований. В цій області після початку розряду його вже зупинити не можна. Такий режим розряду не використовується для детектування іонізуючих випромінювань.

В нейтронному лічильнику, який працює на BF3 використовується дискримінація імпульсів. Ядро   і альфа-частинка викликають іонізацію газу набагато більшу, ніж електрони і позитрони, які утворюються в результаті дії гама-випромінювання, або влітають зовні у вигляді бета-випромінювання. Тому поглинання нейтрона в газовому об’ємі викликає значно більший імпульс, ніж поява швидкого електрона. Дискримінатор пропускає тільки імпульси, амплітуда яких перевищує певну величину. Рівень дискримінації можна вибрати так, що імпульси від електронів і позитронів зовсім не будуть проходити на лічильник. Лічильник буде рахувати лише імпульси, які виникають в результаті поглинання нейтронів ядрами  .

Не всі імпульси від поглинутих нейтронів будуть зафіксовані лічильником. Справа в тому, що не в усіх актах поглинання нейтронів вся енергія реакції буде затрачена на іонізацію. Такий випадок буде тоді, коли заряджені частинки, що утворились при реакції, вилітають з газового об’єму, маючи ще значну енергію. Це приводить до того, що початкова іонізація не буде максимальною. Такий випадок буде, коли реакція відбувається на периферії робочого об’єму.

Для сповільнення нейтронів в лічильнику С4-3 використовується сповільнювач у вигляді циліндра з оргскла. Оргскло містить багато водню. Нейтрони, стикаючись з протонами, в результаті пружних зіткнень віддають свою енергію.

Фонові нейтрони стикаючись з ядрами, віддають їм більшу частину своєї енергії. Тому можна вважати, що енергії нейтронів після сповільнення близькі до середньої енергії теплового руху (0,025 еВ). У такому випадку використовується закон 1–ефективний переріз взаємодії нейтрона обернено пропорційний швидкості 

                                                ,                                                      (17)

де к1 і к – постійні величини (не залежать від енергії Е). кількість зареєстрованих нейтронів за певний час пропорційна ефективному перерізу

                                                                                                                           (18)

(к2 також не залежить від енергії Е).

Можна вимірювати кількість нейтронів N при відсутності сповільнювача (циліндра). У такому випадку нейтрони, що реєструються лічильником будуть мати енергію  фонових нейтронів. Можна виміряти також кількість