К рабочей среде этих
детекторов прикладывается электрическое поле.
При ионизации среды заряженной частицей
возникает кратковременный электрический ток,
регистрируемый соответствующей электроникой.
Сама детектирующая среда может быть
газообразной, жидкой или твердой.
Наиболее обширную группу детекторов
этого типа образуют газонаполненные детекторы.
Простейшим из них является ионизационная
камера. Она представляет собой систему двух
электродов в объеме, заполненном инертным газом
(чаще всего аргоном и неоном). Если частица
полностью останавливается в объёме камеры, то по
величине собранного заряда (количеству
электронов, пришедших на анод) легко определить
энергию частицы.
Недостатком ионизационной камеры
являются очень низкие токи. Этот недостаток
ионизационной камеры преодолевается в
ионизационных детекторах с газовым усилением.
Газовое усиление это увеличение количества
свободных зарядов в объёме детектора за счёт
того, что первичные электроны на своём пути к
аноду в больших электрических полях приобретают
энергию достаточную для ударной ионизации
нейтральных атомов рабочей среды детектора.
Такой режим работы отвечает пропорциональному
счётчику (камере). Пропорциональный
счётчик способен выполнять функции
спектрометра, как и ионизационная камера. Если
ещё больше увеличить разность потенциалов между
анодом и катодом и довести коэффициент газового
усиления до 104-105, то начинает
нарушаться пропорциональность между потерянной
частицей в детекторе энергией и величиной
импульса тока. Прибор переходит в режим
ограниченной пропорциональности и уже не может
быть использован как спектрометр, а лишь как
счётчик частиц.
При дальнейшем увеличении
напряжённости электрического поля (и газового
усиления) счётчик переходит в такой режим работы,
когда достаточно появления в его объёме одного
электрона, чтобы он запустил столь мощный
лавинообразный процесс, который способен
ионизовать всю область вблизи нити-анода. При
этом импульс тока достигает предельного
значения (насыщается) и не зависит от первичной
ионизации. Счётчик, работающий подобным образом,
называется счётчиком
Гейгера-Мюллера.
Если разность потенциалов между
анодом и катодом в газонаполненном счетчике
превысит некоторое критическое значение, то
появление в его объёме свободных носителей
зарядов вызовет искровой пробой (разряд). При
этом амплитуда электрического сигнала с такого
счётчика (называемого искровым) может
достигать сотен вольт.
Газонаполненные детекторы имеют два
недостатка. Во-первых, плотность газа низка и
энергия, теряемая частицей в объёме детектора
мала, что не позволяет эффективно регистрировать
высокоэнергичные и слабоионизующие частицы.
Во-вторых, энергия, необходимая для рождения пары
электрон-ион в газе велика (30-40 эВ), что
увеличивает относительные флуктуации числа
зарядов и ухудшает энергетическое разрешение.
