2.1.1. Вольтамперная характеристика газового детектора ионизирующего излучения.

Вольтамперная характеристика конденсатора выражает зависимость силы ионизационного тока от приложенного напряжения (рис. 2).

Рис.2. Вольтамперная характеристика газового детектора.

Кривую вольтамперной характеристики можно условно разделить на пять областей, каждая из которых характеризует тот или иной процесс, происходящий в газовом конденсаторе.

Первый участок (интервал от 0 до U,) характеризует прямопропорциональную зависимость силы тока от напряжения (область, соответст­вующая закону Ома).

Начиная с некоторого потенциала U₁, дальнейшее увеличение напря­жения, вплоть до U₂, не приводит к возрастанию ионизационного тока. Это обусловлено тем, что при данных напряжениях рекомбинация отсутствует и все ионы, образованные излучением, доходят до обкладок конденсатора. Поскольку заряд каждого иона равен е (заряду электрона), то ионизацион­ный ток i равен n₀ ^. е.

Область напряжений, в которой сила ионизационного тока оста­ется постоянной, называется областью насыщения, а сила ионизаци­онного тока - током насыщения.

При напряжении больше U₂ электроны ускоряются до такой кинети­ческой энергии, которая оказывается достаточной для ионизации при столкновении с нейтральными атомами и молекулами.

Эту ионизацию в отличие от первичной называют вторичной иониза­цией. Электроны вторичной ионизации вместе с электронами первичной в последующих столкновениях ионизируют другие молекулы, в результате чего происходит увеличение зарядов,

В этой области напряжения существует строгая пропорциональная за­висимость между числом пар ионов (n₀), образованных в 1 с под действием первичного излучения, и общим числом пар ионов, образованных в 1 с в газовом объеме:

n = К * n_о,

где К - коэффициент газового усиления, показывающий, во сколько раз общее число пар ионов, образованных в объеме конденсатора, больше, чем число пар ионов, обусловленных первичным излучением. Значение коэффи­циента К колеблется от 1 (участок U = U₂)до 10²-10⁴(участок U = U₃),

Этот участок вольтамперной характеристики газового конденса­тора называют областью газового усиления.

Данный участок условно разделяют на зону прямой пропорциональ­ности напряжения (U₂ – U₃) и ограниченной пропорциональности (U₃ – U₄).

Если напряжение между электродами станет больше U₄, то достаточ­но образования одной пары ионов в газовом промежутке, чтобы между электродами возник ток, причем его сила не зависит от первоначальной ионизации.

Участок напряжения U₄ - U₅ называют областью Гейгера.

При напряжении больше U₅ в газе начинает поддерживаться самостоятельный разряд, возникающий без наличия ионизирующего излучения

в детекторе. Данный участок напряжения называют областью ударной ионизации.

Следует подчеркнуть, что ионизационный ток может быть различным при облучениях одной и той же дозой излучения с разными энергетическими спектрами.

Динамика изменения силы ионизационного тока» зависящая от энергии излучения, называется "ходом с жесткостью".

Под "жесткостью" здесь понимается энергия изучения - чем больше энергия фотонов, тем на большую глубину они проникают, т.е. тем жестче и, если представить излучение в виде иглы, тем на большей глубине станет "мягче" и согнется ее острие. Чем больше малоэнергичных "мягких" фотонов, тем труднее их измерить и тем значительнее может быт погрешность, если не учитывать этого эффекта.