Газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера

Для развития разряда  в счетчике достаточно образования одной пары ионов. Если частица создает в среднем п_о пар ионов, то вероятность не создать ни одной пары ионов в счетчике равна (по закону Пуассона) , и, следовательно, эффективность регистрации заряженных частиц в самогасящемся счетчике ε_d = Для регистрации заряженных частиц счетчики должны иметь или тонкие стенки, или специальные тонкостенные окна, чтобы заряженные частицы могли проникать внутрь счетчика. Так, для регистрации α-частиц радиоактивного распада толщина окна счетчика но должна превышать 2…4 мг/см². Для регистрации β-частиц можно использовать счетчики с более толстыми стенками. Так, в счетчик с толщиной окна 30 мг/см² проникает около 70% β-частиц, образующихся при распаде ³²Р, и только 0,03% β-частиц, образующихся при распаде ¹⁴С.

Для регистрации γ-квантов обычно применяют счетчики с толстыми стеклянными стенками (~1 мм). Гораздо реже используют счетчики со специальными металлическими катодами. Регистрация γ-кванта, попавшего в счетчик, произойдет в том случае, если в результате взаимодействия γ-кванта появится электрон, который достигнет чувствительного объема счетчика.

Очевидно, подавляющее  число электронов рождается в  стенках счетчика. В зависимости  от толщины катода счетчика и энергии γ-кванта будет меняться число электронов, попадающих в чувствительный объем счетчика. Чем толще катод и чем ниже энергия γ-кванта, тем меньше электронов попадет в счетчик. Точное вычисление эффективности счетчика к γ-квантам представляет сложную задачу.

Эффективность счетчика с различными катодами в зависимости от энергии γ-квантов показана на рис. 20. Эффективность, как видно из рисунка, возрастает с увеличением энергии. Это обусловлено тем, что с ростом энергии γ-кванта увеличивается средняя энергия появляющихся в результате взаимодействия электронов и, следовательно, увеличивается их пробег. А это значит, что с увеличением энергии растет эффективная толщина катода, из которой электроны могут проникнуть в чувствительный объем счетчика.

Рис. 20. Зависимость  эффективности регистрации γ-квантов от их энергии

Уменьшение толщины  катода до очень малых величин (много  меньших пробегов электронов) не изменит  характера зависимости эффективности от энергии, поскольку в счетчик будут проникать электроны, образованные γ-излучением в среде, окружающей счетчик. В вакууме эффективность тонкостенного счетчика будет иметь другой характер: она будет пропорциональна полному сечению взаимодействия γ-квантов с материалом, из которого изготовлен катод счетчика. Увеличение толщины катода счетчика будет приводить к тому, что эффективность регистрации γ-квантов низких энергий уменьшится значительнее, чем высоких, из-за поглощения γ-квантов в стенках счетчика.

Газоразрядные счетчики будут регистрировать и нейтроны. Регистрация нейтронов происходит в результате или упругого рассеяния нейтронов на ядрах газа, наполняющего счетчик, или образования γ-квантов в реакциях неупругого рассеяния и радиационного захвата на ядрах вещества, окружающего счетчик. Нейтроны низких энергий (<100 кэв) в счетчике со смесью спирт-аргон будут упруго рассеиваться на ядрах водорода. Эффективность регистрации таких нейтронов будет порядка сотых долей процента. Для нейтронов более высоких энергий эффективность окажется еще меньше. Если же счетчик окружить кадмием и поместить в замедлитель нейтронов (воду, парафин), то нейтроны будут регистрироваться по γ-квантам захвата в водороде и кадмии.