Гейгера счётчик (Гейгера - Мюллера счётчик) - детектор частиц, действие к-рого основано на возникновении
самостоят. электрич. разряда в газе при попадании частицы в его объем. Изобретён
X. Гейгером и Э. Резерфордом [1] в 1908, позднее был усовершенствован Гейгером
и В. Мюллером [2]. Г. с. предназначен для регистрации заряж. частиц. Он пригоден
также для детектирования нейтронов, рентг.- и g-квантов по вторичным заряж.
частицам, генерируемым ими (см., напр., Нейтронные детекторы).
Г. с. обычно состоит из
металлич. цилиндра - катода-и тонкой проволочки, натянутой вдоль его оси,- анода,
- заключённых в герметичный объём, к-рый заполнен газовой смесью под давлением,
как правило, 100-260 гПа (100-260 мм рт. ст., рис. 1). Между катодом и анодом
прикладывается напряжение U порядка 200-1000 В. Заряж. частица, попав
в объём счётчика, образует нек-рое кол-во электрон-ионных пар; электроны и ионы
начинают двигаться к соответствующим электродам. Если напряжённость электрич.
поля достаточно велика, электроны на длине свободного пробега (между соударениями
с молекулами газа) приобретают энергию, превосходящую их энергию ионизации, и ионизуют молекулы. В результате в газе развиваются электронно-ионные лавины,
к-рые являются основой т. н. газового усиления, обеспечивающего достаточно высокий
уровень электрич. сигнала на аноде, к-рый регистрируется.
Ток в цепи Г. с. нарастает
экспоненциально до тех пор, пока пространств. заряд положит. ионов не понизит
электрич. поле и не прекратит развитие лавин [3, 4]. Амплитуда импульса на выходе
Г. с. не зависит от энергии детектируемой частицы. Это отличает его от др. газовых
детекторов пропорциональных счётчиков и ионизационных камер.
Различают несамогасящиеся
и самогасящиеся Г. с. (предложены Тростом в 1937). Они отличаются составом газовой
смеси и быстродействием. Несамогасящиеся Г. с. требуют понижения напряжения
между катодом и анодом для того, чтобы надёжно погасить разряд и подготовить
детектор к регистрации след. частицы. Это достигается спец. схемой или введением
высокоомного сопротивления R в цепь питания счётчика (R~109
Ом). На нити скапливается отрицат. заряд, разность потенциалов между катодом
и анодом уменьшается, и разряд обрывается. После этого чувствительность Г. с.
восстанавливается через 10-2 с (время разрядки ёмкости С счётчика
через сопротивление R). Самогасящиеся счётчики заполняются чистыми газами,
напр. Ar, с добавкой (10%) многоатомного газа, в частности спирта. Многоатомные
молекулы эффективно поглощают фотоны и блокируют механизм фотоэффекта - генерации
электронов с поверхности катода, что обеспечивает самопроизвольное
гашение разряда. Время нечувствительности самогасящегося Г. с.~10-4
с. Оба типа Г. с. способны выдерживать нагрузки до 104-105
импульс/с. Самогасящиеся Г. с. из-за диссоциации многоатомных молекул выдерживают
лишь 108-109 срабатываний. Если вместо многоатомной добавки
использовать Cl, Br или I (0,1%), а в качестве осн. газа Ne или Не с примесью
Ar, то срок службы Г. с. становится практически неограниченным. Рабочее напряжение
для этих счётчиков в пределах 200-400 В, но быстродействие существенно ниже
и определяется временем дрейфа ионизованных молекул галогенов к катоду. Зависимость
числа N регистрируемых импульсов на выходе амплитудного дискриминатора от приложенного к Г. с. напряжения U при фиксиров. нагрузке наз.
счётной характеристикой и имеет вид, показанный на рис. 2. В области AB напряжение
недостаточно для развития лавин. В интервале ВС только часть сигналов
на выходе счётчика превышает порог регистрации. В рабочей области CD регистрируются
все частицы, к-рые дали хотя бы одну электрон-ионную пару в объёме Г. с. При
напряжении больше UD начинаются самопроизвольные пробои. Эффективность
Г. с. при регистрации частиц малых энергий обычно несколько меньше 100%. Это
связано с тем, что такие частицы могут с заметной вероятностью не создать ни
одной электрон-ионной пары в рабочем объёме счётчика. Г. с.- сравнительно медленно
действующие приборы, поэтому они были частично вытеснены сцинтилляционными
детекторами и пропорц. счётчиками. Однако простота конструкции и дешевизна
обеспечили им применение в дозиметрии ,а также в таких областях, где
регистрируются редкие события и надо перекрыть детекторами десятки и даже сотни
м2. В последнем случае Г. с. работают, как правило, в ограниченном
стримерном режиме при давлении газовой смеси, близком к атмосферному. Если нужно
работать в условиях повыш. нагрузок (~103 импульсов в 1 с), то в
объём Г. с. вводятся изолирующие перегородки, к-рые ограничивают развитие разряда
вдоль трубки. Г. с. продолжают использоваться. В эксперименте по исследованию
свойств нейтрино применялось 19 968 Г. с. в виде алюминиевых трубок длиной 4
м, изолированных друг от друга. Установка для поиска распада протона, к-рая
размещается в туннеле под Монбланом, содержит 43 000 Г. с.
Ю. А. Семёнов