Принцип детектирование заряженных частиц и нейтронов. Зависимость среднего заряда в импульсе от напряжения на электродах детектора.
В качестве детекторов потока нейтронов и гамма-квантов применяются ИК и пропорциональные счетчики. В качестве визуализационных детекторов используются электронно-импульсные детекторы нейтронов (ЭДН) и камеры деления (КД) нейтронов. ИК и КД регистрируют только заряженные частицы, потому что они могут регистрировать гамма-кванты по излучению частиц, возникающих при взаимодействии электронов и гамма-квантов с веществом камеры. Гамма-кванты образуют в веществе быстрые электроны за счет фотоэффекта или за счет эффекта образования пар (электрон-позитрон).
При прохождении через газ детектированной заряженной частицы она выбивает из атома газа электрон, и благодаря этому в газе образуются свободные электроны и позитроны. Это явление называется ионизацией газа. Под действием электронного поля электрон движется к положительному электроду, позитроны – к отрицательному. Появляется электрический ток, так как каждая заряженная частица может выбивать много электронов, величина заряда в сети много больше заряда детектируемой частицы.
Таким же ионизирующем воздействием обладает и квант электромагнитного излучения, таким образом прохождение через газ заряда может быть обнаружено по значению тока сети (по пульсам тока) или по импульсам напряжения в электрической цепи, связанной с электродами.
Зависимость среднего значения заряда в импульсе, образующемся на электродах при взаимодействии заряженной частицы:
Режимы работы детектора:
Область I: характеризуется низкой разностью потенциалов между пластинами. При такой разнице потенциалов время движения электрона к электроду велико и за это время электрон или ионы полностью или частично успевают воссоединяться не доходя до электродов. Это явление называется рекомбинацией.
Область II: Напряжение таково, что все образованные ионы достигают электродов и детекторы, работающие в этой области называются ИК. Этот режим работы такой, что значение среднего заряда, образующегося в детекторе при попадании в его объем заряженной частицы не зависит от напряжения подводимого на электроды детектора. Рабочая точка выбирается в середине диапазона (т. А). ВА характеристика такого детектора: (Ф-интенсивность излучения)
Uкр
соответствует почти полному разделению
всех возникающих в объеме камеры пар
ионов. I
при U>Uкр
называется током насыщения. При Ф2>Ф1
Uкр2>Uкр1,
так как вероятность больше для
рекомбинации. ИК должна работать в
режиме поглощения, тогда ток камеры
пропорционален плотности НП, если
напряжение на камере недостаточно для
Iн,
то измерение теряет точность.
, где Р - давление газа.
Область III, IV Первичные ионы, образованные регистрируемой частицей (непосредственно) получают дополнительную энергию Ее, достаточную для получения вторичных ионов, т.о. происходит в объеме детектора увеличение носителей заряда. Детекторы, работающие в области III, IV называются ПС(пропоциональный счетчик). Число вторичных ионов, а следовательно их заряд, набираемый на электродах детектора пропорциональны ионизирующей способности первичной частицы. (Область IV – область ограниченной пропорциональности).
Детекторы, работающие в области V, называются счетчиками Гейгера – Мюллера. Здесь напряжения достаточно для лавинной ионизации, поэтому выходной импульс тока имеет большую амплитуду, которая не зависит от числа первичных ионов. Им можно регистрировать единичные заряженные частицы под действием которых в объеме детектора образуется хотя бы одна пара ионов. Природа частицы не имеет никакого значения. Для контроля реактора они не предназначены, так как нельзя выделить нейтрон на фоне гамма-квантов. Нейтроны обнаруживают по ионизирующей способности вторичных заряженных частиц.
Детектор нейтронов состоит из:
- радиатора (при взаимодействии с радиатором (материал: изотопы бора, уран) нейтроны образуют вторичные заряженные частицы).
-ионизирующей среды
-электродов для напряжения.
ИК со слоем делящегося вещества называется камерой деления. На характеристики ИК влияют свойства газа, энергия для выделения пара, свободный пробег.