12.Ионизационные детекторы излучения. Счетчик Гейгера-Мюллера. Сцинтилляционные детекторы излучения.

Ионизирующим излучением (ИИ) называют излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков (свет и ультрафиолетовое излучение не включают в это понятие) Детектор – прибор для регистрации и измерения характеристик час- тиц ионизирующих излучений. Существуют различные типы детекторов как преобразователей энергии 1 2 2 3 4 5 6 7 5 регистрируемых излучений в сигналы. 1. Счетчики частиц, которыми могут быть любые детекторы, регистрирующие отдельные частицы (независимо от природы сигнала) и работающие со схемами, регистрирующими только число импульсов. При этом необходимо, чтобы одной попавшей в объем детектора частице соответствовал один сигнал. 2. Пропорциональные детекторы, в которых сигнал пропорционален поглощенной в их объеме энергии. В качестве сигнала могут быть амплитуда электрического импульса, длина трека частиц, число проявленных зерен вдоль трека и т.д. Любой пропорциональный детектор можно использовать и в качестве счетчика частиц. 3. Трековые детекторы позволяют наблюдать визуально или фиксировать фотографически или электромагнитными методами треки частиц в среде, через которую они проходят. Информацию об излучении несут в себе геометрия треков (число треков и направление движения заряженных частиц), толщина трека (величина энергетических потерь на единицу длины, скорость и заряд частицы) и длина трека (энергия частицы). К трековым детекторам относятся: камеры Вильсона, диффузионные и пузырьковые, ядерные фотоэмульсии, твердотельные трековые детекторы и т.д.

Счетчик Гейгера-Мюллера (Г.-М.) – детектор частиц ионизирующих излучений, действие которого основано на возникновении самостоятельного разряда в газе при попадании частиц в его объем. При напряжениях на электродах, меньших напряжения пробоя, заполняющий счетчик газ сам по себе не проводит электрический ток. Проводимость газа связана с образованием пар ионов под действием ионизирующего излучения. Счетчики этого типа используют для регистрации как заряженных, так и незаряженных частиц. Регистрация незаряженных частиц осуществляется по вторичным заряженным частицам (электронам и положительно заряженным ионам), возникающим при взаимодействии незаряженных частиц с рабочим веществом и стенками детектора. При этом толщина стенок счетчика не должна превышать средней длины свободного пробега вторичных электронов. Счетчики Г.-М. 7 благодаря хорошей чувствительности к различным видам ионизирующих излучений, высокой надежности и простоте изготовления широко применяются в радиометрической технике. Счетчики Г.-М. бывают двух типов: цилиндрические и торцовые. Цилиндрический счетчик изготавливают из тонкой металлической или металлизированной изнутри, стеклянной, герметически замкнутой трубки 1 и металлической нити 2, натянутой вдоль оси внешней оболочки. Нить служит анодом, трубка – катодом. У торцового счетчика металлизированный стеклянный корпус 1 является катодом, нить 2 – анодом, а торец корпуса образует тонкое слюдяное окно 3 толщиной 20-30 мкм. Конец нити 2 для предотвращения коронного разряда на острие закрыт стеклянной бусинкой. Ионизирующее излучение попадает в объем счетчика либо через боковую поверхность у цилиндрического, либо через слюдяное окно у торцового счетчика. Объем счетчиков заполняется благородными газами: аргоном или неоном; рабочее напряжение, подаваемое на счетчик, связано с давлением газа в объеме счетчика (обычно оно составляет 100-200 мм рт .ст.).

Сцинтилляционный метод основан на регистрации коротких вспышек света — сцинтилляций, возникающих в некоторых веществах при прохождении через них заряженных частиц. Сцинтилляции отличаются от других видов свечения тем, что они обусловлены электронными переходами внутри центра свечения (ЦС). (В зависимости от типа вещества центром свечения может быть атом, молекула, ион или более сложное образование.) В отличие от излучения Вавилова — Черенкова, переходного и тормозного излучений, сцинтилляции имеют конечную длительность свечения, определяемую в основном временем пребывания ЦС в возбужденном состоянии. От индуцированного излучения лазера сцинтилляции отличаются тем, что являются спонтанным и некогерентным излучением. Сцинтилляционный детектор состоит из сцинтиллятора и прибора, преобразующего световые вспышки в электрический сигнал (например фотоэлектронного умножителя (ФЭУ)). Сцинтилляторы делят на два основных класса: неорганические (галогениды щелочных металлов) и органические (органические сцинтилляторы, сцинтиллирующие растворы).

Кроме того, все сцинтилляторы делят на спектрометрические (с высокой разрешающей способностью) и счетные (с более низкой разрешающей способностью).

Достоинства сцинтилляционных детекторов:

•  высокая эффективность регистрации, особенно g -квантов больших энергий, в десятки раз превышающая эффективность газоразрядных счетчиков;

•  высокая разрешающая способность, достигающая 10^–9–10^–10 с^–1;

•  возможность измерения энергии частиц;

•  возможность создания счетчиков различной геометрической формы и объема.

12