2.6.2 Схемы подключения детекторов
Схемы подключения детекторов внутри блока детектирования определяется его типом и особенностями. Далее рассматривается подключение основных типов детекторов.
2.6.2.1 Ионизационные камеры
Целесообразно рассмотреть подключение токовых камер и импульсных. Токовые камеры предназначены для измерения среднего ионизационного тока. Импульсные ионизационные камеры предназначены для регистрации отдельных ионизирующих частиц. По функциональным и конструктивным схемам камеры в свою очередь различаются в зависимости от вида измеряемого излучения, то есть альфа-, бета-, гамма- излучения. Схема подключения токовой ионизационной камеры показана на рис. 34.
Рис. 34. Схема подключения токовой ионизационной камеры
Количество ионизирующих частиц, поступающих в камеру, достаточно велико и благодаря этому устанавливается непрерывный ионизационный ток. Величина тока может быть измерена непосредственно или после предварительного усиления. Если заряженные частицы попадают в камеру сравнительно редко и средний временной интервал между ними заметно больше времени дрейфа заряженных частиц к электродам, ток через камеру течет не непрерывно, а в виде отдельных импульсов. Последние усиливаются и регистрируются с помощью электромагнитного счетчика импульсов.
Схема подключения импульсной ионизационной камеры показана на рис. 35
Рис. 35 Схема подключения импульсной ионизационной камеры
Обычно с помощью импульсных ионизационных камер регистрируют тяжелые частицы в том числе альфа-частицы и протоны, так как регистрация электронов затруднена из-за малых ионизационных импульсов. Например, импульс от альфа-частицы с энергией 10 МэВ будет примерно в 400 раз больше чем импульс от электрона той же энергии. Это связано с различием плотности ионизации.
Схема, показанная на рис. 35 работает следующим образом. Импульсы тока, благодаря наличию емкости С (эта емкость ионизационной камеры плюс емкость всех присоединяемых проводников) и сопротивления R создают импульс напряжения ∆U. Сопротивление утечки R служит для того, чтобы емкость С, заряжаемая импульсом тока до некоторой разности потенциалов ∆U после прекращения тока могла разрядится. Камеру наполняют аргоном, атомы которого практически не захватывают свободные электроны. Для увеличения разрешающей способности камеры аргону добавляют 5 – 10 % СО2, N2.
Для регистрации гамма-излучения используется ионизация, создаваемая в камере быстрыми электронами, образующимися при поглощении или рассеянии гамма-квантов в газе и в стенках ионизационной камеры.
При детектировании быстрых нейтронов используется ионизация, создаваемая ядрами отдачи, возникающими при упругом рассеянии в газе. В этом случаи камеру наполняют водородосодержащими газами или гелием. Медленные и тепловые нейтроны регистрируются камерами, наполненными ВF3 по ионизационному действию продуктов реакции (n, µ) на ядрах 5В10.
2.6.2.2 Газоразрядные счетчики
Это - пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера. Коэффициент усиления в области Гейгера достигает 1010. Пропорциональные счетчики являются счетчиками с несамостоятельным разрядом, а в счетчиках Гейгера-Мюллера разряд самостоятельный. Счетчики с самостоятельным разрядом подразделяются на несамогасящиеся и самогасящиеся. В самогасящихся счетчиках, как известно, газ наполняющий чувствительный объем поглощает значительную часть ультрафиолетовых фотонов и поэтому разряд от возникновения в счетчике фотоэлектронов уже не может возникнуть. В несамогасящихся счетчиках положительные ионы могут выбить с помощью катода электроны, которые рекомбинируя с положительными ионами, дают кванты ультрафиолетового света. Попадая на катод эти кванты в свою очередь выбивают из него фотоэлектроны, которые двигаясь к аноду дают начало новому импульсу, то есть в этих счетчиках разряд в виде импульсов может повторяться многократно. В случае несамогасящихся счетчиков прерывание разряда достигается с помощью схемных решений.
Схема включения несамогасящегося газоразрядного счетчика показана на рис. 36. Схема работает следующим образом. Возникающий под действием ионизирующего излучения ионизационный ток заряжает конденсатор С. Через некоторое время конденсатор начинает разряжаться и разрядный ток проходит через нагрузочное сопротивление Rн и вызывает кратковременное падение напряжения на нем (10-4 – 10-2)В.
Примечание. Большинство современных счетчиков – самогасящиеся. В случае использования несамогасящихся счетчиков предусматривается специальный гасящий контур (рис. 37).
Рис. 37. Несамогасящийся счетчик со специальным гасящим контуром