1. Классификация

Детектор ионизирующего излучения (ДИИ) – это чувствительный элемент средства измерений, предназначенный для преобразования энергии ионизирующего излучения (ИИ) в другой вид энергии, удобный для регистрации и/или измерения одной или нескольких величин, характеризующих воздействующее на детектор излучение.

При необходимости подчеркнуть вид регистрируемого ИИ в обозначение детектора добавляют соответствующий элемент:

– детектор -частиц (или кратко: -детектор),

детектор рентгеновского излучения ( :-детектор),

детектор нейтронов ( -детектор).

По форме представления получаемой информации детекторы ИИ делят на аналоговые и дискретные; по форме зависимости выходного сигнала детектора от измеряемой физической величины, характеризующей излучение, – на пропорциональные и непропорциональные; по состоянию вещества чувствительного объема детектора – на твердотельные, жидкостные и газовые; по методам регистрации ИИ на:

1.– сцинтилляционные (от лат. Scintillation – мерцание) – радиолюминесцентные детекторы, в которых используется сцинтиллирующее вещество, испускающее фотоны света под действием ИИ и оптически связанное непосредственно или через световод с фоточувствительным устройством;

2.– ионизационные – детекторы, работа которых основана на использовании ионизации вещества в чувствительном объема детектора;

3.– полупроводниковые – ионизационные детекторы, использующие электрическое поле для собирания неравновесных носителей зарядов, образованных ИИ в полупроводниковом материале чувствительного объема детектора.

Детекторы первого типа дают информацию о величине, характеризующей ИИ, усредненную по его чувствительной поверхности. Детекторы второго типа дают информацию о распределении измеряемой величины вдоль его поверхности, преобразуя радиационное изображение в изображении другого вида, радиационные преобразователи (РП).

Детектор, преобразующий радиационное изображение в оптическое, называют радиационно-оптическим преобразователем (РОП). Изображение можно получить сканированием детектора первого типа, перемещая его в плоскости радиационного изображения и запоминая данные в требуемых точках. Последовательное поточечное запоминание данных исключает получение динамических радиационных изображений. Второй способ получения изображений – использование набора детекторов (решетки).

2. Принципы детектирования

Идеальный детектор должен

– детектировать каждую поступающую на него ионизирующую частицу (фотон),

– давать точную информацию о ее положении, энергии и времени поступления;

– обеспечивать обработку произвольно больших потоков фотонов.

Реальные детекторы не удовлетворяют всем этим требованиям по ряду причин. Не все падающие фотоны взаимодействуют с детектором. Значительная часть рентгеновских фотонов проходит рентгеновскую пленку без взаимодействия. Долю падающих на детектор ионизирующих частиц , которые образуют измеряемое событие (почернение зерна, возникновение фотоэлектрона, импульс фотонов) и вносят вклад в выходной сигнал, называют квантовым выходом детектора (преобразователя).

Получение информации о качестве ОК затруднено наличием шума, вызванного хаотическим распределением числа фотонов рентгеновского излучения во времени и пространстве. Эти флуктуации известны как квантовый шум, фотонный шум или пуассоновский шум. Одним из свойств пуассоновской переменной (шума) является то, что ее среднеквадратическое отклонение равно корню квадратному из среднего. Если сигнал на входе детектора состоит из независимых фотонов, подчиняющихся распределению Пуассона, то отношение сигнала (среднее число фотонов ) к шуму (среднее-квадратическое отклонение числа фотонов ) порядка . Сигнал на выходе детектора согласуется с флуктуациями фотонов на его входе, и отношение сигнал/шум равно .