зультате понижения напряжения освободившийся электрон не вызовет в счетчике новый самостоятельный разряд. Понижение напряжения достигается двумя способами.

Гасящее сопротивление. Газовый счетчик обычно присодиняется к источнику питания через сопротивление, основным назначением которого является преобразование импульса тока в импульс напряжения (рис. 47). Действительно, если бы такого сопротивления не было (рис. 47, а), то напряжение на счетчике было бы тождественно равно напряжению источника а = 0 независи.мо от того, происходит ли в счетчике газовый разряд. При наличии сопротивления (рис. 47, б) w = o -а> поэтому при отсутствии разряда Uq (так как =0), а при

+ IS-

Рис. 47. Схема присоединения счетчика Гейгера к источнику питания

Рис. 48. Схема присоединения счетчика Гейгера к ис-точнину питания с учетом паразитной емкости

разряде, вызванном в счетчике частицей, u-Uq- i R; следовательно, при каждом разряде напряление на счетчике уменьшается на величину падения напрял<ения на сопротивлении R от разрядного тока. Это временное уменьшение напряжения и составляет тот и.мпульс напряжения, с помощью которого регистрируется частица. В паузах между импульсами напряжение на счетчике Ид равно напряжению источника t/, так как сила тока

В том случае, когда сопротивление R выполняет такую функцию преобразования импульса тока в импульс напряжения, оно называется нагрузочным сопротивлением. Обычно нагрузочное сопротивление счетчика выбирают порядка 1 - 2 мгом. При таком значении сопротивления импульс напряжения iaR мал (10--10° в) по сравнению с напряжением источника Uq. Напрял<ение на счетчике изменяется настолько незначительно, что не выходит из области Гейгера (см. вольтамперную характеристику рис. 44). Если же величину сопротивления выбрать во много раз большей, то импульс напряжения увеличится и напряжение =Uo - iR во время разряда станет меньще, чем напряление начала области Гейгера. В этом случае сопро-

тивление называется гасящим, так как оно предотвращает возможность повторения самостоятельного разряда от электрона, освоболденного ионами на катоде. Величину гасящего сопротивления выбирают обычно порядка 10-10 мгом, что соответствует импульсу напряжения порядка сотен вольт.

Недостаток применения гасящего сопротивления заключается в следующем. Мел<;ду нитью и катодом счетчика, а также между соединительными проводами и электродами усилительной лампы, присоединенной к счетчику, существует емкость. Эта паразитная емкость эквивалентна конденсатору, включенному параллельно счетчику. Она заряжается от источника напрял-ения до величины fo и при газовом разряде в счетчике разряжается через него. Для восстановления напряжения на счетчике после разряда до первоначального значения необходимо, чтобы паразитная емкость Со (рис. 48) снова зарядилась до напряжения Оо через сопротивление R. При большой величине этого сопротивления процесс восстановления напряжения требует значительного времени Следовательно, гасящее сопротивление во много раз увеличивает промежуток времени после разряда в счетчике, через который следующая частица может вызвать в нем разряд при нормальном напряжении и создать импульс нормальной величины. Другими словами, гасящее сопротивление ухудшает разрешающую сто собность счетчика, под которой понимается минимальный промелсуток времени между двумя попаданиями в счетчик частиц, которые он регистрирует как отдельные.

Гасяшая схема. Другой способ понижения напряжения на электродах счетчика заключается в присоединении к нему специальной (гасящей) схемы, генерирующей отрицательный импульс напряжения при каждом разряде в счетчике (рис. 49). Для этой цели применяется обычно схема одновибратора, рассмотренная ниже. При возникновении между нитью и катодом счетчика и.мпульса напряжения, вызванного действием частицы, в схеме одновибратора происходят процессы, приводящие к скачкообразному понилению напряжения между присоединенными к нейэлектродами счетчика. При этом напряжение остается пониженным в течение некоторого времени, а затем скачком восстанавливается до нормального. Величина получившегося отрицательного импульса напряжения, накладывающегося на напряжение источника, регулируется так, чтобы напряжение а стало меньше напряжения начала области Гейгера U. Длительность этого импульса устанавливается достаточной для того, что-

Так, например, если паразитная емкость Со = 30 мкмкф, а сопротивле-ние=108 ом, то постоянная времени будет ед = 3 . 10- . 10=3 . 10- сек. (о постоянной време1Н1 см. § 1, гл. II).

бы напряжение не повысилось до нормального к моменту прихода ионов на катод.

Преимуществом гасящей схемы является быстрое, скачкообразное восстановление напряжения, что увеличивает разрешающую способность счетчика. Однако схема прибора существенно усложняется, так как одновибратор содержит две электронные лампы.

Рис. 49. Диаграмма напряжений на электродах счетчика при действии гасящей схемы:

/ - гасящая схема; - гасящее сопротнвленне; - начало самостоятельного разряда

Самогасящиеся счетчики Гейгера-Мюллера. Гашение счетчиков за счет процессов в газовом промежутке устраняет необходимость вносить какие-либо изменения во внешнюю схему. Поэтому самогасящиеся счетчики не требуют ни гасящего сопротивления, ухудшающего разрешающую способность, ни гасящей схемы, усложняющей прибор, и, следова-.ельно, обеспечивают хорошую разрешающую способность при простейшей схеме рис. 47, содержащей нагрузочное сопротивление порядка мегома.

Принцип действия самогасящихся счетчиков ось.ован на применении таких газов, ионы которых, достигая катода, по тем нли иным причинам не вызывают на нем появления свободных электронов, которые могли бы вызвать ложный разряд, Чтобы разобраться в этих причинах, рассмотрим процессы, возникающие на катоде при падении на него ионов.

При приближении иона к катоду иа расстояние Ю-слг его поле становится достаточным, чтобы он мог вырвать с поверхности катода электрон и присоединить его к себе. При этом образуется нейтральная молекула, которая будет находиться в возбужденном состоянии. Действительно, присоединив к себе электрон, ион затратил энергию, равную работе выхода у материала катода, а запас его энергии численно равен его потенциалу ионизации 11. Следовательно, запас энергии возбужденной молекулы

численно равен f/ -ф. Если {/ -ф>ср, т. е. IJ>2. то этот запас энергии возбужденной молекулы достаточен, чтобы вырвать из катода еше один электрон, который окажется свободным, так как возбужденная молекула нейтральна. Этот второй свободный электрон может вырываться двумя путями:

а) при приближении к катоду на расстояние 2- 10- см возбужденная молекула может непосредственно передать свою энергию электрону катода, вероятность чего при таком расстоянии становится близкой к единице. Для этого требуется время порядка 2- 10 сек.;

б) возбужденная молекула может вернуться к нормальному состоянию с испусканием фотона, который может вызвать фотоэффект на катоде. Время жизни возбужденной молекулы по отношению к излучению имеет порядок Ю- сек.

В качестве гасящих газов применяют многоатомные газы типа метана, пары этилового спирта, ацетона и др., а также пары галогенов СЬ, Вгг, J2. Особенностью этих газов и паров кроме h, является сплошной спектр поглощения в ультрафиолетовой области, отчего их возбужденные молекулы диссоциируют. Время существования возбужденной молекулы по отношению к диссоциации порядка Ю-сек. Это время значительно меньше времени, необходимого для высвечивания, или времени, которое нужно для того, чтобы возбужденная молекула приблизилась к катоду и непосредственно вырвала электрон. Поэтому возбужденные молекулы указанных газов израсходуют свою энергию на диссоциацию, а не на вырывание второго (свободного) электрона. h не обладает сплошным спектром поглощения и не диссоцииру -ет, но его ионизационный потенциал (9,7 в) меньше удвоенной работы выхода для некоторых материалов катодов (т. е. f/> 2ф), что также делает невозможным вырывание из катода второго (свободного) электрона.

Таким образом, счетчик, наполненный многоатомным или галогенным газом или паром, будет самогасящимся, так как ионы, падающие на катод в процессе разряда, не создадут на нем тех свободных электронов, которые могли бы вызвать ложный разряд Наоборот, счетчик с медным катодом, наполненный чистым аргоном, является несамогасящимся, так как потенциал ионизации аргона f/=15,7 в, а работа выхода меди ф = 4-4,5 зв, и, следовательно, условие {7>2ф выполняется, что влечет за собой появление свободных электронов на катоде после нейтрализации ионов.

Однако наполнение счетчика чистым гасящим газом иевыгод- но, так как при диссоциации повышается давление газа, что изменяет режим его работы. Потенциал зажигания счетчиков, на-

Точнее было бы сказап., что вероятность ложного импульса мала.

полненных чистым гасящим газом, выше, чем при наполнении его аргоном. Кроме того, в многоатомных гасящих газах могут образовываться отрицательные ионы, которые движутся к аноду с меньшей скоростью, чем электроны, и не вызывают лавин, что уменьшает импульс тока. При этом величина импульса тока зависит от места попадания частицы в счетчик, так как чем дальше от нити возникают первичные электроны, тем больший путь они проходят и тем больше вероятность образования отрицательных нонов. Поэтому счетчики наполняют инертным газом, добавляя в него в качестве примеси небольшое количество гасящего газа. Опыт показывает, что для гашения достаточно добавить всего 10% многоатомного газа или доли процента галоидного газа. Это объясняется следующим образом.

Ионы, возникающие в лавинах вблизи нити (лавины начинают развиваться только возле самой нити на расстоянии порядка ее радиуса), проходят весь путь от нити до катода и на этом пути испытывают столкновения с частицами газа. Так, например, в счетчике диаметром 1 см происходит W столкновений. При столкновении иона инертного газа с нейтральной молекулой гасящего газа ион может нейтрализоваться, т. е. он может отнять у молекулы гасящего газа электрон, превратив ее в ион. Это может произойти при том условии, что потенциал ионизации у инертного газа выше, чем у гасящего. Так как число столкновений велико, то велика и вероятность указанного явления. Таким образом, к катоду будут двигаться только ионы гасящего газа, не вызывающие на нем появления свободных электронов.

В качестве инертного газа обычно выбирают аргон, потенциал ионизации которого (15,7 в) выше, чем потенциал ионизации гасящего газа или пара (так, например, для этилового спирта f/=ll,3 в, для СЬ, Вг2, h f/=13,2; 12,8; 9,7 в соответственно). Давление аргона выбирают порядка 100 мм рт. ст., а галогенного газа - порядка десятых долей миллиметра ртутного столба.

Самогасящиеся счетчики с галогенными газами (галогенные) обладают рядом преимуществ ло сравнению со счетчиками, содержащими в качестве примеси многоатомные пары (спиртовыми):

1. В спиртовых счетчиках диссоциировавшие молекулы восстанавливаются очень медленно. Это приводит к расходу гасящего газа и Ограничивает время их непрерывной работы, что является их недостатком по сравнению с несамогасящимися счетчиками. В галогенных счетчиках атомы галогенов, образовавшиеся при диссоциации, вновь соединяются в двухатомные мо-

При этой нейтрализации атомов основного газа высвечиваются фотоны с энергией, равной разиости потенциалов ионизации основного и гасящего газов, ио эти фотоны не достигают катода, а поглощаются молекулами гасящего газа, которые диссоциируют.

лекулы, так что количество гасящего газа не уменьшается со временем. Молекулы J2 вообще не диссоциируют, время непрерывной работы галогенных счетчиков практически не ограничено.

2. Характеристики спиртовых счетчиков изменяются в зависимости от температуры. При низкой температуре (ниже 20°) нары спирта конденсируются и количество их убывает настолько что счетчик перестает быть самогасящимся. Кроме того, от этого ухудшается изоляция и могут возникнуть ложные разряды. Для галогенных счетчиков характерно отсутствие температурной зависимости в пределах от -Ы00° до -80°.

3. Галогенные счетчики работают при низких напряжениях (300-400 в). Это объясняется низким потенциалом ионизации галогенных газов. Как известно, добавление к основному газу небольшого количества примеси, у которой потенциал ионизации немного ниже, чем потенциал возбуждения метастабильного уровня основного газа, снижает потенциал зажигания разряда в этом газе. Это объясняется тем, что возбужденные метаста-бильные атомы основного газа, сталкиваясь с молекулами примеси, могут отдать им свою энергию и ионизировать их (соударения второго рода). Поэтому потенциал зажигания определяется не потенциалом ионизации основного газа, а его потенциалом возбуждения метастабильного состояния.

Недостаток галогенных газов - их способность химически взаимодействовать с большинством материалов, из которых изготовляются катоды. Поэтому в галогенных счетчиках применяются в качестве материала катода акводаг (графит), тантал, сталь и вольфрам.

В заключение необходимо отметить важную особенность протекания разряда в самогасящихся счетчиках. В этих счетчиках, в отличие от несамогасящихся, фотоны, возникающие в лавинах возле нити, не достигают катода, а поглощаются молекулами гасящего газа на небольшом расстоянии от нити. Самостоятельный разряд поддерживается не фотоэмиссией катода, а фотоионизацией газа теми фотонами, которые успели ионизировать атомы газа раньше, чем они могли столкнуться с молекулами гасящего газа. Следовательно, описанный выше фотонно-электрон-ный механизм не охватывает весь объем счетчика, а развивается вблизи нити, постепенно распространяясь вдоль нее. Если до того, как разряд достигнет конца нити, сделать ее потенциал меньше потенциала начала области Гейгера, то самостоятельный разряд прекратится. Поэтому иногда к самогасящимся счетчикам присоединяют гасящую схему, которая, давая отрицательный импульс на нить счетчика, сокращает продолжительность разряда и увеличивает тем самым разрешающую способность счетчика.