3.3. Приемники излучения

В качестве приемников рентгеновского излучения могут быть использованы фотоматериалы и счетчики рентгеновских квантов: ионизационные и сцинтилляционные. Эти же счетчики применяют для регистрации радиоактивного излучения.

В рентгеноспектральном анализе используют специальные рентгеновские пленки, часто двуслойные. Для повышения чувст­вительности к рентгеновскому излучению в фотоэмульсию рент­геновских пленок вводят повышенное по сравнению с обычными фотопластинками содержание бромида серебра.

Ионизационные счетчики. Схема ионизационного счетчика представлена на рис. 5. Счетчик представляет собой устройство из двух электродов: цилиндрического катода и анода в виде ме­таллической нити, натянутой вдоль оси цилиндра. Пространство в трубке между электродами заполнено газом (например, арго­ном) при пониженном давлении. В зависимости от режима рабо­ты это устройство может быть ионизационной камерой, пропор­циональным счетчиком или счетчиком Гейгера — Мюллера.

Действие счетчика основано на ионизации газообразного на­полнителя. При небольшом напряжении ток через счетчик не идет (рис. 6). Под действием рентгеновского излучения атом аргона ионизирует,

Ar + hv = Аr⁺ +e^-

а образовавшийся электрон при столкновении вызывает иониза­цию других атомов аргона. Под действием приложенного напря­жения ионы Аг⁺ будут двигаться к катоду, а электроны — к ано­ду. Однако при небольшом напряжении скорость движения неве­лика, и значительная часть ионов успевает рекомбинировать до достижения электродов. Повышение напряжения примерно до V₁ (рис. 6) приводит к увеличению скорости ионов и уменьше­нию вероятности рекомбинации. При V₁ наступает «насыщение». Дальнейшее увеличение напряжения уже не вызывает увеличе­ния силы тока. При этом напряжении все образовавшиеся ионы доходят до электродов, и рекомбинация практически не происхо­дит. Очевидно, при напряжениях V < V₁ прибор для измерения интенсивности рентгеновского излучения использован быть не мо­жет. В области напряжений от V₁ до V₂, т. е. в области насыще­ния, прибор работает в режиме ионизационной камеры. Иониза­ционная камера служит для измерения рентгеновского излучения сравнительно большой интенсивности (вызывающей 10⁵...10⁶ им­пульсов в минуту).

Рис. 5. Ионизационный счетчик: 1 — стеклянная колба, 2 — катод, 3 — анодная нить, 4 — источник высокого на­пряжения

Рис. 6. Зависимость им­пульса от напряжения

Возрастание напряжения на электродах счетчика приводит к увеличению скорости электронов, что вызывает ударную ионизацию. Происходит «газовое усиление» и ла­винообразное увеличение числа ионов. Амплитуда импульса (скачок потенциала) в этих условиях меняется пропорционально энергии фотона и составляет 10^-4...10^-2 В. Прибор, работающий ^в этой области, называется пропорциональным счетчиком. Об­ласть напряжений от V₃ до V₄ называют областью ограни­ченной пропорциональности. В этом интервале ионизационные приборы не используются.

В области от V₄ до V₅ попадание в счетчик фотона вызывает лавинообразную ионизацию, не зависящую от энергии фотона. Это гейгеровская область. Прибор, работающий в этом режиме, называют счетчиком Гейгера — Мюлл ер а.

Сцинтилляционный счетчик. Действие сцинтилляционных счетчиков основано на измерении сцинтилляций — световых вспышек, появляющихся в сцинтилляторе под действием рент­геновского излучения (рис. 7). В качестве сцинтилляторов используют вещества, молекулы которых под действием рентге­новского излучения возбуждаются и, переходя в нормальное сос­тояние, дают вспышку света, которая фиксируется фотоэлектрон­ным умножителем (ФЭУ). Сцинтилляторами могут быть, напри­мер, Nal, ZnS, антрацен и многие другие вещества.

Большой интерес к сцинтилляционным счетчикам вызван их более высокой чувствительностью ко всем видам излучений по сравнению с ионизационными, их большой разрешающей способ­ностью (до 10~⁹ с), так как у них нет «мертвого» времени. Кроме того, сцинтилляционные счетчики позволяют измерять энергию излучения.

Рис. 7. Сцинтилляционный счетчик:

1 — сцинтиллятор, 2 — фотокатод, 3 — фотоэлектронный умножитель, 4, 5, 6, 8, 9, 10 — эмиттеры, 7 — анод

Другие приемники рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение можно регистрировать также непосредственно фото­электронными умножителями (ФЭУ) и фотоэлементами, с по­мощью кристаллического счетчика и калориметрическим мето­дом. Некоторые металлы и сплавы (например, тантал, сплав ме­ди с бериллием и др.) после специального поверхностного акти­вирования могут быть использованы в качестве катодов ФЭУ для прямого измерения интенсивности рентгеновского излучения. У ФЭУ такого типа окошко открыто, что имеет особую ценность при работе в области мягкого рентгеновского излучения.

Чувствительность обычных фотоэлементов (например, селено­вых) к рентгеновскому излучению примерно в 1000 раз меньше, чем к излучению в видимом участке спектра. Для повышения чувствительности поверхность фотоэлемента покрывают соста­вом, способным люминесцировать под действием рентгеновского излучения. Устройства такого типа с успехом применяют в анали­тической практике.

Кристаллическим счетчиком называют полупроводниковый монокристалл типа, например, CdS, который при освещении рентгеновским излучением обнаруживает значительное уменьшение сопротивления. Эти счетчики весьма перспективны, так как обла­дают чувствительностью ионизационных, но не требуют для пита­ния стабилизированного высокого напряжения.