Was ist Townsend Avalanche – Definition

Die Townsend-Lawine oder die Townsend-Entladung beeinflussen die Anzahl der in gasförmigen Ionisationsdetektoren gesammelten Ionenpaare erheblich. Die Townsend-Lawine ist ein Gasionisationsprozess, bei dem freie Elektronen durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden. Strahlungsdosimetrie

Die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und der Impulshöhe in einem Detektor ist sehr komplex. Die Impulshöhe und die Anzahl der gesammelten Ionenpaare stehen in direktem Zusammenhang. Die Townsend-Lawine oder die Townsend-Entladung beeinflussen die Anzahl der in gasförmigen Ionisationsdetektoren gesammelten Ionenpaare erheblich. Die Townsend-Lawine ist ein Gasionisationsprozess, bei dem freie Elektronen durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden, mit Gasmolekülen kollidieren und folglich freie Sekundärelektronen. Das Ergebnis ist eine Lawinenvervielfachung, die eine elektrische Leitung durch das Gas ermöglicht.

Townsend Avalanche – Proportionalregion

Die Erzeugung diskreter Townsend-Lawinen in einem proportionalen Zähler. Quelle: wikpedia.org Lizenz: CC BY-SA 3.0

Im proportionalen Bereich nimmt die gesammelte Ladung mit einem weiteren Anstieg der Detektorspannung zu, während die Anzahl der primären Ionenpaare unverändert bleibt. Durch Erhöhen der Spannung werden die Primärelektronen mit ausreichender Beschleunigung und Energie versorgt, damit sie zusätzliche Atome des Mediums ionisieren können. Diese gebildeten Sekundärionen werden ebenfalls beschleunigt, was einen als Townsend-Lawinen bekannten Effekt verursacht , der einen einzelnen großen elektrischen Impuls erzeugt. Obwohl es für jedes Primärereignis eine große Anzahl von Sekundärionen gibt (etwa 10 3 – 10 5 ), wird die Kammer immer so betrieben, dass die Anzahl der Sekundärionen proportional istauf die Anzahl der primären Ereignisse. Dies ist sehr wichtig, da die primäre Ionisation von der Art und Energie der Partikel oder Strahlen im abgefangenen Strahlungsfeld abhängt. Die Anzahl der gesammelten Ionenpaare geteilt durch die Anzahl der durch die Primärionisation erzeugten Ionenpaare liefert den Gasverstärkungsfaktor (bezeichnet mit A). Die in diesem Bereich auftretende Gasverstärkung kann die Gesamtionisationsmenge auf einen messbaren Wert erhöhen. Der Prozess der Ladungsverstärkung verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors erheblich und reduziert die nachfolgende erforderliche elektronische Verstärkung. Wenn Instrumente im Proportionalbereich betrieben werden, muss die Spannung konstant gehalten werden.Bleibt eine Spannung konstant, ändert sich auch der Gasverstärkungsfaktor nicht. Proportionalzählererkennungsinstrumente sind sehr empfindlich gegenüber geringen Strahlungswerten. Darüber hinaus können Proportionalzähler Partikel identifizieren und Energie messen (Spektroskopie). Durch Analyse der Impulshöhe können unterschiedliche Strahlungsenergien und unterschiedliche Strahlungstypen unterschieden werden, da sie sich in der Primärionisation signifikant unterscheiden.

Townsend Avalanche – Geiger-Müller-Region

Visualisierung der Ausbreitung von Townsend-Lawinen mittels UV-Photonen. Quelle: wikpedia.org Lizenz: CC BY-SA 3.0

In diesem Bereich ist die Spannung hoch genug, um die Primärelektronen mit ausreichender Beschleunigung und Energie zu versorgen, damit sie zusätzliche Atome des Mediums ionisieren können. Diese gebildeten Sekundärionen (Gasverstärkung) werden ebenfalls beschleunigt, was einen als Townsend-Lawinen bekannten Effekt verursacht. Diese Lawinen können durch Photonen ausgelöst und verbreitet werden, die von Atomen emittiert werden, die in der ursprünglichen Lawine angeregt wurden. Da diese Photonen nicht vom elektrischen Feld beeinflusst werden, können sie weit (z. B. seitlich zur Achse) von der Primärlawine interagieren, wobei die gesamte Geigerröhre an dem Prozess beteiligt ist. Ein starkes Signal ( der Verstärkungsfaktor kann etwa 10 10 erreichen) wird durch diese Lawinen mit Form und Höhe unabhängig von der Primärionisation und der Energie des detektierten Photons erzeugt. Der Spannungsimpuls wäre in diesem Fall groß und leicht erkennbar ≈ 1,6 V.

 

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