Hình vẽ (1-5) mô tả sự phụ thuộc của biên độ tín hiệu ra với điện áp đặt vào vùng nhạy của đầu dò. Dựa vào sự phụ thuộc này ngời ta chia thành các vùng điện áp đặc trng của đầu dò [10].
1 2 3 4 5 6
Điện áp UAK.
Hình 1-5: Sự phụ thuộc của biên độ tín hiệu vào điện áp đặt vào vùng nhạy của đầu dò khí.
Vùng 1: Khi tăng điện áp đặt vào vùng nhạy của đầu dò thì biên độ tín hiệu cũng tăng lên. Ban đầu điện áp đặt vào còn nhỏ nên điện trờng yếu. Do vậy các ion và điện tử đợc tạo thành có thể bị tái hợp thành phân tử khí trung hòa và dẫn đến số
B iê n độ x un g ho ặc c ườ ng đ ộ dò ng đi ện .
ion và điện tử đến đợc các cực tơng ứng ít hơn số ion và điện tử tạo thành. Nếu UAK
tiếp tục tăng thì điện trờng tăng dẫn đến xác suất tái hợp giảm xuống vì vậy biên độ tín hiệu ở mạch ngoài tăng lên.
Vùng 2: Nếu tiếp tục tăng điện áp, dẫn đến điện trờng đủ mạnh để làm cho các ion và điện tử đợc tạo thành chuyển động về các cực của đầu dò và lúc này có thể vẫn còn hiện tợng tái hợp nhng rất nhỏ ta có thể bỏ qua. Nếu bức xạ ion hóa và các khí trong đầu dò không thay đổi thì có bao nhiêu ion và điện tử đợc tạo thành đều chuyển động hết về các điện cực tơng ứng, dẫn đến biên độ tín hiệu ra không thay đổi. Đây là vùng bão hòa và ta thấy đờng cong ở trên có dạng nằm ngang. Đây chính là vùng hoạt động của buồng ion hóa.
Vùng 3: Tiếp tục tăng điện áp. Lúc này xẩy ra hiện tợng ion hóa thứ cấp. Do điện tử có khối lợng nhỏ nên chúng nhận đợc năng lợng lớn và chuyển động tơng đối mạnh trong vùng nhậy trong quá trình chuyển động về anốt chúng va chạm với các phân tử khí và ion hóa các phân tử này và làm tăng thêm số điện tử về anốt, nghĩa là số điện tử đợc sinh ra nhỏ hơn số điện tử về anốt. Đây gọi là hiện tợng khuếch đại khí. Nếu ta có N0 là số hạt có điện tích đợc sinh ra do bức xạ ion hóa và N là số hạt có điện tích về anốt thì ta có hệ số khuếch đại khí đợc tính nh sau f = N/N0 . Từ hình 1-5, ta thấy biên độ tín hiệu ra tỷ lệ tuyến tính với điện áp đặt vào đầu dò. ứng với một điện áp thì hệ số f không thay đổi. Biên độ tín hiệu thu đợc tỷ lệ tuyến tính với số cặp ion - điện tử tạo ra do bức xạ ion hóa. Nghĩa là tỉ lệ với năng lợng bớc xạ bị hấp thụ trong vùng nhậy của đầu dò. Đây chính là vùng hoạt động của ống đếm tỉ lệ.
Vùng 4: Do sự khuếch đại khí tăng lên mạnh mẽ đã dẫn đến xuất hiện một lợng lớn ion dơng. Do ion dơng có khối lợng lớn hơn điện tử rất nhiều nên vận tốc chuyển động định hớng trong điện trờng cũng rất nhỏ dẫn đến chúng bị phân tán trong vùng nhạy của đầu dò. Các ion này tập trung với mật độ lớn sẽ tạo thành đám
mây điện tích dơng và chúng gây nhiễu điện trờng, dẫn đến kìm hãm quá trình ion hóa thứ cấp và lúc này sự khuếch đại khí không còn tỉ lệ tuyến tính nữa. Vùng này đợc gọi là vùng tỉ lệ hạn chế.
Vùng 5: Khi điện áp tăng lên cao lúc này điện trờng trong vùng nhậy của đầu dò rất lớn và vận tốc chuyển động của điện tử tăng lên mạnh mẽ làm cho quá trình ion hóa thứ cấp chiếm u thế hoàn toàn. Mỗi điện tử trên quãng đờng chuyển động đến anốt đợc nhân lên nhiều lần và tạo thành một dòng thác điện tử, mỗi điện tử trong đó lại có thể tạo ra một dòng thác điện tử khác và dẫn đến hiện tợng phóng điện trong đầu dò. Vùng này có biên độ tín hiệu ra tăng rất nhanh và không phản ánh bất cứ tính chất nào của bức xạ tới. Đây là vùng Geiger – Muller. Đầu dò hoạt động trong vùng này gọi là ống đếm Geiger - Muller.
Vùng 6: Nếu tiếp tục tăng điện áp. Thì quá trình tạo dòng thác điện tử càng tăng mạnh và dẫn đến hiện tợng phóng điện tự duy trì.
Nh vậy ta thấy tùy thuộc vào vùng điện áp đặt vào vùng nhậy của đầu dò mà đầu dò có thể hoạt động nh một buồng ion hóa, ống đếm tỷ lệ hay ống đếm Geiger - Muller.