Счетчик Гейгера

Трубка Гейгера представляет собой тонкостенный стеклянный цилиндрический баллон, в котором находится некоторый газ при пониженном давлении. Вдоль оси цилиндра проходит тонкая струна - анод. К стеклу прилегает цилиндрический катод. На них через резистор и параллельно ему подсоединенный конденсатор подается высокое напряжение, но меньшее напряжения пробоя.

Заряженные частицы высокой энергии или высокоэнергичное рентгеновское излучение при распространении через газ оставляют за собой более или менее интенсивный ионизационный след (цепочку ионов - ионизированных молекул газа). Это явление используют для обнаружения ионизирующего излучения.

Если бы катодом была струна, то из-за повышенной напряженности электрического поля вблизи тонкой струны мог бы возникать самостоятельный разряд без ионизации газа высокоэнергичными частицами.

Первичные ионы, родившиеся в результате ионизации газа высокоэнергичной частицей, ускоряются электрическим полем катода и анода, приобретают достаточную для вторичной ионизации энергию и порождают лавину. Ток I в трубке и резисторе резко возрастает. Напряжение между катодом и анодом из-за падения напряжения на резисторе падает, самостоятельный разряд прекращается. Происходит самогашение разряда. Если бы в схеме не было конденсатора, то из-за большой скорости зарядки катода и анода трубки, которые также представляют собой обкладки конденсатора, за короткое время трубка не успела бы очиститься от ионов, и разряд бы возник снова (в схеме возникли бы колебания). Наличие конденсатора приводит к тому, что после прекращения самостоятельного разряда в трубке напряжение между катодом и анодом восстанавливается со скоростью зарядки конденсатора за время t=RC. За это время происходит полная очистка трубки от ионов, и она снова готова к регистрации новой частицы.

Пусть трубка заполнена воздухом. Рассмотрим условия возникновения разряда в ней при появлении ионизационного следа. Поскольку лавинный разряд происходит при условии, что на длине свободного пробега накапливается энергия не меньшая, чем энергия ионизации, должно выполняться соотношение Wo=elE=elU/L,где L - расстояние между катодом и анодом. Среднее значение напряженности электрического поля в трубке равно U/L=30000 В, что меньше необходимого для пробоя при нормальных условиях примерно в 30 раз. По этой причине для достижения той же энергии в 1 эВ необходимо, чтобы средняя длина свободного пробега в трубке превышала среднюю длину свободного пробега при нормальных условиях в 30 раз. Длина свободного пробега обратно пропорциональна давлению. Значит давление в трубке должно быть ниже атмосферного примерно в 30 раз.