Л.Н. Пустынский

Детекторы ядерных излучений

Учебное пособие по курсу

«Ядерная и нейтронная физика»

Обнинск 2001

Пустынский Л.Н. Детекторы ядерных излучений. Учебное пособие по курсу «Ядерная и нейтронная физика». – Обнинск: ИАТЭ, -25 с.

Пособие содержит краткое описание детекторов ядерных излучений, используемых в ядерной физике средних энергий. Основная цель пособия – сообщить студентам первоначальные сведения о принципах и методах регистрации ядерных излучений. Может быть рекомендовано как основное пособие по курсам «Ядерная и нейтронная физика» и «Ядерная физика» для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения.

Дополнительные и более полные сведения можно получить в указанной литературе.

Автор выражает признательность проф. А.И. Абрамову, О.Т. Грудзевичу, Е.С. Матусевичу и В.С. Ставинскому, прочитавших рукопись и сделавших ценные замечания, направленные на улучшение качества предлагаемого пособия, которые были с благодарностью учтены автором при подготовке пособия к изданию. Автор признателен И.В. Романцовой за помощь в подготовке издания.

Илл. 12, библ. назв. 5.

© Обнинский институт атомной энергетики, 2001 г.

I. Общие сведения

Термин «ядерные излучения» обозначает потоки частиц, которые возникают в результате ядерных превращений, таких как радиоактивный распад или ядерная реакция. Обычно для классификации излучения используют признаки, характеризующие особенности взаимодействия частиц конкретного типа излучения с веществом. Наличие электрического заряда у частиц вызывает кулоновское взаимодействие с электронами и ядрами среды, в которой происходит распространение излучения. Заряженными частицами являются ядра химических элементов, электроны и позитроны. По отношению массы покоя частиц к массе электрона заряженные частицы принято разделять на тяжелые и легкие. Тяжелые заряженные частицы – протоны, дейтоны, α-частицы, осколки деления состоят из нуклонов. Легкие заряженные частицы представлены электронами и позитронами. Заряженные частицы при движении в материальных средах производят ионизацию атомов. Именно этот процесс лежит в основе регистрации излучений ионизационными методами.

Пучки нейтронов, γ-квантов, нейтрино являются электрически нейтральными излучениями и по этой причине они не могут непосредственно производить ионизацию. Однако их взаимодействие с атомами среды может вызывать появление быстрых заряженных частиц, которые регистрируются ионизационными методами. По этой причине нейтральные ядерные излучения являются косвенно ионизирующими.

Приборы для измерения ядерных излучений делятся на:

1. дозиметры - приборы для измерения переноса и передачи энергии излучения веществу;

2. радиометры - приборы для измерения количества испускаемых частиц или других характеристик источников излучений;

3. спектрометры – приборы для измерения распределений частиц ядерного излучения по энергиям, массам или электрическим зарядам.

Детектором ионизирующих излучений называют ту часть перечисленных выше приборов, которая предназначена для преобразования поглощенной энергии ядерных излучений в сигнал. Любой детектор можно рассматривать как регистрирующую систему, на вход которой поступают частицы, вызывая появление на выходе сигнала. Сигналом принято считать регистрируемое изменение состояния вещества детектора в результате поглощения веществом детектора части или целиком энергии частиц ядерного излучения. Конкретное изменение состояния вещества детектора под действием излучения определяет метод регистрации. Поэтому в сигнале содержится информация не только об излучении, но и о методе регистрации, который определяет вид функции отклика детектора.

Таким образом, метод регистрации излучений определяет тип детектора. Наиболее широкое распространение получили ионизационный и люминесцентный методы. Однако они не являются единственными. Возможно также использование химических реакций, тепла, образование дефектов в веществе под действием ионизирующих излучений. Широкое применение на атомных станциях получили детекторы прямого заряда, принцип действия которых основан на измерении электрического заряда, возникающего в результате радиационного захвата нейтронов веществом детектора.