ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2010, № 6, с. 68-71
ОБЩАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА
УДК 539.1.074
МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ПРОВОЛОЧНЫЕ ГАЗОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УМНОЖИТЕЛИ С ЗАЗОРАМИ 1 И 3 мм
© 2010 г. Б. М. Овчинников, В. В. Парусов
Институт ядерных исследований РАН Россия, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а Поступила в редакцию 29.04.2010 г.
Исследована работа многоканальных проволочных газовых электронных умножителей (м.п.г.э.у.) с зазорами между электродами 8 = 1 мм и 3 мм при заполнении камеры коммерческим неоном под давлениями 0.4 и 1.0 атм (абс.) и облучении а- и Р-частицами. Получены следующие максимальные коэффициенты пропорционального размножения электронов: 6 • 103 (а, 8 = 3 мм, 1 атм, 20% стримеров), 1.2 • 104 (в-, 3 мм, 1 атм, 50% стримеров), 6 • 103 (а, 3 мм, 0.4 атм, 20% стримеров), 105 (в-, 3 мм, 0.4 атм, 50% стримеров). В режиме последовательного размножения электронов в м.п.г.э.у. и его анодном (индукционном) зазоре получены максимальные коэффициенты пропорционального размножения электронов: 1.08 • 105 (в-, 1 мм, 0.4 атм, 50% стримеров), 2 • 106(Р" ", 3 мм, 0.4 атм, 20% стримеров), 1.12 • 105 (а, 3 мм, 0.4 атм, 50% стримеров).
ВВЕДЕНИЕ
В наших предыдущих работах [1, 2] исследован многоканальный проволочный газовый электронный умножитель (м.п.г.э.у.) с зазором между его электродами 1 мм при заполнении различными газами под давлением 1 атм (абс.).
Отличительными особенностями м.п.г.э.у. от известных г.э.у. [3], изготовляемых перфорацией пластин из пластика с проводящими покрытиями с обеих сторон, являются следующие:
1. В пластиковых г.э.у. стримерные разряды и искровые пробои, а также потоки положительных ионов из пропорциональных лавин приводят к распылению проводящего покрытия (металлического или резистивного) с поверхности г.э.у. с осаждением этих атомов на пластиковых стенках отверстий г.э.у. и на изоляторах камеры с последующими утечками и пробоями. Случайные искровые пробои и стримерные разряды по поверхности пластика в каналах м.п.г.э.у. также приводят к формированию проводящих каналов, по которым происходят утечки зарядов.
В м.п.г.э.у. между электродами находится газ, и распыление проводящего покрытия электродов не влияет на работу м.п.г.э.у., хотя при этом необходимо защищать изоляторы камеры от осаждения на них проводящего покрытия. Ионные следы на треках искровых пробоев и стримерных разрядов в газовом зазоре м.п.г.э.у. достаточно быстро удаляются электрическим полем, не разрушая его электроды.
2. Существенным недостатком пластиковых г.э.у. является нестабильность их работы из-за на-
текания зарядов на стенки отверстий. В м.п.г.э.у. этот эффект отсутствует.
Другими преимуществами м.п.г.э.у. (особенно при их использовании в криогенных двухфазных камерах [4]) являются возможность организации пружинного натяжения нитей (пластиковые г.э.у. с толщиной ~0.1 мм постепенно теряют плоскую геометрию), отсутствие неизбежно газящего пластика и отсутствие конденсации насыщенных паров ксенона (аргона) в зазоре м.п.г.э.у.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В данной работе исследована работа м.п.г.э.у. с зазорами между электродами 1 и 3 мм (рис. 1) при
-V
+ Уа
Рис. 1. Камера для испытаний м.п.г.э.у. Vд - напряжение, поступающее на резистивный делитель камеры м.п.г.э.у.; ЗЧУ - зарядочувствительный усилитель.
ЛуМн(м.п.г.э.у.) 105
104 103 102 101
10
4
= Неон
- 3 мм I 2
1 1 3 1 1
вух 7/
1 /X
: // У/а
Г"
: 1 1 1 1 1
100
200
300
400 ЬУм
м.п.г.э.у.
500 В
Рис. 2. Зависимости коэффициентов пропорционального размножения электронов Кумн от разности потенциалов между электродами м.п.г.э.у. для зазора 3 мм при давлении заполняющего камеру неона 0.4 и 1.0 атм (абс.) от разности потенциалов между электродами: 1 - а, 1.0 атм, К^ = 6 • 103 (20% стримеров); 2 - р-, 1.0 атм, 1.2 • 104 (50%); 3 - а, 0.4 атм, 6 • 103 (20%); 4 - р-, 0.4 атм, 105 (50%).
заполнении камеры чистым коммерческим неоном под давлением 0.4 и 1.0 атм (абс.). Проволочные электроды имеют квадратные отверстия размерами 0.5 х 0.5 мм, расположенные с шагом 1.5 мм в ортогональных направлениях [1]. Зазор катод К-м.п.г.э.у. равняется 13 мм, зазор м.п.г.э.у.-анод А - 6 мм.
На рис. 2 представлены полученные зависимости коэффициентов пропорционального размножения электронов Кумн от разности потенциалов между электродами м.п.г.э.у. для зазора 3 мм (напряженность поля в анодном зазоре была ниже порога размножения электронов - при давлении
Р = 0.4 атм Еапорог = 420 В/см, при Р = 1 атм -500 В/см): кривая 1 - при облучении а-частица-ми (239Ри) дрейфового зазора м.п.г.э.у. и давлении неона Р = 1.0 атм максимальный коэффициент пропорционального размножения электронов составил Хуммакс = 6 • 103 (20% стримеров), в области Кумн < < 2000 стримеры отсутствовали; кривая 2 — при облучении Р--частицами (63№) и Р = 1.0 атм коэффициент Кумма*с = 1.2 • 104 (50% стримеров), в области Кумн < 6000 стримеры отсутствовали; кривая 3 - при облучении а-частицами и Р = 0.4 атм
(абс.) Куммакс = 6 • 103 (20% стримеров), в области Кумн < 3.75 • 103 стримеры отсутствовали; кривая
4 - при облучении в -частицами и Р = 0.4 атм
Кумманкс = 105 (50% стримеров), в области Кумн < 6 • 103 стримеры отсутствовали.
Необходимо отметить, что при увеличении разности потенциалов на обкладках м.п.г.э.у. на несколько вольт по сравнению с предельными значениями куГ количество стримеров возрастает до ~100% с переходом в дальнейшем в непрерывный токовый разряд.
Для получения большего коэффициента пропорционального размножения электронов при Р = 0.4 атм (абс.) напряженность поля в анодном (индукционном) зазоре м.п.г.э.у. была увеличена до 500 В/см, что позволило получить в этом зазоре дополнительно коэффициент размножения
КумЮД = 14. В результате суммарный коэффициент размножения электронов в м.п.г.э.у. и анодном зазоре увеличился до Кюлн = Кумн (м.п.г.э.у.) Куамнд = = 14 Кумн (м.п.г.э.у.).
Величина коэффициента пропорционального размножения электронов в анодном зазоре
Куамт = 14 была определена при облучении а-частицами м.п.г.э.у., разность потенциалов между электродами которого составляла ~80 Вт, что было недостаточно для размножения электронов ионизации, но обеспечивало их транспортировку через м.п.г.э.у. в анодный зазор.
На рис. 3 представлены полученные результаты для зазоров 1 и 3 мм при давлении неона 0.4 атм и при одновременном размножении электронов в м.п.г.э.у. и анодном зазоре Кполн = Кумн(м.п.г.э.у.)
Куам°д = 14 Кумн(м.п.г.э.у.): кривая 1 - при облучении а-частицами м.п.г.э.у. с зазором 3 мм получен
Км™ = 1.12 • 105 (50% стримеров), в области Кполн < < 8 • 104 стримеры отсутствовали; кривая 2 - при облучении в--частицами м.п.г.э.у. с зазором 3 мм
получен Кмолс = 2 • 106 (20% стримеров), в области Кполн < 7.8 • 105 стримеры отсутствовали; кривая 3 - при облучении в--частицами м.п.г.э.у. с зазором 1 мм получен Кмкс = 1.08 • 105 (50% стримеров), в области Кполн < 5.9 • 104 стримеры отсутствовали.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Сопоставляя результаты без размножения электронов в анодном зазоре (рис. 2): кривую 4 [в-,
3 мм, 0.4 атм, КумГ (м.п.г.э.у.) = 105 (50% стримеров)] и кривую 3 [а, 3 мм, 0.4 атм, КумГ = 6 • 103 (20% стримеров)], с результатами с дополнительным размножением электронов в анодном зазоре
(рис. 3): с кривой 2 [в-, 3 мм, 0.4 атм, Кполн = КумГ
0
70
ОВЧИННИКОВ, ПАРУСОВ
104 103 102 101
0
100 200
300
400
лк
м.п.г.э.у.
500 В
Рис. 3. Зависимости коэффициентов пропорционального размножения электронов ^полн =
= Хумн(м.п.г.э.у.) х 14 (K^if) для зазоров 1 и 3 мм и давления 0.4 атм (абс.) от разности потенциалов между электродами м.п.г.э.у. при одновременном размножении электронов в м.п.г.э.у. и анодном зазоре: 1 - а,
3 мм, 0.4 атм, Кполн = 1.12 • 105 (50% стримеров), в области Кполн < 8 • 104 стримеры отсутствовали (0%); 2 - ß-, 3 мм, 0.4 атм, 2 • 106 (20%), в области <7.8 • 105 -0%; 3 - ß-, 1 мм, 0.4 атм, 1.08 • 105 (50%), в области <5.9 • 104 - 0%.
(м.п.г.э.у.) КуаГ = 1.4 • 105 х 14 = 2 • 106 (20% стримеров)] и кривой 1 [а, 3 мм, 0.4 атм, Кполн = 8 • 103 х х 14 = 1.12 • 105 (50% стримеров)], можно видеть, что дополнительное размножение в анодном зазоре практически не влияет на размножение в м.п.г.э.у., хотя рабочий диапазон (без стримеров) при размножении в м.п.г.э.у. + анодном зазоре увеличивается в 14 раз.
В коммерческом неоне, используемом в данном эксперименте, как и во многих других коммерческих газах, поставляемых в баллонах, присутствуют примеси в количестве <2 млн-1. В неоне это примеси Аг, Н20, 02, имеющие потенциалы ионизации, меньшие, чем неон. Кроме того, поскольку камера, содержащая м.п.г.э.у., не прогревалась с целью удаления с ее внутренних поверхностей примесей воздуха и влаги, неон, заполняющий камеру, содержал в количестве, меньшем 100 млн-1, примеси азота, кислорода и влаги. В результате в неоне после первичных лавин, обусловленных сбором электронов ионизации из зазора, облучаемого Р-, а-частицами, образуются
вторичные лавины Пеннинга длительностью 20100 мкс [5]. Однако амплитуда вторичных лавин при концентрации примесей <100 млн-1 во всей области пропорциональных сигналов невелика, и они не приводят к образованию стримерных разрядов. В районе КумТ пропорциональных сигналов вторичные лавины становятся большими и перерастают в стримерные разряды.
Образование вторичных лавин при регистрации а-частиц с большей амплитудой по сравнению с вторичными лавинами при регистрации Р-частиц является причиной существенно мень-
т^макс
ших величин Кумн для а-частиц.
Увеличение амплитуды вторичных лавин при введении в благородные газы гасящих добавок в количестве 5-20% является причиной уменьше-
макс
ния Кумн для этих смесей по сравнению с чистыми газами. Этот вывод подтверждается результатами следующих работ:
1) при увеличении в смеси N6 + СН4 концентрации примеси СН4 до 5% переход в область с преимущественно стримерными разрядами про-
макс
исходит при меньшем значении Кумн по сравнению с чистым неоном [6];
2) убедительно продемонстрировано уменьшение Кумманкс при увеличении концентрации гасящих примесей в благородны
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.