Was ist Proportionalkammer – Gasgemische – Definition

Ein  Proportionalzähler , auch als Proportionaldetektor bezeichnet , ist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten von ionisierender Strahlung erfasst. Die Spannung des Detektors wird so eingestellt, dass die Bedingungen dem proportionalen Bereich entsprechen . 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 und verursachen einen als Townsend-Lawinen bekannten Effekt , der einen einzigen großen elektrischen Impuls erzeugt. Gasproportionalzähler arbeiten üblicherweise in hohen elektrischen Feldern in der Größenordnung von 10 kV / cm und erzielen typischeVerstärkungsfaktoren von etwa 10 ⁵ . Da der Verstärkungsfaktor stark von der angelegten Spannung abhängt, ist die gesammelte Ladung (Ausgangssignal) auch von der angelegten Spannung abhängig und Proportionalzähler benötigen eine konstante Spannung.

Argon und Helium sind die am häufigsten verwendeten Füllgase und ermöglichen den Nachweis von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Zum Nachweis von Neutronen sind He-3 und BF ₃ (Bortrifluorid) die am häufigsten verwendeten Gase. Für spezielle Zwecke wurden andere Gasgemische verwendet, wie beispielsweise ein gewebeäquivalentes Gasgemisch, das aus 64,4% Methan, 32,4% Kohlendioxid und 3,2% Stickstoff besteht.

Quenchen – Proportionalzähler

In einem Proportionalzähler ist das Füllgas der Kammer ein Inertgas, das durch einfallende Strahlung ionisiert wird, und ein Quenchgas, um sicherzustellen, dass jede Impulsentladung endet; Eine übliche Mischung ist 90% Argon, 10% Methan, bekannt als P-10.

Für jedes in der Kammer gesammelte Elektron verbleibt ein positiv geladenes Gasion. Diese Gasionen sind im Vergleich zu einem Elektron schwer und bewegen sich viel langsamer. Freie Elektronen sind viel leichter als die positiven Ionen und werden daher viel schneller zur positiven Mittelelektrode gezogen als die positiven Ionen zur Kammerwand. Die entstehende Wolke positiver Ionen in der Nähe der Elektrode führt zu Verzerrungen bei der Gasmultiplikation. Schließlich wandern die positiven Ionen vom positiv geladenen Mitteldraht zur negativ geladenen Wand und werden durch die Aufnahme eines Elektrons neutralisiert. Dabei wird etwas Energie abgegeben, die eine zusätzliche Ionisierung der Gasatome bewirkt. Die durch diese Ionisation erzeugten Elektronen bewegen sich in Richtung des zentralen Drahtes und vervielfachen sich unterwegs. Dieser Ladungsimpuls ist unabhängig von der zu detektierenden Strahlung und kann eine Reihe von Impulsen auslösen. In der Praxis wird die Beendigung der Lawine durch den Einsatz vonLöschtechniken .

Die Löschgasmoleküle haben eine schwächere Affinität für Elektronen als das Kammergas; daher nehmen die ionisierten Atome des Kammergases leicht Elektronen von den Löschgasmolekülen auf. Somit erreichen die ionisierten Löschgasmoleküle die Kammerwand anstelle des Kammergases. Die ionisierten Moleküle des Löschgases werden durch Gewinnung eines Elektrons neutralisiert und die freiwerdende Energie bewirkt keine weitere Ionisierung, sondern eine Dissoziation des Moleküls.

Spezielle Referenz: US-Ministerium für Energie, Instrumantation und Kontrolle. DOE Fundamentals Handbook, Band 2 vom 2. Juni 1992.

Detektion von Neutronen mittels Proportionalzähler

Da die Neutronen elektrisch neutrale Teilchen sind, sind sie hauptsächlich starken Kernkräften ausgesetzt, jedoch keinen elektrischen Kräften. Daher ionisieren Neutronen nicht direkt und müssen in der Regel in geladene Teilchen umgewandelt werden, bevor sie nachgewiesen werden können. Im Allgemeinen muss jeder Typ von Neutronendetektor mit einem Konverter (um Neutronenstrahlung in übliche nachweisbare Strahlung umzuwandeln) und einem der herkömmlichen Strahlungsdetektoren (Szintillationsdetektor, Gasdetektor, Halbleiterdetektor usw.) ausgestattet sein.

Proportionalzähler werden häufig als Vorrichtung zum Erfassen geladener Teilchen verwendet. In Kernkraftwerken werden normalerweise gasgefüllte Proportionalzähler (BF ₃ ) als Quellbereichsdetektoren verwendet. Diese Detektoren verwenden das Gas Bortrifluorid (BF ₃ ) anstelle von Luft in der Kammer. Die einfallenden Neutronen produzieren Alpha-Partikel, wenn sie mit den Boratomen im Detektorgas reagieren. Die meisten (n, alpha) -Reaktionen von thermischen Neutronen sind 10B (n, alpha) -7Li- Reaktionen, die mit einer Gamma-Emission von 0,48 MeV einhergehen .

Darüber hinaus weist das Isotop Bor-10 einen hohen (n, alpha) Reaktionsquerschnitt entlang des gesamten Neutronenenergiespektrums auf . Das Alpha-Teilchen bewirkt eine Ionisierung innerhalb der Kammer, und ausgestoßene Elektronen verursachen weitere sekundäre Ionisierungen.