Детекторы ионизирующих излучений. Классификация детекторов ионизирующих излучений. Лекция 14

1. 01.04.2023

ЛЕКЦИЯ 14
Детекторы ионизирующих излучений
Байтимирова Марина Олеговна
1

2. Содержание лекции

Классификация детекторов ионизирующих излучений. Скорость
счета. Коэффициент регистрации.
Ионизационные методы. Газовые ионизационные детекторы.
Вольтамперная характеристика. Фон и разрешающее время
счетчиков. Камеры, пропорциональные счетчики, счетчики
Гейгера-Мюллера. Рабочая (счетная) характеристика
счетчиков. Области применения газовых ионизационных
детекторов. Полупроводниковые детекторы. Преимущества
и недостатки ППД, области их применения.
Сцинтилляционные детекторы. Фон и счетная характеристика
сцинтилляционных детекторов. Преимущества и недостатки
сцинтилляционных детекторов, области их применения.
2

3. Регистрация излучения

Под регистрацией излучения понимают получение качественной
и количественной информации об излучении.
Регистрацию излучения проводят при помощи детекторов.
Основу любого метода регистрации составляет взаимодействие
излучения с веществом. Различают:
ионизационные методы, которые основаны на ионизирующем
действии излучения;
сцинтилляционные методы, в основе которых лежит
способность ряда материалов превращать энергию ядерных
излучений в энергию фотонов светового излучения;
авторадиографические методы, в которых используются
химические реакции в фотоэмульсиях, протекающие под
действием излучения исследуемого образца.
3

4. Основные характеристики детекторов

Коэффициент регистрации:
Kp=IЭ/ АЭ ,
где - Kp - коэффициент регистрации, имп/Бк; IЭ, имп/с регистрируемая скорость счета эталона с активностью АЭ, Бк.
Фон счетчика обусловлен: космическим излучением,
самопроизвольными разрядами в счетчике, радиоактивными
веществами в материале счетчика, радиоактивным загрязнением
рабочих помещений и др. От уровня фона зависит предел
обнаружения
Разрешающим временем счетчика называют минимальный
промежуток времени между двумя последовательными
импульсами, которые регистрируются раздельно. Разрешающее
время определяет максимальное значение активности, которое
может быть зарегистрировано с сохранением постоянства Кр 4

5. Ионизационные детекторы

• Ионизационные детекторы
обычно представляют собой
баллоны, наполненные
газовой смесью
определенного состава.
Внутри баллона находятся
хорошо изолированные друг
от друга металлические
электроды. Такие детекторы
различаются в зависимости
от области напряжений.
5

6. Газовые счетчики

Зависимость амплитуды импульса от напряжения
6

7. Характеристики газовых детекторов

Область
выполнения
закона Ома
Область
насыщения
Область
пропорциональности
Область
Гейгера
КГУ = n общ/ n п
Тип детектора
Регистрируемое
излучение /
режим
-
1
Ионизационные / счетный,
камеры
спектральный
От 100 (для )
До 104 (для β)
Пропорциональ- , β / счетный,
ные детекторы спектральный
От 104 до 109
Счетчики
ГейгераМюллера
β, γ /счетный
7

8. Счетная характеристика газовых детекторов

I
∆I
0
C
B
UA
Ub
UP
Uc
U
Количественные характеристики: длина плато ΔU, В;
I / I
наклон плато счетной характеристики Δl: l
U
8

9. Полупроводниковые детекторы

Полупроводник
Si (Au, Ni)
Условия работы
Комнатная температура
Ge
Температура
азота
Ge (Li)
Температура
азота
Ge(Li)
ионоимплантированные
Применение
,
β,
частицы
тяжелые
жидкого γ
–
излучение,
рентгеновское
излучение
жидкого γ – излучение
β – излучение
9

10. Сцинтилляционные детекторы

В основе работы сцинтилляционного детектора лежит
способность некоторых материалов – сцинтилляторов –
преобразовывать энергию ядерных излучений в фотоны –
кванты видимого или ультрафиолетового светового
излучения.
Для повышения дефектности сцинтилляционных
кристаллов в них обычно вводят специальные добавки –
активаторы.
Для регистрации излучения чаще всего используют
монокристаллы; это гарантирует одинаковость
энергетического перехода атомов в возбужденное
состояние, что является следствием пропорциональности
между силой вспышки и энергией, потерянной частицей.
10

11. Фон и счетная характеристика сцинтилляционного счетчика

Фон
сцинтилляционного
счетчика обусловлен:
теми же факторами, что и у
газовых счетчиков;
наличием
ложных
импульсов, обусловленных
темновым током ФЭУ;
существованием
в
ряде
сцинтилляторов
явления
послесвечения.
Рабочее
напряжение
выбирают
в
условиях
максимума функции I2 / Iф
I
UФЭУ
Зависимость скорости счета
радиоактивного препарата с
фоном (1), фона (2) и теплового
11
шума (3) от напряжения на ФЭУ

12. Классификация сцинтилляторов

СЦИНТИЛЛЯТОРЫ
1.Кристаллы
1.1. Неорганические
1.2.
Органические
ZnS(Ag)
NaI(Tl)
CsI(Tl)
Антрацен
стильбен
Устойчив на
воздухе,
используется в
виде тонкого
порошка.
Наибольшая
эффективность к излучению,
эффективность к β и γ –
излучению
мала.
Сцинтилляторы
для
γ
–
излучения. Могут
быть получены в
виде
монокристаллов
больших
размеров.
Не
устойчивы
на
воздухе, требуют
изолирующих
покрытий.
Могут
быть
получены в виде
больших
монокристаллов
.
Особенно
эффективны для
β – излучения,
для
γ
–
излучения
эффективность
мала
2.
Пластмассовые
3. Жидкие
сцинтилляторы
Представляют
собой полимеры
с
введенным
веществом
сцинтиллятора.
Например,
полистирол с
р-терфинилом
(9%).
Легко
обрабатываются,
могут
применяться в
вакууме.
Представляют
собой
раствор
сцинтиллятора в
растворителе.
Препарат
вводится
непосредственно
в сцинтиллятор
в растворенном
виде или в виде
суспензии.
Возможно
регистрировать
излучение малой
активности
и
низкой энергии
( 3Н, 14С)
12

13. Выводы

ВЫВОДЫ
Рассмотрены основные типы детекторов
ионизирующих излучений.
Проанализированы их характеристики, области
применения
Приведена классификация детекторов
ионизирующих излучений
13

14. Библиографический список

Бетенеков Н.Д. Элементы радиометрии и спектрометрии
ионизирующих излучений: учебное пособие/
Н.Д.
Бетенеков, Е.И. Денисов, В.Д. Пузако. Екатеринбург: ГОУ
ВПО УГТУ-УПИ. 2007. 72 с.
Егоров Ю.В. Радиоактивность и смежные проблемы.
Физические основы радиоактивности/ Ю.В. Егоров, Н.Д.
Бетенеков, В.Д.Пузако. Учебное пособие. Екатеринбург:
УГТУ-УПИ, 2000. 130 с.
14