Главная Об электрических измерениях. Достоинства и недостатки



Ur и

Рис. 4.51

личество ионов значительно больше, чем необходимо для обеспечения этого тока, ток возрастает пропорционально напряжению. С увеличением напряжения пропорциональность нарушается и при изменении напряжения от до ток не меняется. В этом диапазоне напряжений все ионы доходят до электродов и участвуют в создании тока Повышение напряжения не увеличивает числа носителей. При даль нейшем увеличении напряжения возрастает скорость ионов, и если оно превьппает U, то энергия ионов становится достаточной для вто ричной ионизации газа. При этом возрастает число носителей, а так же и ток камеры. Ионизационные камеры работают на участкеЛ5 ВАХ С увеличением излучения ток камеры возрастает.

Конструкция камеры, состав и давление газа зависят от ее назна чения, а также от вида и энергии ионизируюших частиц. При работе с «-частицами, имеющими малую длину пробега, источник излучения помещают внутри камеры.

Газоразрядные счетчики представляют собой ионизациожую камеру, работающую при напряжении большем, чем на рис. 451,6. Они бывают двух типов: пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера. Счетчики представляют собой заполненный газом цилиндрический стеклянный баллон, по оси которого натянута тонкая металлическая проволока - анод. На цилиндрическую часть баллона изнутри нанесено металлическое покрытие - катод. Прикладываемое к электродам напряжение создает в межэлектродном пространстве поле, напряженность которого резко возрастает возле анода. Электрон, возникший под действием ионизирующей частицы или излучения в области малой напряженности, дрейфует к аноду, при этом его скорость и энфгия возрастают. Вблизи анода, в области повышенной напряженности, энергия возрастает настолько, что электрон становится способным сам ионизировать газ. Эта ионизация увеличивает число вторичных электронов. Происходит увеличение импульса тока счетчика в 10 - 188



10*, а иногда более чем в 10* раз. Газовый разряд в пропорциональном счетчике является несамостоятельным газовым разрядом, он возникает при внешней ионизации газовой среды и прекращается при ее прекращении. Как и в ионизационных камерах, импульс тока пропорционален энергии. ионизирующего излучения.

К электродам счетчика Гейгера-Мюллера подается еще большее напряжение. Под действием излучения происходят процессы, аналогичные процессам в пропорциональном счетчике. Однако в прианод-ной области под действием увеличенной напряженности поля энергия электронов настолько возрастает, что возникает самостоятельный коронный разряд. Возникшее ультрафиолетовое излучение выбивает из катода электроны, они ионизируют газ и поддерживают возникший разряд. Для того чтобы можно было зарегистрировать приход новой ионизирующей частицы или кванта излучения, разряд должен быть погашен. Гашение производится либо специальной схемой, которая уменьшает напряжение на счетчике, либо вследствие процессов, происходящих внутри его. Счетчики пфвого типа называются несамогасящи-мися, второго - самогасящимися. Самогасящиеся счетчики наполняются газовой смесью специального состава, которая поглощает ультрафиолетовое излучение и способствует прекращению разряда.

Импульсы тока в счетчике Гейгера-Мюллера возникают при попадании в него ионизирующих квантов или частиц. Амплитуда импульсов постоянна и от энергии ионизирующих агентов не зависит; от интенсивности излучения зависит лишь средняя частота импульсов.

Ионизационные камеры и газоразрядные счетчики могут работать в токовом или импульсном режиме. В первом измеряются средний ток преобразователя, численно равный общему заряду всех ионов, образованных за одну секунду. У ионизационной камеры ток составляет 10"*** - 10"** А. Для его измерения последовательное преобразователем включают нагрузочное сопротивление порядка 10 - 10*° Ом и напряжение на нем измеряют с помощью усилителя постоянного тока. У пропорциональных счетчиков выходное напряжение имеет порядок 10" В.

В импульсном режиме измеряются амплитуды импульсов тока, соответствующих каждому акту ионизации, и их частота. Амплитуда импульсов тока ионизационной камеры и пропорционального счетчика пропорциональна числу ионов и характеризует энергию, потерянную ионизирующим излучением или частицей в камере. Ионизационные камеры часто используются для регистрации сильно ионизирующих частиц, имеющих малую длину пробега. При их торможении в камере амплитуда импульсов пропорциональна полной энергии частицы, частота импульсов пропорциональна интенсивности излучения.

Полупроводниковый детектор (рис. 452) - это ионизационный преобразователь, представляющий собой монокристалл полупроводника (германия) с р-г-и-переходом. Проводящий слой с собственной ipo-



I- водимостью (г-проводимостью) выполнен

-путем диффузии лития в монокристалл гер-Л мания. Измеряемое излучение ионизирует

слой с собственной проводимостью и увеличивает в нем число электронов и дырок, что приводит к увеличению проводимости. Под действием напряжения, приложенного к р- и и-слоям, возникает импульс тока. Число носителей, а следовательно, и амплитуда п импульса тока пропорциональны энергии

излучения, средняя их частота пропорцио-

нальна интенсивности. Характеристики по- Частица лупроводникового детектора подобны ха-

й рактеристикам пропорционального счетчика.

Рис. 4.52 Сцинтилляционный счетчик состоит из

сцинтиллятора - твердого тела, которое под действием излучения дает вспышку света, и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Яркость вспышки, а следовательно, и импульс фототока ФЭУ определяются энергией частицы или излучения, поглощенной сцинтилйятором, их средняя частота - интенсивностью излучения.

Особенности применения ионизационных преобразователей. Измерительные приборы с ионизационными преобразователями могут использовать в своей работе либо меченые атомы, либо источники ядерного излучения. Приборы с мечеными атомами служат для изучения поведения веществ и тел в различных физических, химических и физиологических процессах. Их применение основано на том, что радиоактивные изотопы элементов идентичны стабильным изотопам. Радиоактивные изотопы добавляются к стабильным и участвуют в процессе наряду со стабильными. Местонахождение и количество радиоактивных изотопов определяются с помощью ионизационных преобразователей.

Приборы с источниками излучения служат для измерения неэлектрических величин, таких, как 110лщина материала, уровень жвдкости, расход жидкости и пр. В этих приборах используется зависимость интенсивности излучения от измеряемой величины.

Приборы с ионизационными преобразователями имеют ряд особенностей, которые обеспечили их распространение. Эти приборы используют радиоактивные источники, излучение которых стабильно. На из-л)ение не влияет изменение внешних условий: температуры, давления, напряжения питания, наличие агрессивных сред и т. п. Интенсивность изменяется только вследствие естественного распада ядф радиоактивного изотопа.

Благодаря большой проникающей способности излучения приборы могут применяться в тех случаях, когда обьект измерения находится 190



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 [61] 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114


0.0132