Детектори іонізуючих випромінювань, дозиметричні і радіометричні прилади

1. Збуджена молекула випускає фотон, який вириває з катода електрон і утворюється нова лавина. Для цього потрібен час порядку  .

2. Збуджена молекула підходить на віддаль   від катода і тоді вона може безпосередньо вирвати електрон, який народить нову лавину. Для цього потрібен час  .

3. Збуджена молекула дисоціює (розвалюється) під дією енергії збудження і електрони з катода не вириваються, нових лавин не утворюється. Для цього потрібен час  .

Остання можливість має найменший час реалізації, тому вона фактично реалізується. Коли нейтралізуються біля катода позитивні іони аргону, то зняття збудження атома аргону може відбутися тільки першими двома способами, тобто завжди з катода буде вириватись електрон і утворюватись нова лавина.

Самогасний лічильник має обмежений термін служби, оскільки при кожному імпульсі в лічильнику дисоціює   молекул спирту. В лічильниках середніх розмірів мається біля   молекул спирту, тому лічильник наповнений сумішшю аргону і спирту витримує біля   імпульсів.

Залежність числа імпульсів лічильника при постійному рівні опромінення від напруги на лічильнику називається лічильною характеристикою. Така характеристика має вигляд, представлений на рис.5. Лічильна характеристика для самогасного лічильника має майже горизонтальну дільницю ( ) на протязі 100 – 200В. Така горизонтальна дільниця називається плато. Початкова 

дільниця цієї характеристики (від   до  ) має різкий підйом, який обумовлений залежністю амплітуди імпульсу від перенапруги на лічильнику ( , де  – напруга запалювання). Невеликий нахил плато лічильної характеристики пояснюється крайовими ефектами. Поле поблизу кінців лічильника не має різкої межі і зі збільшенням   збільшується ефективний об’єм лічильника. Крім того, підйом плато лічильної характеристики пояснюється також виникненням 

так званих фальшивих імпульсів. Фальшиві імпульси в самогасному лічильнику виникають, в основному, за рахунок порушення механізму гасіння розряду. Ці порушення відбуваються, наприклад, тоді, коли іон основного газу, зтикаючись з молекулами гасячого газу, випадково уникає нейтралізації. Іони гасячого газу при нейтралізації на катоді можуть утворити вільний електрон, якщо, наприклад, збуджена після деіонізації молекули висвітить фотон, а не дисоціює. Чим більше утворюється в розряді іонів, тим більша ймовірність утворення таких фальшивих імпульсів. Тому зі збільшенням напруги число фальшивих імпульсів зростає, а починаючи з деякої напруги, кожна частинка, яка потрапила в лічильник, викликає багатоступінчастий розряд і створює пачку імпульсів. В хороших лічильниках нахил плато невеликий і складає декілька процентів на 100В.

Після кожного розряду лічильник деякий час залишається нечутливим до іонізуючих частинок. В кінці формування лавин, поки позитивні іони рухаються до катода, газове підсилення відсутнє. По мірі руху іонів до катода електричне поле біля анода збільшується і, коли вони досягають катода, поблизу анода можливий розвиток нового розряду. Час від початку попереднього розряду до моменту, коли можливий наступний розряд, називається мертвим часом лічильника. Поки не розсмоктався повністю заряд позитивних іонів, імпульси від іонізуючих частинок, які попали в лічильник в цей час, реєструються, але мають 

менші значення, оскільки газове підсилення майже відсутнє. Цей час називається часом відновлення лічильника. Час руху іонів для типових лічильників є величина, близька до 200мкс. Осцилограми імпульсів показані на рис.6 (суцільною лінією показаний основний імпульс, пунктиром – пізніші імпульси).

Для реєстрації заряджених частинок лічильники повинні мати тонкі стінки або спеціальні тонкостінні вікна, щоб вони могли проникнути всередину лічильника.

Для реєстрації фотонів застосовують лічильники з товстими стінками (приблизно 1мм). Рідше використовують лічильники зі спеціальними металіч-ними катодами. Реєстрація фотона, який потрапив всередину лічильника, відбувається в тому випадку, якщо в результаті взаємодії з’являється електрон, який досягає чутливого об’єму лічильника. Найбільша кількість електронів народжується в стінках лічильника. В залежності від товщини стінок і енергії фотона змінюється число електронів, які потрапляють в чутливий об’єм лічильника.

Газорозрядні лічильники реєструють і нейтрони. Їх реєстрація відбувається в результаті пружного розсіювання нейтронів на ядрах газу, що заповнює лічильник. В результаті такого розсіювання ядро отримує деяку енергію і, рухаючись у газі, здійснює іонізацію. При радіаційному захопленні нейтронів ядрами можуть випромінюватись й реєструватись гама-фотони. Нейтрони низьких енергій (<100кеВ) в лічильнику з парами спирту будуть пружно розсіюватись на ядрах водню, що викличе іонізацію. Таким чином, газові лічильники придатні для реєстрації всіх іонізуючих випромінювань.

 

 

Властивості детектора можна достатньо повно описати за допомогою функції відгуку G(E, V), яка являє собою густину ймовірності виникнення в детекторі сиг-налу з амплітудою V, якщо в детектор попадає іонізуюча частинка з енергією Е

 ,                                              (5.9.)

де  – імовірність того, що при попаданні в чутливий об’єм детектора частинки з енергією від Е до   виникає сигнал з амплітудою від V до  .

Функція відгуку дозволяє визначити ефективність детектора. Ефективність є відношення кількості сигналів, що видає детектор, до кількості частинок іонізуючих випромінювань, які попали в чутливий об’єм детектора

 ,