Генри Смит - Атомная энергия для военных целей

Ионизационная камера измеряет полное число произведенных в ней ионов. Она обычно состоит из двух плоских электродов, между которыми создается электрическое поле, достаточно сильное для того, чтобы притягивать к электродам все ионы прежде, чем они успеют рекомбинировать, но недостаточно сильное, чтобы производить вторичные ноны, как это имеет место в некоторых приборах, описанных ниже.

Применяя чувствительный усилитель, с помощью ионизационной камеры можно измерить даже ионизацию, вызываемую отдельной α -частицей. Ионизационная камера может применяться, подобно электроскопу, для измерения полной величины ионизации, происходящей за определенный промежуток времени.

Хотя с помощью ионизационной камеры и можно отмечать отдельные α -частицы, гораздо удобнее заставить возникающие первоначально ионы производить другие ионы в той же области электрического поля; от усилительного контура при этих условиях потребуется меньшая чувствительность.

В пропорциональном счетчике один из электродов представляет собой тонкую проволоку, натянутую по оси полого цилиндра, являющегося вторым электродом. Проволока создает вблизи себя сильное электрическое поле даже при сравнительно небольших разностях потенциалов между нею и другим электродом. Это сильное поле быстро ускоряет первичные ионы, образованные α - или β -частицей или фотоном, а эти ускоренные первичные ионы (в частности, электроны) производят в свою очередь вторичные ионы в газе, которым заполнен счетчик, так что импульс тока значительно увеличивается.

Такие счетчики можно сконструировать и применять так, чтобы общее число образовавшихся ионов было пропорционально числу первичных ионов. После усиления импульс тока можно наблюдать при помощи осциллографа; величина импульса будет пропорциональна ионизации, создаваемой первоначальной частицей. При таком способе весьма легко различать α -частицы, β -частицы и фотоны, а усилитель можно так конструировать, чтобы отсчитывать только импульсы, превосходящие заданную величину. Таким образом, пропорциональным счетчиком можно подсчитать α -частицы на фоне β -частиц, и даже можно регистрировать α -частицы, имеющие энергию, большую определенной величины.

Если в пропорциональном счетчике повышать напряжение, наступает момент, когда первичные ионы, получившиеся от одиночной α -частицы, β -частицы или фотона, не только умножат число первичных ионов в объеме своего образования, но и вызовут разряд во всем счетчике. Происходящее здесь явление напоминает действие спускового крючка огнестрельного оружия. Сила тока через счетчик не зависит от числа первично образовавшихся ионов; более того, ток продолжался бы бесконечно, если бы не были предприняты меры для его погашения. Погашение может быть достигнуто такой электрической схемой, в которой напряжение будет падать, как только пройдет ток; можно также для погашения тока пользоваться смесью газов в счетчике, которые «отравляют» поверхность электрода, как только происходит разряд, тем самым временно препятствуя дальнейшей эмиссии электронов. Можно комбинировать и оба метода. Счетчик Гейгера-Мюллера был построен раньше, чем пропорциальный счетчик, и остается самым чувствительным прибором для обнаружения ионизующего излучения, но все его функции сводятся к «подсчету» любого ионизующего излучения, проходящего через счетчик, будь то α -частицы, протоны, электроны или фотоны.

Одно дело излагать различные принципы ионизационных камер, счетчиков и т. п., другое дело — конструировать их и успешно ими пользоваться. Стенки камеры счетчика должны позволять частицам проникать в счетчик. Для γ -лучей это проблема второстепенная, но для сравнительно медленных электронов, позитронов и α -частиц стенки должны быть весьма тонкими или иметь тонкие окна.

Существует большое разнообразие в деталях самих счетчиков, в промежутке между электродами и размерах электродов, в природе газа, заполняющего камеру, в его давлении и т. д.

Истолкование получаемых с помощью счетчика результатов не просто. Следует учитывать влияние поглощения стенками счетчика и любыми внешними поглотителями, следует учитывать геометрию счетчика по отношению к источнику для того, чтобы иметь возможность из отсчета найти фактическое число ядерных процессов, и, наконец, что иногда весьма важно, должны быть приняты во внимание статистические отклонения, так как все ядерные реакции подчиняются законам теории вероятностей.