Chapter 6 Proportional Counters PDF

Chapter 6 Proportional Counters  Introduction Proportional tubes are almost always operated in pulse mode and rely on the phenomenon of gas multiplication to amplify the charge represented by the original ion pairs created within the gas. Pulses are therefore considera...

Chapter 6 Proportional Counters  Introduction Proportional tubes are almost always operated in pulse mode and rely on the phenomenon of gas multiplication to amplify the charge represented by the original ion pairs created within the gas. Pulses are therefore considerably larger than those from ion chambers used under the same conditions, and proportional counters can be applied to situations in which the number of ion pairs generated by the radiation is too small to permit satisfactory operation in pulse-type ion chambers. One important application of proportional counters has therefore been in the detection and spectroscopy of low-energy X-radiation Proportional counters are also widely applied in the detection of neutrons.  ‫يتم تشغيل األنابيب النسبية دائما تقريبا في وضع النبضة وتعتمد على ظاهرة مضاعفة الغاز‬ ‫لتضخيم الشحنة التي تمثلها أزواج األيونات األصلية التي تم إنشاؤها داخل الغاز‪.‬‬ ‫وبالتالي فإن النبضات أكبر بكثير من تلك الصادرة عن غرف األيونات المستخدمة في نفس‬ ‫الظروف ‪ ،‬ويمكن تطبيق العدادات النسبية على الحاالت التي يكون فيها عدد أزواج األيونات الناتجة‬ ‫عن اإلشعاع صغيرا جدا بحيث ال يسمح بالتشغيل المرضي في غرف األيونات من نوع النبض‪.‬‬ ‫لذلك كان أحد التطبيقات المهمة للعدادات التناسبية في الكشف عن اإلشعاع ‪X‬منخفض الطاقة‬ ‫والتحليل الطيفي له‬ ‫كما يتم تطبيق العدادات النسبية على نطاق واسع في الكشف عن النيوترونات‪.‬‬  1.GAS MULTIPLICATION A. Avalanche Formation: Gas multiplication is a consequence of increasing the electric field within the gas to a sufficiently high value. At low values of the field, the electrons and ions created by the incident radiation simply drift to their respective collecting electrodes. During the migration of these charges, many collisions normally occur with neutral gas molecules. Because of their low mobility, positive or negative ions achieve very little average energy between collisions. Free electrons, on the other hand, are easily accelerated by the applied field and may have significant kinetic energy when undergoing such a collision. If this energy > the ionization energy; of the neutral gas molecule, it is possible for an additional ion pair to be created in the collision. The electron liberated by this secondary ionization process will also be accelerated by the electric field. During its subsequent drift, it undergoes collisions with other neutral gas molecules and thus can create additional ionization.  ‫أ‪.‬تشكيل االنهيار الجليدي‪:‬‬ ‫تضاعف الغاز هو نتيجة لزيادة المجال الكهربائي داخل الغاز إلى قيمة عالية بما فيه الكفاية‪.‬‬ ‫عند القيم المنخفضة للمجال ‪ ،‬تنجرف اإللكترونات واأليونات الناتجة عن اإلشعاع الساقط ببساطة إلى أقطاب‬ ‫التجميع الخاصة بها‪.‬أثناء هجرة هذه الشحنات ‪ ،‬تحدث العديد من التصادمات عادة مع جزيئات الغاز المتعادلة‪.‬‬ ‫بسبب حركتها المنخفضة ‪ ،‬تحقق األيونات الموجبة أو السالبة طاقة متوسطة قليلة جدا بين التصادمات‪.‬‬ ‫من ناحية أخرى ‪ ،‬يتم تسريع اإللكترونات الحرة بسهولة بواسطة المجال المطبق وقد يكون لها طاقة حركية‬ ‫كبيرة عند التعرض لمثل هذا التصادم‪.‬‬ ‫إذا كانت هذه الطاقة > طاقة التأين ؛من جزيء الغاز المحايد ‪ ،‬من الممكن إنشاء زوج أيوني إضافي في‬ ‫التصادم‪.‬‬ ‫سيتم أيضا تسريع اإللكترون المحرر بواسطة عملية التأين الثانوية هذه بواسطة المجال الكهربائي‪.‬أثناء‬ ‫انجرافه الالحق ‪ ،‬يتعرض لتصادم مع جزيئات الغاز المحايدة األخرى و‬  The gas multiplication process therefore takes the form of a cascade, known as a Townsend avalanche, in which each free electron created in such a collision can potentially create more free electrons by the same process. The fractional increase in the number of electrons per unit path length is governed by the Townsend equation: ‫ تعرف باسم شالل تاونسند اي كل إلكترون حر تم إنشاؤه في مثل هذا‬، ‫لذلك تأخذ عملية مضاعفة الغاز شكل سلسلة‬.‫التصادم يمكن أن ينتج المزيد من اإللكترونات الحرة من خالل العملية نفسها‬ :‫تخضع الزيادة الكسرية في عدد اإللكترونات لكل وحدة طول مسار لمعادلة تاونسند‬ Here 𝛼 is a called the first Townsend coefficient for the gas. Its value is zero for electric field values below the threshold and generally increases with increasing field strength above this minimum (see Fig. 6.1). For a spatially constant field (as in parallel plate geometry), 𝛼 is a constant in the Townsend equation. Its solution then predicts that the density of electrons grows exponentially with distance as the avalanche progresses: ‫ قيمته تساوي صفرا لقيم المجال الكهربائي التي تقل عن العتبة وتزداد بشكل عام مع زيادة شدة المجال فوق هذا الحد‬.‫ يسمى معامل تاونسند األول للغاز‬α ‫هنا‬.)6.1 ‫األدنى (انظر الشكل‬ ‫ ثم يتنبأ حلها بأن كثافة اإللكترونات تنمو أضعافا مضاعفة‬.‫ ثابت في معادلة تاونسند‬α ، )‫بالنسبة لحقل ثابت مكانيا (كما هو الحال في هندسة األلواح المتوازية‬ :‫مع المسافة مع تقدم االنهيار الجليدي‬  For the cylindrical geometry used in most proportional counters, the electric field increases in the direction that the avalanche progresses, and the growth with distance is even steeper In the proportional counter, the avalanche terminates when all free electrons have been collected at the anode. Under proper conditions, the number of secondary ionization events can be kept proportional to the number of primary ion pairs formed, but the total number of ions can be multiplied by a factor of many thousands. This charge amplification within the detector itself reduces the demands on external amplifiers and can result in significantly improved signal-to-noise characteristics compared with pulse-type ion chambers. The formation of an avalanche involves many energetic electron-atom collisions in which a variety of excited atomic or molecular states may be formed. The performance of proportional counters is therefore much more sensitive to the composition of trace impurities in the fill gas than is the case for ion chambers. ‫بالنسبة للهندسة األسطوانية المستخدمة في معظم العدادات النسبية ‪ ،‬يزداد المجال الكهربائي في االتجاه الذي‬ ‫يتقدم فيه االنهيار الجليدي ‪ ،‬ويكون النمو مع المسافة أكثر حدة‬ ‫في العداد النسبي ‪ ،‬ينتهي االنهيار الجليدي عندما يتم جمع جميع اإللكترونات الحرة عند المصعد‪.‬‬ ‫في ظل الظروف المناسبة ‪ ،‬يمكن الحفاظ على عدد أحداث التأين الثانوية متناسبا مع عدد أزواج األيونات‬ ‫األولية المتكونة ‪ ،‬ولكن يمكن ضرب العدد اإلجمالي لأليونات بعامل عدة آالف‪.‬‬ ‫يقلل تضخيم الشحنة هذا داخل الكاشف نفسه من الطلب على مكبرات الصوت الخارجية ويمكن أن يؤدي إلى‬ ‫تحسين خصائص اإلشارة إلى الضوضاء بشكل كبير مقارنة بالغرف األيونية من النوع النبضي‪.‬‬ ‫يتضمن تكوين االنهيار الجليدي العديد من تصادمات ذرات اإللكترون النشطة التي قد تتشكل فيها مجموعة‬ ‫متنوعة من الحاالت الذرية أو الجزيئية المثارة‪.‬‬ ‫وبالتالي فإن أداء العدادات النسبية أكثر حساسية لتكوين الشوائب النزرة‬ B. Regions of Detector Operation  The differences between various types of gas counters operated in pulse mode are illustrated in Fig. 6.2. The amplitude of the observed pulse from the detector is plotted versus the applied voltage or electric field within the detector. 1. At very low values of the voltage, the field is insufficient to prevent recombination of the original ion pairs, and the collected charge is less than that represented by the original ion pairs. 2. As the voltage is raised, recombination is suppressed and the region of ion saturation discussed in Chapter 5 is achieved. This is the normal mode of operation for ionization chambers. 3. As the voltage is increased still further, the threshold field at which gas multiplication begins is reached. The collected charge then begins to multiply, and the observed pulse amplitude will increase. 4. Over some region of the electric field, the gas multiplication will be linear, and the collected charge will be proportional to the number of original ion pairs created by the incident radiation. This is the region of true proportionality and represents the mode of operation of conventional proportional counters, which are the topic of this chapter. Under constant operating conditions, the observed pulse amplitude still indicates the number of ion pairs reated within the counter, although their charge has been greatly amplified. ‫يوضح الشكل ‪ 6.2‬االختالفات بين األنواع المختلفة لعدادات الغاز التي تعمل في وضع النبض‪.‬يتم رسم سعة‬ ‫النبضة المرصودة من الكاشف مقابل الجهد المطبق أو الكهرباء داخل الكاشف‪.‬‬ ‫‪.1‬عند القيم المنخفضة جدا للجهد ‪ ،‬يكون الحقل غير كاف لمنع إعادة تركيب أزواج األيونات األصلية ‪،‬والشحنة‬ ‫المحصلة أقل من تلك التي تمثلها أزواج األيونات األصلية‪.‬‬ ‫‪.2‬عند رفع الجهد ‪ ،‬يتم قمع إعادة التركيب ومنطقة التشبع األيوني التي تمت مناقشتها في الفصل ‪ 5‬هي‬ ‫تحقيق‪.‬هذا هو الوضع العادي للتشغيل لغرف التأين‪.‬‬ ‫‪.3‬مع زيادة الجهد أكثر ‪ ،‬يتم الوصول إلى مجال العتبة الذي يبدأ عنده مضاعفة الغاز‪.‬ثم تبدأ الشحنة المجمعة‬ ‫في التكاثر ‪ ،‬وستزداد سعة النبض المرصودة‪.‬‬ ‫‪.4‬على بعض مناطق المجال الكهربائي ‪ ،‬سيكون ضرب الغاز خطيا ‪ ،‬وستكون الشحنة المجمعة يتناسب مع‬ ‫عدد أزواج األيونات األصلية‬  Increasing the applied voltage or electric field still further can introduce nonlinear effects. The most important of these is related to the positive ions, which are also created in each secondary ionization process. Therefore, each pulse within the counter creates a cloud of positive ions, which is Slow to disperse as it drifts toward the cathode. If the concentration of these ions is sufficiently high, they represent a space charge that can significantly alter the shape of the electric field within the detector. Because further gas multiplication is dependent on the magnitude of the electric field, some nonlinearities will begin to be observed. These effects mark the onset of the region of limited proportionality in which the pulse amplitude still increases with increasing number of initial ion pairs, but not in a linear fashion. ‫ والتي‬،‫ وأهمها ما يتعلق باأليونات الموجبة‬.‫زيادة الجهد المطبق أو المجال الكهربائي بشكل أكبر يمكن أن يؤدي إلى ظهور تاثيرات غير خطية‬.‫ضا في كل عملية تأين ثانوية‬ً ‫تنشأ أي‬.‫ وهي بطيئة في التفرق ألنه ينجرف نحو الكاثود‬،‫ فإن كل نبضة داخل العداد تخلق سحابة من األيونات الموجبة‬،‫ولذلك‬ ‫ فإنها تمثل شحنة فضائية والتي يمكن أن تغير بشكل كبير شكل المجال الكهربائي داخل‬،‫إذا كان تركيز هذه األيونات مرتفعًا بدرجة كافية‬.‫الكاشف‬.‫ سيبدأ مالحظة بعض الالخطيات‬،‫ألن المزيد من تكاثر الغاز يعتمد على حجم الكهرباء في هذا المجال‬ ‫ ولكن‬،‫تشير هذه التأثيرات إلى بداية المنطقة ذات التناسب المحدود والتي ال تزال فيها سعة النبضة تزداد مع زيادة عدد أزواج األيونات األولية‬  The process is then self-limiting and will terminate when the same total number of positive ions have been formed regardless of the number of initial ion pairs created by the incident radiation. Then each output pulse from the detector is of the same amplitude and nolonger reflects any properties of the incident radiation. This is the Geiger-Mueller region of operation, and detectors operated under these conditions A related mode of operation, known as self-quenched streamer mode, is of interest in position-sensitive detectors and is examined in Chapter 19. ‫تكون العملية بعد ذلك محدودة ذاتيًا وستنتهي عندما يتم تكوين نفس العدد اإلجمالي لأليونات الموجبة بغض النظر عن‬.‫عدد أزواج األيونات األولية التي أنشأها اإلشعاع الساقط‬.‫ومن ثم تكون كل نبضة خرج من الكاشف بنفس السعة ولم تعد تعكس أي خصائص لإلشعاع الساقط‬ ‫ وتعمل أجهزة الكشف في ظل هذه الظروف‬،‫مولر‬-‫هذه هي منطقة عمل جيجر‬ ‫ وهي ذات أهمية في الكواشف الحساسة للموضع‬،‫ تُعرف باسم وضع الدفق المروي ذاتيًا‬،‫هناك طريقة تشغيل ذات صلة‬.19 ‫ويتم فحصها في الفصل‬  C. Choice of Geometry Typical proportional counters are constructed with the cylindrical geometry. The anode consists of a fine wire that is positioned along the axis of a large hollow tube that serves as the cathode. The polarity of the applied voltage in this configuration is important, because the electrons must be attracted toward the center axial wire. This polarity is necessary from two standpoints: 1. Gas multiplication requires large values of the electric field. In cylindrical geometry, the electric field at a radius r is given by 1. To illustrate, suppose a voltage V of 2000 V is applied to a cylindrical counter with a = 0.008 cm and b = 1.0 cm. The electric field at the anode surface is then 5.18 X lo6V / m. 2. In parallel plate geometry, the field would be uniform between the planar electrodes. With a spacing of 1.0 cm, an applied voltage of 51,800V would be required to achieve the same electric field. Such a high voltage is practically unworkable and therefore small-diameter anode wires are used in proportional counters to create the high field required. 3. If uniform multiplication is to be achieved for all ion pairs formed by the original radiation interaction, the region of gas multiplication must be confined to a very small volume compared with the total volume of the gas. 4. Under these conditions, almost all primary ion pairs are formed outside the multiplying region, and the primary electron simply drifts to that region before multiplication takes place. Therefore, each electron undergoes the same multiplication process regardless of its original position of formation, and the multiplication factor will be same for all original ion pairs.  ‫‪.1‬للتوضيح‪ ،‬لنفترض أنه تم تطبيق جهد ‪V‬قدره ‪V 2000‬على عداد أسطواني مع =‬ ‫ ‬ ‫‪ 0.008‬سم و ب = ‪ 1.0‬سم‪.‬المجال الكهربائي على سطح األنود هو ‪X lo6V / m. 5.18‬‬ ‫ ‬ ‫في هندسة الصفائح المتوازية‪ ،‬سيكون المجال موحدًا بين األقطاب الكهربائية المستوية‪.‬‬ ‫ ‬ ‫مع وجود مسافة ‪ 1.0‬سم‪ ،‬سيكون هناك حاجة إلى جهد مطبق قدره ‪ 51800‬فولت لتحقيق‬ ‫نفس المجال الكهربائي‪.‬مثل هذا الجهد العالي غير عملي عمليًا‪ ،‬ولذلك يتم استخدام أسالك‬ ‫األنود ذات القطر الصغير في العدادات التناسبية إلنشاء المجال العالي المطلوب‪.‬‬ ‫إذا أردنا تحقيق تضاعف منتظم لجميع أزواج األيونات المتكونة من التفاعل اإلشعاعي‬ ‫ ‬ ‫األصلي‪ ،‬فيجب أن تقتصر منطقة تكاثر الغاز على حجم صغير جدًا مقارنة بالحجم اإلجمالي‬ ‫للغاز‪.‬‬ ‫في ظل هذه الظروف‪ ،‬تتشكل جميع أزواج األيونات األولية تقريبًا خارج منطقة التكاثر‪،‬‬ ‫ ‬ ‫وينجرف اإللكترون األساسي ببساطة إلى تلك المنطقة قبل حدوث الضرب‪.‬لذلك‪ ،‬يخضع كل‬ ‫إلكترون لنفس عملية الضرب بغض النظر عن موضع تكوينه األصلي‪ ،‬وسيكون عامل‬ ‫الضرب هو نفسه لجميع أزواج األيونات األصلية‪\.‬‬ DESIGN FEATURES OF PROPORTIONAL COUNTERS A. Sealed Tubes The thin axial wire anode is supported at either end by insulators that provide a vacuum-tight electrical feedthrough for connection to the high voltage. The outer cathode is conventionally grounded, so that positive high voltage must be applied to ensure that electrons are attracted toward the high-field region in the vicinity of the anode wire. For applications involving neutrons or high-energy gamma rays, the cathode wall can be several milli-meters thick to provide adequate structural rigidity. For low-energy gamma rays, X-rays, or particulate radiation, a thin entrance "window" can be provided either in one end of the tube or at some point along the cathode wall. Good energy resolution in a proportional counter is critically dependent on ensuring that each electron formed in an original ionization event is multiplied by the same factor in the gas multiplication process. Windowless Flow Counters Another common configuration for the proportional counter is sketched in Fig. 6.7. Here it is assumed that the source of radiation is a small sample of a radioisotope, which can then be introduced directly into the hemispherical counting volume of the detector. The great advantage of counting the source internally is the fact that no entrance window need come between the radiation source and active volume of the counter. Because window materials can seriously attenuate soft radiations such as X-rays or alpha particles, the internal source configuration is most widely used for these applications. Fill Gases Because gas multiplication is critically dependent on the migration of free electrons rather than much slower negative ions, the fill gas in proportional counters must be chosen from those species that do not exhibit an appreciable electron attachment coefficient. The gas can be either permanently sealed within the counter or circulated slowly through the chamber volume in designs of the continuous flow type. Sealed counters are more convenient to use, but their lifetime is sometimes limited by microscopic leaks that lead to gradual contamination of the fill gas. Gas multiplication in the proportional counter is based on the secondary ionization created in collisions between electrons and neutral gas molecules. In addition to ionization, these collisions may also produce simple excitation of the gas molecule without creation of a secondary electron These excited molecules do not contribute directly to the avalanche but decay to their ground state through the emission of a visible or ultraviolet photon. Under the proper circumstances, these de-excitation photons could create additional ionization elsewhere in the fill gas through photoelectric interactions with less tightly bound electron shells or could produce electrons through interactions at the wall of the counter. Furthermore, they cause the avalanches to spread along the anode wire to some extent, increasing possible dead time effects and reducing the spatial resolution in position-sensing detectors. It has been found that the addition of a small amount of polyatomic gas, such as methane, to many of the common fill gases will suppress the photon-induced effects by preferentially absorbing the photons in a mode that does not lead to further ionization. Most monatomic counter gases operated at high values of gas multiplication require the use of such a polyatomic stabilizing additive. This component is often called the quench gas.  The noble gases, either pure or in binary mixtures, can be useful proportional gases provided the gas multiplication factor is kept below about 100. When applications require high efficiency for the detection of gamma-ray photons by absorption within the gas, the heavier inert gases (krypton or xenon) are sometimes substituted. Many hydrocarbon gases such as methane, ethylene, and so on are also suitable proportional gases and are widely applied where stopping power is not a major consideration.  PROPORTIONAL COUNTER PERFORMANCE 1-Gas Multiplication Factor A study of the multiplication process in gases is normally divided into two parts. The single- electron response of the counter is defined as the total charge that is developed by gas multiplication if the avalanche is initiated by a single electron originating outside the region of gas multiplication. The total charge Q generated by no original ion pairs is where M is the average gas multiplication factor that characterizes the counter operation. 2- Space Charge Effects  In the avalanche process on which proportional counters depend, both electrons and positive ions are created. The electrons are collected relatively quickly (within a few nanoseconds) at the anode, leaving behind the positive ions that move much more slowly and gradually diffuse by drifting outward toward the tube cathode wall. The space charge represented by these net positive charges can, under some circumstances, appreciably distort the electric field from its value if the space charge were absent. Because the ions are formed preferentially near the anode wire where most gas multiplication takes place, the effect of the space charge will be to reduce the electric field at small radii below its normal value. If the magnitude of the effect is sufficiently large, it can have a measurable effect in reducing the size of the output pulse below that which one would ordinarily expect.  ‫ في عملية االنهيار الجليدي التي تعتمد عليها العدادات التناسبية‪ ،‬يتم إنشاء كل من اإللكترونات واأليونات الموجبة‪.‬‬ ‫ يتم جمع اإللكترونات بسرعة نسبية (في غضون بضعة نانو ثانية) عند القطب الموجب‪ ،‬تاركة وراءها األيونات الموجبة‬ ‫التي تتحرك ببطء أكبر بكثير وتنتشر تدريجيًا عن طريق االنجراف نحو الخارج نحو جدار الكاثود األنبوبي‪.‬‬ ‫ يمكن للشحنة الفضائية التي تمثلها هذه الشحنات الموجبة الصافية‪ ،‬في بعض الظروف‪ ،‬أن تشوه المجال الكهربائي بشكل‬ ‫ملحوظ من قيمته إذا كانت الشحنة الفضائية غائبة‪.‬‬ ‫نظرا ألن األيونات تتشكل بشكل تفضيلي بالقرب من سلك األنود حيث يحدث معظم تكاثر الغاز‪ ،‬فإن تأثير الشحنة‬ ‫ً‬ ‫ ‬ ‫الفضائية سيكون تقليل المجال الكهربائي عند نصف قطر صغير أقل من قيمته الطبيعية‪.‬‬ ‫كبيرا بما فيه الكفاية‪ ،‬فيمكن أن يكون له تأثير قابل للقياس في تقليل حجم نبضة الخرج إلى ما دون‬ ‫ً‬ ‫ إذا كان حجم التأثير‬ ‫ما يتوقعه المرء عادة ً‪.‬‬  There are two different categories of space charge effects:- Self-induced effects arise when the gas gain is sufficiently high so that positive ions formed during a given avalanche can alter the field and reduce the number of electrons produced in further stages of the same avalanche. This depends on the magnitude of the gas multiplication and the geometry of the tube. The general space charge effect includes the cumulative effect of positive ions created from many different avalanches. This effect can be important at lower values of the gas multiplication and becomes more serious as the rate of events within the tube is increased.  ‫هناك فئتان مختلفتان لتأثيرات الشحن الفضائي‪-:‬‬ ‫تنشأ التأثيرات المستحثة ذاتيًا عندما يكون كسب الغاز مرتفعًا بدرجة كافية بحيث يمكن لأليونات الموجبة‬ ‫المتكونة أثناء انهيار جليدي معين أن تغير المجال وتقلل من عدد اإللكترونات المنتجة في مراحل أخرى من‬ ‫نفس االنهيار الجليدي‪.‬‬ ‫يعتمد ذلك على حجم تكاثر الغاز وهندسة األنبوب‪.‬‬ ‫يشمل التأثير العام لشحنة الفضاء التأثير التراكمي لأليونات الموجبة الناتجة عن العديد من االنهيارات‬ ‫الجليدية المختلفة‪.‬‬ ‫يمكن أن يكون هذا التأثير مه ًما عند القيم المنخفضة لتكاثر الغاز ويصبح أكثر خطورة مع زيادة معدل‬ ‫األحداث داخل األنبوب‪.‬‬ 3-Energy Resolution 1.STATISTICAL CONSIDERATIONS The charge Q, which is developed in a pulse from a proportional counter in the absence of nonlinear effects, can be assumed to be the sum of the charges created in each individual avalanche. a. Variations in the Number of Ion Pairs b. Variations in Single-ElectronAvalanches c. Overall Statistical Limi  IV. DETECTION EFFICIENCY AND COUNTING CURVES A. Selection of the Operating Voltage For charged radiations such as alpha or beta particles, a signal pulse will be produced for every particle that deposits a significant amount of energy in the fill gas. A t high values of the gas multiplication, a single ion pair can trigger an avalanche with enough secondary ionization to be detectable using preamplifiers of reasonable noise behavior. Unless required by the application, proportional counters are seldom operated in a mode that is sensitive to single avalanches because the measurement is then prone to nonlinearities for larger pulses due to space charge effects. Instead, lower values of the gas multiplication are typically used, which require that the pulse originate from a finite number of ion pairs in order to have an amplitude large enough to exceed the discrimination level of the counting system.  ‫رابعا‪.‬كفاءة الكشف ومنحنيات العد‬ ‫أ‪.‬اختيار جهد التشغيل‬ ‫بالنسبة لإلشعاعات المشحونة مثل جسيمات ألفا أو بيتا‪ ،‬سيتم إنتاج نبضة إشارة لكل جسيم يودع كمية كبيرة‬ ‫من الطاقة في غاز التعبئة‪.‬‬ ‫عند القيم العالية لتكاثر الغاز‪ ،‬يمكن لزوج أيوني واحد أن يؤدي إلى حدوث انهيار جليدي مع تأين ثانوي‬ ‫كافٍ يمكن اكتشافه باستخدام مضخمات أولية ذات سلوك ضوضاء معقول‪.‬‬ ‫نادرا ما يتم تشغيل العدادات التناسبية في وضع حساس لالنهيارات الجليدية‬ ‫ما لم يتطلب التطبيق ذلك‪ً ،‬‬ ‫الفردية ألن القياس يكون بعد ذلك عرضة لعدم الخطية للنبضات األكبر بسبب تأثيرات الشحن الفضائي‪.‬‬ ‫بدالً من ذلك‪ ،‬يتم عادة ً استخدام قيم أقل لمضاعفة الغاز‪ ،‬والتي تتطلب أن تنشأ النبضة من عدد محدود من‬ ‫أزواج األيونات من أجل الحصول عرابعا‪.‬كفاءة الكشف ومنحنيات العد‬ ‫لى سعة كبيرة بما يكفي لتجاوز مستوى التمييز لنظام العد‪.‬‬  One such case is for monoenergetic charged particles whose range in the counter gas is less than the dimensions of the chamber. Alpha particle sources often fall into this category, and proportional counters can therefore easily record each particle that enters the active volume with virtually 100% efficiency. ‫إحدى هذه الحاالت هي للجسيمات المشحونة أحادية الطاقة التي يكون مداها في الغاز المضاد أقل من أبعاد‬.‫الحجرة‬ ‫ وبالتالي يمكن للعدادات التناسبية أن تسجل بسهولة كل جسيم‬،‫غالبًا ما تقع مصادر جسيمات ألفا ضمن هذه الفئة‬.‫ تقريبًا‬%100 ‫يدخل الحجم النشط بكفاءة تصل إلى‬ C. Beta Counting For beta particles of typical energies, the particle range greatly exceeds the chamber dimensions. The number of ion pairs formed in the gas is then proportional to only that small fraction of the particle energy lost in the gas before reaching the opposite wall. The corresponding counting curve now shows two plateaus: the first at the point at which only alpha particles are counted, and the second where both alpha and beta particles are counted. Because the beta particle pulse height distribution is broader and less well separated from the low-amplitude noise, the "beta plateau" is generally shorter and shows a greater slope than the "alpha plateau.".‫ يتجاوز نطاق الجسيمات أبعاد الغرفة بشكل كبير‬،‫بالنسبة لجسيمات بيتا ذات الطاقات النموذجية‬ ‫يتناسب عدد أزواج األيونات المتكونة في الغاز مع ذلك الجزء الصغير فقط من طاقة الجسيمات المفقودة في الغاز قبل الوصول إلى الجدار‬.‫المقابل‬ ‫ والثانية حيث يتم حساب كل من جسيمات‬،‫ األولى عند النقطة التي يتم عندها حساب جسيمات ألفا فقط‬:‫يُظهر منحنى العد المقابل اآلن هضابتين‬.‫ألفا وبيتا‬ ً ‫ فإن "هضبة بيتا" أقصر عمو ًما وتظهر‬،‫فصال عن الضوضاء ذات السعة المنخفضة‬ ‫ميال‬ ً ‫نظرا ألن توزيع ارتفاع نبضة جسيمات بيتا أوسع وأقل‬ ً."‫أكبر من "هضبة ألفا‬ E. X-Ray and Gamma-Ray Sources Proportional counters can be used for the detection and spectroscopy of soft X-rays or gamma rays whose energy is low enough to interact with reasonable efficiency in the counter gas. V. VARIANTS OF THE PROPORTIONAL COUNTER DESIGN A. Tissue Equivalent Proportional Counter useful role in the dosimetry of gamma rays and neutrons. B. Parallel Plate Avalanche Counter heavy charged particles F. Gas Proportional Scintillation Counters