a. Sơ đồ nguyên lý mạch điện và quá trình tạo xung:
Bức xạ C R ∅ ∅ UR − U0 K A ∅ ∅ x d
Hình 1-8. Sơ đồ nguyên lý mạch điện buồng iơn hố xung
Hình 1-8 là sơ đồ ngun lý mạch điện buồng iơn hố xung. Khi một phần tử bức xạ lọt vào buồng sẽ tạo ra các điện tử và các iôn dương. Các điện tử và các iôn dương này sẽ chuyển động về các điện cực tương ứng do tác dụng của lực điện trường, làm xuất hiện tại lối ra của buồng một xung điện.Do đó, buồng iơn hố hoạt động và cung cấp tín hiệu ra ở điều kiện này được gọi là buồng iơn hố xung.
Theo lý thuyết của Ramo – Shockley: khi một phần tử có điện tích bằng q
chuyển động tương đối so với một dây dẫn (có điện thế khác 0) thì nó tạo nên trong dây dẫn một dịng điện cảm ứng xác định theo cơng thức [2]:
i(t) = E(t). v(t). q (1-29)
v(t) – tốc độ chuyển động của hạt có điện tích q tại thời điểm t; E(t) – Cường độ điện trường theo phương của véc tơ v tại toạ độ của điện tích q khi hạt điện tích bị đặt xa vô hạn.
Như vậy, lý thuyết của Ramo – Shockley đã giải thích sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trên điện cực của đầu dị khí hoạt động ở chế độ xung. Dịng điện cảm ứng này nạp cho tụ điện tương đương (C) tại lối ra của đầu dò làm cho giữa 2đầu điện trở R xuất hiện một độ chênh lệch điện thế. Khi hạt điện tích chuyển động tới điện cực thì dịng điện cảm ứng bị triệt tiêu, tụ điện sẽ phóng điệnqua điện trở R. Tức là, tại lối ra của đầu dị khí đã xuất hiện một xung điện áp có độ rộng xác định bằng tích số RC là hằng số thời gian của buồng.
ở khoảng cách một vài cm thì thời gian điện tử chuyển động tới anốt vào cỡ
10-6s và thời gian iôn chuyển động tới katốt cỡ 10-3 s, do vậy để tín hiệu ra phản ánh sự đóng góp của tồn bộ electron và iơn dương thì hàng số thời gian của buồng iơn hố phải lớn hơn hoặc bằng 10-3s. Với hằng số thời gian lớn như vậy thì thời gian tạo dạng xung sẽ lớn, dẫn đến xác suất chồng chập xung về thời gian là rất cao và tốc độ đếm xung bị hạn chế. Do đó, buồng iơn hố xung thường được làm việc ở
chế độ thu điện tử để tăng tốc độ đếm xung. Buồng xung trong trường hợp này được gọi là buồng xung điện tử. Đối với buồng xung điện tử, hằng số thời gian thường được chọn ở khoảng giữa thời gian thu điện tử và thời gian thu iôn. Tuy nhiên, biên độ xung ra từ buồng xung điện tử thường nhỏ và chịu ảnh hưởng rất lớn bởi vị trí tại đó xảy ra sự iơn hố. Để giải quyết sự bất cập này, người ta thường sử dụng buồng
xung điện tử có lưới.
c. Buồng xung điện tử có lưới
Vì buồng xung điện tử làm việc ở chế độ thu điện tử nên biên độ xung ra nhỏ và chịu ảnh hưởng sâu sắc của vị trí iơn hố ban đầu. Trong thực tế các phần tử bức xạ lọt vào vùng nhạy của buồng iôn hố theo nhiều phương khác nhau. Do đó biên độ xung ra sẽ khác nhau đối với các phần tử bức xạ lọt vào vùng nhạy theo những hướng khác nhau. Hiệu ứng mô tả sự phụ thuộc của biên độ xung ra vào vị trí iơn hoá ban đầu và hướng bay của chùm tia tới được gọi là hiệu ứng cảm ứng. Vì ảnh hưởng của hiệu ứng cảm ứng nên một chùm phần tử bức xạ đơn năng có thể tạo ra một dải biên độ xung khác nhau. Điều này rất bất lợi đối với phép đo năng lượng của bức xạ. − ∅ + ∅ U0 K A G Bức xạ Cgh R1 R2 RA
Hình 1-9. Buồng iơn hố xung điện tử có lưới
Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng buồng xung điện tử có lưới. Sơ đồ ngun lý của nó được mơ tả trên hình 1-9, lưới G được đặt giữa anôt (A) và
katôt (K), chia thể tích buồng thành 2 phần. Điện thế của lưới được thiết lập cao hơn của katôt nhưng thấp hơn của anôt nhờ bộ phân áp R1 và R2. Lưới được thiết kế sao
cho các điện tử dễ dàng xuyên qua và thâm nhập vùng không gian giữa G và A .
Người ta bố trí sao cho các phần tử bức xạ chỉ gây ra hiện tượng iơn hố trong
vùng không gian giữa katôt và lưới.
Với cách bố trí như vậy, chuyển động của các cặp iôn-điện tử trong không gian giữa K và G chỉ gây ra các xung điện cảm ứng trên lưới (theo định lý Ramo –
Shockley) mà khơng tạo thành tín hiệu ở lối ra của đầu dò. Ngay khi các điện tử xuyên qua lưới và bắt đầu chuyển động đến anốt thì giữa 2 đầu điện trở tải anốt, RA
xuất hiện một độ chênh lệch điện thế. Khi các điện tử tới anơt thì độ chênh lệch điện thế giữa 2 đầu điện trở tải anốtđạt cực đại URmax:
Ce e n
UR 0
max = (1-30)
Trong đó: URmax – biên độ xung ra;
n0 – mật độ điện tử tạo thành do bức xạ iơn hố;
e - điện tích nguyên tố;
C - điện dung tương đương tại lối ra của buồng iơn hố.
Hiệu điện thế cực đại này chính là biên độ tín hiệu xung ra. Rõ ràng, biên độ xung khơng cịn phụ thuộc vào hiệu ứng cảm ứng.