1. Черенковские детекторы

Принцип работы этого детектора основан на регистрации излучения, открытого П.А. Черенковым в 1934 г. и возникающего при движении заряженной частицы в прозрачной среде со скоростью v большей скорости света u в этой среде. Поскольку u = c/n , где скорость света в вакууме, а n – показатель преломления среды, то условие возникновения черенковского излучения имеет вид v > c/n .     Черенковское свечение является когерентным излучением диполей, образующихся в результате поляризации среды пролетающей заряженной частицей, и возникает при возвращении этих диполей (поляризованных атомов) в исходное неполяризованное состояние. Если частица двигается медленно, то диполи успевают поворачиваться в её направлении. Поляризация среды при этом симметрична относительно координаты частицы. И излучения отдельных диполей при возвращении в исходное состояние гасят друг друга. При движении частицы со "сверхсветовой" скоростью за счёт запаздывающей реакции диполей они преимущественно ориентируются в направлении движения частицы. Итоговая поляризация оказывается несимметричной относительно местоположения частицы и излучение диполей нескомпенсированным.

Фотоны черенковского излучения испускаются под углом  к направлению движения частицы, причем величина этого угла определяется соотношением

cos θ = 1/βn,

где β = v/c.

Энергия частицы, конвертируемая в черенковское излучение, мала по сравнению с её ионизационными потерями. Зависимость угла излучения θ от β позволяет, определяя этот угол, найти скорость и энергию частицы. С помощью черенковского детектора можно регистрировать частицы с энергиями вплоть до 100 ГэВ.      Черенковский детектор позволяет эффективно выделять высокоэнергичные релятивистские частицы на уровне большого фона малоэнергичных частиц.     В черенковских детекторах используются твердые, жидкие и газообразные радиаторы.

Различают три типа черенковских детекторов.

Пороговые черенковские счетчики.

Дифференциальные черенковские счетчики.

Черенковские детекторы кольцевого изображения.

Пороговые счетчики служат для детектирования частиц со скоростями превышающими порог β_min = 1/n.

Дифференциальные черенковские счетчики регистрируют частицы в определенном интервале скоростей. Они бывают двух типов.     Минимальная скорость, при которой в радиаторе с показателем преломления n возникает черенковское излучение β_min = 1/n. При этом фотоны летят вперед (θ_min = 0) и попадают в воздушный световод (рис. 4). При увеличении скорости черенковский угол увеличивается пока не не наступит условие полного внутреннего отражения: sin θ_max = 1/n.

2. Счетчик Гейгера-Мюллера. Принцип работы

Счётчик Гейгера-Мюллера  - газоразрядный прибор для счета числа прошедших через него  ионизирующих частиц. Представляет собой газонаполненный конденсатор, пробивающийся при появлении ионизирующей частицы в объёме газа. Счетчики Гейгера-Мюллера — достаточно популярные детекторы (датчики) ионизирующего излучения. Конструкция счетчика Гейгера достаточно проста. В герметичный баллон с двумя электродами введена газовая смесь, состоящая из легко ионизируемых неона и аргона. Материал баллона  может быть различным — стеклянным, металлическим и др.

Обычно счетчики воспринимают излучение всей своей поверхностью, но существуют и такие, у которых для этого в баллоне предусмотрено специальное «окно». Повсеместное применение счетчика Гейгера-Мюллера в схемах дозиметров объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать различное  излучение, сравнительной простотой и дешевизной установки.

К электродам подводят высокое напряжение U ( см рис.), которое само по себе не вызывает каких-либо разрядных явлений. В таком состоянии счетчик будет пребывать до тех пор, пока в его газовой среде не возникнет центр ионизации — след из ионов и электронов, порождаемый пришедшей извне ионизирующей частицей. Первичные электроны, ускоряясь в электрическом поле, ионизируют «по дороге» другие молекулы газовой среды, порождая все новые и новые электроны и ионы. Развиваясь лавинообразно, этот процесс заканчивается  образованием в пространстве между электродами электронно-ионного облака, значительно увеличивающего его проводимость. В газовой среде счетчика возникает разряд, видимый (если баллон прозрачный) даже простым глазом.

Счетчики Гейгера способны обнаруживать  самые разные виды ионизирующего излучения — a, b, g, ультрафиолетовое, рентгеновское, нейтронное. Но действительная спектральная чувствительность счетчика очень зависит от его конструкции. Так, входное окно счетчика, чувствительного к a- и мягкому b-излучению, должно быть достаточно тонким; для этого обычно используют слюду толщиной 3…10 мкм. Баллон счетчика, реагирующего на жесткое b- и g-излучение, имеет обычно форму цилиндра с толщиной стенки 0,05….0,06 мм (он служит и катодом счетчика). Окно рентгеновского счетчика изготавливают из бериллия, а ультрафиолетового — из кварцевого стекла.