Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ИСКРОВОЙ СЧЁТЧИК

ИСКРОВОЙ СЧЁТЧИК

ИСКРОВОЙ СЧЁТЧИК - прибор для регистрации настиц, принцип действия к-рого основан на возникновении искрового разряда в газе при попадании в него заряж. частицы. Применяется в ядерной физике (изуение времени жизни возбуждённых состояний ядер), физике элементарных частиц (измерение скорости, координат и энергии заряж. частиц), астрофизике (космич. лучи) и медицине. Простейший вариант плоскопараллельного И. с. представляет собой два параллельных металлич. электрода в герметизированном объёме, <заполненном Аr и парами органич. веществ (спирт, эфир и др.). К электродам через нагрузочное сопротивление R приложено пост, напряжение порядка ~ неск. кВ. Регистрируемая частица ионизирует молекулы газа. Образующиеся свободные электроны дают начало лавинообразному нарастанию числа электронов в зазоре за счёт ионизации молекул газа в сильном электрич. поле (электронно-фотонные лавины). Затем наступает стримерная стадия пробоя (см. Стримеры), к-рая переходит в искровой разряд. После разряда напряжение на электродах медленно восстанавливается. Это "мёртвое" время (~10^-3 с) необходимо для очищения газового зазора от зарядов перед регистрацией новой частицы. Состав и давление газовой среды выбираются из условия получения стримерного вида искрового пробоя, обеспечивающего наилучшие счётную, временную и координатную характеристики И. с. Регистрация разряда осуществляется по электрич. сигналу амплитудой до сотен В, возникающему на нагрузочном сопротивлении, или по световому излучению от искры. В последнем случае используется фотоаппарат или электронно-оптический преобразователь. Удовлетворит, характеристики И. с. впервые были получены Дж. У. Койффелом (J. W. Keuffel, 1949). Металлич. электроды И. с. имели площадь 35 см ² при межэлектродном зазоре 2,5 мм. Газовая среда содержала ксилол (6 мм рт. ст.) и Аr (0,5 атм). Наблюдались искровые разряды вблизи места прохождения заряж. частиц. Флуктуация задержки прихода электрич. сигнала относительно момента прохождения частицы (временное разрешение) t~5.10^-9 с. С целью улучшения временного разрешения и задержки срабатывания И. с. в дальнейшем уменьшали межэлектродный зазор. Однако при этом необходимо уменьшение площади электродов, чтобы возрастающая энергия в искре их не разрушала. Давление газа увеличивали для получения большей эффективности регистрации. Наилучшие результаты были получены на И. с. с диаметром электродов 4 мм и межэлектродным зазором 0,1 мм. Газовая среда состояла из О ₂ (0,5 атм), Не (20 атм). При регистрации света от искры при помощи электронно-оптич. преобразователя было получено t~10^-11 с. Уникальные временное разрешение и малая задержка срабатывания не были широко использованы из-за малой площади электродов, недостаточной скорости счёта и др. <Часть этих трудностей была преодолена в И. с. с локализов. разрядом, в к-ром каждый разряд снимает напряжение лишь с малой области электродов порядка неск. мм ² в месте пролёта частицы. На остальной площади сохраняются высокое напряжение и способность независимой регистрации частиц. При этом ограничения на площадь электродов отсутствуют, улучшается загрузочная способность, т. к. И. с. с локализов. разрядом эквивалентен большому числу независимых И. с. малой площади. Локализация разряда достигается за счёт использования полупроводящего анода с уд. сопротивлением ~10⁹Oм ^. см (напр., полупроводящее стекло) и газовой среды, поглощающей свет от искры; это необходимо для предотвращения ложных пробоев в соседних областях счётчика (напр., смесь дивинила, этилена, изобутана и Аr). Роль Rиграет полупроводящий электрод. Электрич. сигнал амплитудой в 1 В снимается через ёмкостную связь между областью разряда и проводящей поверхностью, нанесённой на внешнюю по отношению к газовому зазору сторону полупроводящего электрода. Проводящая поверхность обычно состоит из полосок, что обеспечивает одноврем. регистрацию мн. частиц. При зазоре 0,1 мм получено t=2,53lO^-11c, при задержке срабатывания 2.10^-10 с. Точность определения координат частиц в плоскости электродов 0,1-0,3 мм. Эффективность регистрации релятивистских частиц при давлении газа ~10 атм близка к 100%. Для экспериментов на ускорителях использовались И. с. с локализов. разрядом площадью до 0,1 м ². Изготовляются счётчики площадью 0,3 м ². Временные икоординатные характеристики примерно в 10 раз превосходят характеристики сцинтилляциoнных детекторов. Недостаток И. с.- малое время жизни (10¹⁰ разрядов на 1 см ² поверхности электродов), что связано с хим. процессами в газе при разрядах. <В отличие от Гейгера счётчика, в к-ром электроны лишь у нити производят ударную ионизацию, в И. с. электрич. поле однородно и ударная ионизация может начаться в любой точке рабочего объёма. Это приводит к малому времени запаздывания разряда. И. с. с неоднородным электрич. полем, предложенный Грейнахером (Graynaner, 1939), имеет худшие характеристики, но обладает способностью при большем фоне электронов регистрировать сильно ионизирующие частицы, напр, a-частицы. В неоднородном электрич. поле между плоскостью - катодом и нитью - анодом, расположенной над катодом на расстоянии ок. 1 мм, в стационарном состоянии горит коронный разряд; a-частицы, попадая в межэлектродное пространство, создают большую плотность ионизации, приводящую к искровому разряду. Чувствительность же к электронам практически отсутствует. Газовая среда - воздух при атм. давлении. Нарастание импульса происходит за время ~10^-7 с. Лит.: Фюнфер Э., Нейерт Г., Счётчики излучений, пер. с нем., М., 1961; Лаптев В. Д., Пестов Ю. Н., Петровых Н. В., Плоский исцровой счётчик с локализованным разрядом, "Приборы и техн. эксперимента", 1975, № 6, с. 36; Реstоv Yu. N.. The status of spark counters with a localized discharge, "Nucl. Instr. and Meth. in Physics Research", 1988, v. 265, p. 150. Ю. Н. Пестов.