Ekosvit

Методи реєстрації іонізуючого випромінювання (заряджених частинок, γ –квантів і нейтронів) базуються на процесах взаємодії зазначених частинок з речовиною, які ми розглянули раніше. Перш за все, при реєстрації заряджених частинок (α і β частинок, протонів і ін.) широко використовується їхня іонізуюча дія. У ряді випадків вимірюється сила струму, який проходить крізь детектор у разі його опромінення. У багатьох випадках реєструються окремі імпульси струму або напруги на RC-ланцюжку. Амплітуда такого імпульсу характеризує енергію частинки, а його форма – тип частинки. Система, яка реєструє випромінювання, звичайно включає детектор та вимірювальну апаратуру. Основними параметрами детекторів є
•    ефективність реєстрації – відношення числа зареєстрованих детектором сигналів (імпульсів, сполохів світла, ін.) до загального числа частинок, які пройшли крізь детектор (визначається у відсотках); значення цього параметру залежить від властивостей детектора, енергії падаючих частинок і геометрії вимірювання;
•    здатність розрізняти окремі частинки у часі - мінімальний інтервал часу між проходженням частинок крізь детектор, які він здатний реєструвати окремо;
•    здатність розрізняти окремі частинки за енергією – мінімально можливий інтервал між значеннями енергій частинок, що реєструються;
•    співвідношення сигнал/фон;
•    поріг дискримінації – реєструються тільки сигнали вище заданого порогу, який більше фонових (шумових) сигналів.
Важливими технічними характерствами детекторів є стабільність, надійність, достовірність, вібраційна міцність.

Найбільш поширеними детекторами заряджених частинок і γ –квантів є газові іонізаційні детектори – іонізаційні камери і газорозрядні лічильники. Вони являють собою газові конденсатори, властивості яких залежать від форми і розмірів електродів, відстані між ними, значення і розподілу електричного поля, тиску газу.
Іонізація газу в іонізаційній камері здійснюється первинними або вторинними частинками випромінювання (наприклад, γ–кванти вибивають із стінок камери швидкі електрони, які іонізують газ).
Наповнюючими газами можуть бути: повітря, азот, гелій, аргон та ін. Зокрема, для реєстрації нейтронів використовують газ BF3. Електроди можуть бути плоскими або циліндричними.
Коли іони, що виникли у газовому проміжку, досягають електродів, в електричній схемі виникає імпульс, який реєструється вимірювальним електронним приладом. Така камера зветься імпульсною. Якщо імпульсів багато і вони ідуть один за одним безперервно, електричний ланцюг замикається, по ньому йде струм, величина якого пропорційна інтенсивності випромінювання. Така камера має назву інтегруючої  або камери струму.
Пропорційний лічильник – це газорозрядний детектор частинок, сигнал якого є пропорційним енергії, яку залишила частинка в його об’ємі. У випадку повного гальмування частинки в межах об’єму лічильника його імпульс є пропорційним енергії частинки. Лічильник являє собою герметичну циліндричну трубку, яка заповнена інертним газом або сумішшю газів. Стінки трубки зроблені з металу (алюміній, мідь та ін.) або скла з металізованим внутрішнім покриттям і служать катодом.  Вздовж вісі трубки натягнута тонка (діаметром 0,01-0,1 мм) металева нить, яка є анодом. При такий геометрії електродів напруженість електричного поля у лічильнику дуже нерівномірна: вона є великою поблизу аноду і значно меншою у решті його об’єму. Тому первинні електрони на шляху до аноду прискорюються і отримують енергію, достатню для вторинної іонізації. Таким чином на анод замість одного первинного електрона приходить лавина електронів. Це явище значно підсилює сигнал лічильника (у 1000-10000 разів). Пропорційні лічильники застосовуються для усіх видів іонізуючого випромінювання.
Конструкція лічильників Гейгера-Мюллера є аналогічною конструкції пропорційного лічильника. Завдяки більш високій напрузі (у кілька сотень вольт) вони мають високу чутливість і ефективність реєстрації, але інформація про енергії кожної частинки втрачається, фіксується саме факт потрапляння частинки у об’єм детектора. Кожний первинний електрон викликає коронний розряд (режим самозбудження), який гаситься або підключенням у електричний ланцюг високого опору (108- 109 ом) або заповненням спеціальною сумішшю газів з додатками пари спирту і галогенів.
У сцинтиляційних детекторах використовується явище виникнення спалахів видимого або ультрафіолетового світла при проходженні іонізуючих випромінювань крізь деякі речовини (сцинтилятори), наприклад, йодистий натрій, активізований талієм; йодистий літій, активізований оловом; сірчаний цинк, активізований сріблом; йодистий цезій, активізований талієм; антрацен, стильбен, розчини р-терфінила в ксилолі чи толуолі; полістирол з р-терфінилом. Для реєстрації спалахів світла використовують фотопримножувачи. Сцинтиляційні детектори дозволяють вимірювати кількість іонізуючих частинок, їхню енергію і розподіли частинок за енергією (енергетичні спектри). Перевагами цих детекторів є висока ефективність (близько 100% для заряджених частинок і кілька десятків відсотків для γ-квантів), мінімальний час окремої реєстрації частинок до 10-9с, лінійна залежність амплітуди імпульсів від енергії, яку частинка передає сцинтилятору.
У напівпровідникових детекторах використовують кремній або германій, активізовані фосфором. Напівпровідниковій детектор працює подібно іонізаційній камері с тією різницею, що робочим середовищем є  не газ, а тверде тіло. Середня енергія іонізації у напівпровіднику на порядок менша ніж у газі, тому число первинних іонів в них на порядок більше. Це підвищує чутливість і достовірність вимірювань. Мінімальний час окремої реєстрації частинок дорівнює 10-7с. Напівпровідникові детектори мають високу здатність розрізняти частинки за енергією, наприклад для α-частинки з енергією 5 МеВ вона дорівнює 0,25-0,3%. Недоліком цих детекторів є невелика товщина чутливого шару, тому вони не досить ефективні для реєстрації високо енергетичних частинок. Але вони забезпечують з високою (майже 100%) ефективністю реєстрацію електронів з енергією до 2 МеВ і протонів – до 20 МеВ. Напівпровідникові детектори є найбільш достовірними і компактними. Для вимірювань з найвищою достовірністю використовується германій, але він потребує постійного охолодження рідким азотом.
Реєстрація нейтронів має особливості, які обумовлені тим, що вони іонізують речовину не прямо, а за рахунок ядерних реакцій та атомів віддачі (найбільш ефективно – за рахунок протонів віддачі). Для реєстрації повільних нейтронів використовують ядерні реакції, що відбуваються на ізотопах 10В, 6Li і реакції ділення 235U. Для реєстрації швидких нейтронів застосовується метод протонів віддачі, які виникають в матеріалах, що містять водень при гальмуванні швидких нейтронів (парафін, поліетилен). Для цього впритул до стінки іонізаційної камери, лічильника, сцинтиляційного або напівпровідникового детектора розміщують матеріал, в якому відбуваються ядерні реакції  на повільних нейтронах чи їхнє ефективне гальмування (для швидких нейтронів).
Усі перелічені детектори використовуються для створення трьох видів апаратури, яка забезпечує вимірювання радіоактивності (радіометри), енергії, яка передається середовищу (дозиметри), або розподілу заряджених частинок  або γ-квантів за енергією (спектрометри). Вимірювання зазначених радіаційних характеристик необхідно для проведення радіоекологічних досліджень, моніторингу довкілля, радіаційної обстановки у приміщеннях різного призначення і забезпечення заходів з радіаційного захисту персоналу і населення.

Tags: іонізуючий, випромінювання, вольт, детектор, заряджені частинки, квант, лічильник Гейгера-Мюллера, напруга, нейтрон, струм, сцинтилятор, ультрафіолетовий, фон