Эти счетчики можно разделить на ионизационные камеры и счетчики с самостоятельным разрядом (газоразрядные счетчики). Рассмотрим ионизационную камеру.

Главная часть ее – плоский, шаровой или цилиндрический конденсатор, наполненный газом (воздухом, аргоном, фтористым бромом и др.) при давлении от 1 атм и выше. При движении в камере заряженной частицы образуются ионы и возникает кратковременный ток в виде импульса, который можно усилить. Следовательно, каждое прохождение заряженной частицы может быть зарегистрировано (до 10⁷-10⁸ частиц в секунду).

В ионизационных камерах для рентгеновских и g-лучей ионизация проводится теми электронами, которые образуются при поглощении излучения в стенках камеры и в газе.

Ионизационная камера пригодна и для измерения потока медленных нейтронов. Для этого ее наполняют трехфтористым бором (ВГ₃) и количество нейтронов измеряется по ионизации, вызванной ядрами гелия и лития, образующимися при расщеплении бора нейтронами.

Действие счетчиков газоразрядных основано на возникновении в газе самостоятельного разряда при попадании в него заряженной частицы. Примером является счетчик Гейгера-Мюллера.

Он состоит из цилиндрической камеры, наполненной газом при давлении 100 – 200 мм рт.ст. По оси камеры на изоляторах натянутая тонкая (Ø 0,0075 – 0,25 мм) нить металл-анод. Между нитью (+) и стенкой (-) приложена разность потенциалов, немного меньшая той, при которой начинается самостоятельный разряд в газе. В цепь введено большое (порядка 10⁹Ом) сопротивление. Попадание быстрой заряженной частицы в камеру вызывает лавинный разряд. Возникающий при этом ток, проходя через сопротивление, вызывает на нем падение напряжение, на величину которого уменьшается разность потенциалов между нитью и стенкой счетчика. Разряд при этом обрывается, а через некоторый промежуток времени разность потенциалов на счетчике вновь достигает прежней величины. При появлении новой заряженной частицы вновь возникает разряд и т.д.

Важной особенностью счетчиков Гейгера-Мюллера и вообще счетчиков с самостоятельным разрядом является зависимость скорости счета за секунду № от напряжения на счетчике U. Плато-участок, на протяжении которого число отсчетов в секундах не зависит от напряжения – т.е. от U₂ до U₃ это – рабочий интервал U.

3. Метод толстослойных фотографических пластинок основан на том, что в фотоэмульсии (из бромистого серебра), через которую проходит заряженная частица, получается изображение траектории частицы. Этот метод оказался особенно плодотворным при изучении космических лучей и взаимодействия быстрых заряженных частиц с ядрами вещества.

4. Сцинтилляционные счетчики основаны на явлении люминесценции вещества под влиянием ударов зараженных частиц или фотонов. Первым был сликтарископ (экран из ZnS). Сейчас применяют ФЭУ, позволяющий регистрировать слабые световые потоки от отдельных сцинтилляций.

Сцинтилляционные счетчики отличаются высокой чувствительностью и большой разрешающей способностью во времени, т.е. они могут регистрировать большое число частиц в единице времени.

Они пригодны для регистрации и нейтральных частиц-нейтронов и фотонов – по вторичным электронам, которые они создают в веществе сцинтиллятора.

5. Полупроводниковые детекторы основаны на свойстве полупроводников изменять свою электропроводность под действием обручения нейтронами или g-лучами, для регистрации которых они и применяются.

6. Черенковские счетчики основаны на открытом С.И. Вавиловым и П.А. Черенковым излучении, которое вызывается электронами, когда они движутся в чистой жидкости или твердом диэлектрике со скоростью, большей чем фазовая скорость света в этих средах (т.е. > ), но меньше скорости света в вакууме, поэтому движение электрона со скоростью > (но меньше, чем С) возможно и не противоречит теории относительности. Световая вспышка, порождаемая быстродвижущейся заряженной частицей, превращается с помощью ФЭУ в импульс тока. Для того чтобы заставить сработать такой счетчик, энергия частицы должна превысить пороговое значение, определяемое условием: .