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 см2 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~5.10-9с. 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 О2 (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. мм2 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 R играет 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 2.10-10с. 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 м2. Изготовляются счётчики площадью 0,3 м2. Временные и координатные характеристики примерно в 10 раз превосходят характеристики сцинтилляционных детекторов. Недостаток И. с.- малое время жизни (1010 разрядов на 1 см2 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.
Ю. Н. Пестов
|
|
 |
