1.2.3. Область пропорциональности

Если разность потенциалов между электродами продолжает увеличиваться, то вольтамперная характеристика переходит в область пропорционального режима. В данной области при увеличении разности потенциалов ток также увеличивается. Этот эффект называется газовым усилением обусловлен тем, что в сильном электрическом поле образовавшиеся в газе электроны набирают при ускорении к аноду достаточно энергии, чтобы произвести вторичную ионизацию молекул газа. Вторичные электроны сами в свою очередь ускоряются и производят следующее поколение пар ионов, что, в конечном счете, усиливает собираемый на аноде детектора заряд в тысячи раз.

Для сохранения прямой пропорциональности выходного сигнала величине начальной ионизации коэффициент газового усиления должен быть независимым от начальной ионизации. Это условие выполняется, если пространственный заряд положительных ионов не очень велик, а первичные электроны проходят одинаковые пути в части детектора, где имеет место газовое усиление. Если при первичной ионизации образуется одна пара ионов, то коэффициент газового усиления может достигать 10⁶, прежде чем пространственный заряд начнет нарушать пропорциональность.

В хорошо сконструированных детекторах наблюдается линейная зависимость между зарядом, первоначально создаваемым в газе частицей ионизирующего излучения, и зарядом, собираемым на аноде детектора. Собирающим электродом (анодом) всегда служит одна или несколько тонких металлических нитей диаметром порядка 0,025 мм. Связано это с особенностями зависимости напряженности электрического поля в цилиндрической геометрии от расстояния, r, до геометрической оси детектора, где располагается обычно анодная нить. Эта зависимость для цилиндрического детектора с радиусом собирающего электрода (анода) r₁ и радиусом катода r₂ определяется формулой:

(2.1)

где U – разность потенциалов между электродами

Из выражения (2.1) видно, что напряженность электрического поля достаточно велика только в непосредственной близости к центральному электроду, поэтому вся вторичная ионизация происходит вблизи нити. Таким образом, каждая элементарная частица, производящая ионизацию в газовой полости пропорционального детектора, создает импульс тока в электрической цепи детектора, причем общий собранный от этого импульса заряд оказывается многократно усиленным первоначальным зарядом. Степень усиления зависит от приложенной разности потенциалов. Этот класс детекторов называется пропорциональными счетчиками.

Обычно воздух не используется в качестве газа в таких детекторах, так как кислород, как и некоторые другие электроотрицательные газы, имеет склонность к прикреплению свободных электронов. Это приводит к образованию медленно движущихся отрицательных ионов , которые не производят вторичную ионизацию. Для наполнения пропорциональных счетчиков, как правило, применяются благородные газы.

Традиционно пропорциональные счетчики редко применяются в клинической ядерной медицине, чаще их используют в исследовательских работах для детектирования бета- и альфа-частиц. Однако в связи с повышением интереса к радиофармпрепаратам, испускающим альфа-частицы, следует ожидать в ближайшем будущем и более широкого клинического применения таких детекторов.