Методы регистрации ионизирующего излучения

П рибор для регистрации любого вида ионизирующего излучения состоит из детектора и измерительной аппаратуры (рис. 2).

Рис. 2. 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.

Основной характеристикой детектора является эффективность регистрации излучения, равная отношению энергии, поглощенной в чувствительном объеме, к энергии излучения, проходящей через этот объем. Кроме эффективности, измерительная аппаратура характеризуется чувствительностью регистрации, определяемой минимальным уровнем регистрируемого сигнала детектора. Попытки увеличить чувствительность измерительной аппаратуры приводят к увеличению ее габаритов и массы. Чтобы избежать этого, конструкторы приборов стремятся использовать такие детекторы, которые обладают физическим или химическим механизмом усиления первичного эффекта (газовый разряд в счетчике, вторичная электронная эмиссия в сцинтилляционном блоке детектирования и т.п.).

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.

При 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) и газоразрядных счетчиках.

Рис. 3. Сечение цилиндрической ионизационной камеры:

1 – цилиндрический корпус камеры, служащий отрицательным электродом; 2 – цилиндрический стержень, служащий положительным электродом; 3 – изоляторы