2. Общие свойства детекторов

Основная задача детектирования излучений - это восстановление характеристик излучения по сигналам на выходе детектора. В простейшем случае детекторы могут использоваться только для счета частиц. Такие детекторы принято называть счетчиками. Счетчик позволяет также определить момент регистрации частицы. Более сложным является определение энергии частиц и идентификация их природы. В этом случае среднее значение амплитуды сигнала на выходе детектора должно зависеть от поглощенной в его рабочем объеме энергии. Детекторы, обладающие подобными свойствами, называются пропорциональными. Пропорциональные детекторы также могут быть использованы для счета частиц (счетный режим)^* и определения момента регистрации частицы.

2.1. Одна из основных характеристик счетчика частиц – эффективность ε регистрации частиц, которая есть вероятность зарегистрировать ровно N частиц из N₀, вошедших в рабочий объем детектора за время измерения. Для экспериментальной оценки величины ε используют соотношение:

(1)

где N_р – число зарегистрированных частиц; N₀ – число частиц, попавших в рабочий объем детектора за время регистрации. Статистический характер взаимодействия частиц излучения с веществом детектора позволяет сделать заключение, что чем больше величина N₀, тем точнее будет оценка . Эффективность регистрации конкретного детектора зависит как от энергии частиц, так и от их природы. Это вызвано тем, что эффективность регистрации тесно связана с сечением процесса взаимодействия исследуемого излучения с веществом детектора.

2.2.Счетная характеристика детектора - зависимость скорости счета детектора, т. е. числа зарегистрированных в единицу времени импульсов от разности потенциалов U между электродами счетчика при неизменном числе частиц, входящих в рабочий объем счетчика (рис. 1). U₀ – напряжение начала работы счетчика. Счетная характеристика имеет плато – участок, на котором скорость счета очень слабо зависит от напряжения между электродами. Обычно рабочее напряжение U_p выбирают в центре плато.

2.3. Функция отклика детектора G(V,E) – это плотность вероятности получить на выходе детектора сигнал с амплитудой V, если на вход детектора поступает частица конкретного излучения с энергией E. Функция отклика характеризует свойства детектора как системы, предназначенной для преобразования энергии излучения в сигнал. Функция отклика для излучения, состоящего из моноэнергетических частиц с энергией E₀, называется формой линии детектора

(2)

и представляет распределение сигналов только по амплитудам.

Пусть на вход пропорционального детектора поступают две группы моноэнергетическихзаряженных частиц с энергиями Е₁ и Е₂, причем Е₂ > Е₁, и создают на выходе детектора две группы сигналов со средними значениями амплитуд и. Форма линии от каждой группы заряженных частиц (на рис. 2) имеет колоколообразную форму и по виду близка к распределению Гаусса. Максимум кривой определяет среднее и наиболее вероятное значение амплитуды сигналаили. Отношение илиширин этих кривыхилина половине высоты в максимуме распределения к соответствующему среднему значению амплитуды сигнала принимают обычно за относительную меруэнергетического разрешения детектора. Смысл энергетического разрешения заключается в следующем. Функция на рис. 2 представляет распределение амплитуд импульсов на выходе детектора от обеих групп частиц и является результатом сложения функций. По мере сближения значений энергийЕ₁ и Е₂ сближаются и, и при некотором значении распределениеиз двумодальноого становится одномодальным. Поэтому невозможно однозначно заключить, сколько групп частиц с разными энергиями образуют суммарное распределение. Однако с уверенностью можно утверждать, что функцияобразована не одной моноэнергетической группой частиц, поскольку ее ширина на полувысоте будет больше, чем или.

Форма линии для косвенно ионизирующих частиц, таких как γ-кванты и нейтроны, существенно отличается от рассмотренных выше, и ее вид определяется энергетическим спектром вторичных заряженных частиц и особенностями их взаимодействия с веществом детектора.

2.4. Время разрешения или мертвое время. Длительность процессов преобразования в сигнал поглощенной в детекторе энергии излучения определяет время разрешения τ_д или мертвое время, в течение которого детектор теряет способность регистрировать излучение. Кроме этого, регистратор, предназначенный для счета числа сигналов, поступающих с детектора, также имеет свое время разрешения τ_р. Полное время разрешения счетной системы детектор + регистратор составит τ_Σ = τ_д+ τ_р. Если бы частицы поступали на вход детектора через равные интервалы времени, то счетную систему можно было бы характеризовать максимальной скоростью счета . Однако, в силу случайного характера процессов радиоактивных превращений и взаимодействия с веществом детектора, частицы на вход счетной системы (в детектор) поступают нерегулярно и распределены случайным образом во времени. Поэтому неизбежно возникаютпросчеты, вызванные возможностью попадания в детектор частиц внутри временного интервала τ_Σ после срабатывания счетной системы от предшествующей частицы.