Методы регистрации ионизирующего излучения
Прибор для регистрации любого вида ионизирующего излучения состоит из детектора и измерительной аппаратуры (рис. 3.1).
Р
ис.
3.1. Принципиальная блок-схема прибора
для регистрации ионизирующего излучения
Детектор включает в себя чувствительный объем, в котором энергия излучения в процессе взаимодействия излучения с веществом преобразуется в другой вид энергии, удобный для измерения. Вещество чувствительного объема может быть газом, жидкостью или твердым телом, соответственно детекторы называются газовыми, жидкостными или твердотельными.
В ионизационных детекторах измеряется ионизация регистрируемым излучением газового чувствительного объема. В полупроводниковых детекторах (ППД) измеряется ионизация в твердотельном чувствительном объеме. В сцинтилляционных детекторах (твердых, жидких, газовых) регистрация излучения происходит благодаря световой вспышке, возникающей под действием излучения.
Ионизационный метод
При взаимодействии излучения с веществом часть энергии излучения передается атомам и молекулам этого вещества и расходуется на их ионизацию и возбуждение. Метод регистрации называется ионизационным именно потому, что в детекторе излучения используется процесс ионизации, а именно, процесс вырывания электрона из атома, который в результате превращается в положительный ион. В отсутствие электрического поля в чувствительном объеме детектора при постоянной интенсивности излучения устанавливается равновесная концентрация ионных пар, которую находят из условия равенства скоростей ионизации газа и рекомбинации. Если к электродам детектора приложена разность потенциалов, то в измерительном объеме возникает электрическое поле, под действием которого положительные ионы начинают перемещаться к отрицательному электроду, а отрицательные – к положительному. В результате этого в цепи потечет электрический ток, сила которого в определенных условиях пропорциональна интенсивности излучения.
П
ри
увеличении напряженности электрического
поля в измерительном объеме детектора
скорость перемещения электронов под
действием поля возрастает настолько,
что электрон на длине свободного пробега
разгоняется до энергии, превышающей
потенциал ионизации атомов и молекул
газа. Неупругие столкновения с таким
электроном приводят к ионизации атомов
и молекул, называемой ударной ионизацией.
Этот процесс увеличивает число
образующихся в газовом объеме пар ионов
и является механизмом газового усиления
ионизационного эффекта регистрируемого
излучения.
Ионизационный метод регистрации используется в ионизационных камерах (рис.3.2) и газоразрядных счетчиках.
Рис. 3.2. Сечение цилиндрической ионизационной камеры:
1 – цилиндрический корпус камеры, служащий отрицательным электродом; 2 – цилиндрический стержень, служащий положительным электродом; 3 – изоляторы
2.2.1 Ионизационные камеры
Ионизационными камерами называют ионизационные детекторы с низкими значениями напряженности электрического поля в чувствительном объеме детектора. Газоразрядными счетчиками называют детекторы с высокими значениями напряженности электрического поля, использующими механизм газового усиления. В этом состоит их принципиальное отличие от ионизационных камер. Ионизационные камеры подразделяют по принципу действия (токовые и импульсные), конструктивным особенностям (плоские, цилиндрические, сферические), по назначению (для регистрации α-, β-, γ-излучения и нейтронов).
Ионизационные камеры, которые служат для измерения суммарного ионизационного эффекта (силы тока, вызванного значительным количеством ионизирующего излучения, или заряда, накопленного за значительное время на электродах камеры), называют токовыми или интегрирующими камерами. Камеры, которые служат для измерения отдельных ионизирующих частиц, называют импульсными камерами. К преимуществам ионизационных камер относится их высокая надежность, к недостаткам – низкое значение выходного сигнала.