Детектор газовой ионизации

Детекторы газовой ионизации — это инструменты обнаружения радиации, используемые в физике элементарных частиц для обнаружения присутствия ионизирующих частиц, а также в радиационной защиты приложениях для измерения ионизирующего излучения .

Они используют ионизирующее воздействие излучения на газонаполненный датчик. Если у частицы достаточно энергии, чтобы ионизировать атом или молекулу газа , образующиеся электроны и ионы вызывают ток, который можно измерить.

Детекторы газовой ионизации составляют важную группу приборов, используемых для обнаружения и измерения радиации. В этой статье дается краткий обзор основных типов, а более подробную информацию можно найти в статьях по каждому инструменту. Прилагаемый график показывает изменение генерации ионных пар при изменении приложенного напряжения при постоянном падающем излучении. Существует три основных практических рабочих региона, по одному для каждого типа.

Типы

Три основных типа газообразных ионизационных детекторов: 1) ионизационные камеры , 2) пропорциональные счетчики и 3) трубки Гейгера – Мюллера .

Все они имеют одинаковую базовую конструкцию: два электрода, разделенные воздухом или специальным наполняющим газом, но каждый использует свой метод измерения общего количества собранных ионных пар. ^[1] Сила электрического поля между электродами, а также тип и давление наполняющего газа определяют реакцию детектора на ионизирующее излучение .

Ионизационная камера

Ионизационные камеры работают при низкой напряженности электрического поля, выбранной таким образом, чтобы не происходило размножения газа. Ионный ток генерируется за счет создания «ионных пар», состоящих из иона и электрона. Ионы дрейфуют к катоду, а свободные электроны – к аноду под действием электрического поля. Этот ток не зависит от приложенного напряжения, если устройство работает в «области ионной камеры». Ионные камеры предпочтительны при высоких мощностях дозы радиации, поскольку у них нет «мертвого времени»; явление, которое влияет на точность трубки Гейгера-Мюллера при высоких мощностях дозы.

Преимуществами являются хорошая равномерная реакция на гамма-излучение и точные показания общей дозы, возможность измерения очень высоких мощностей радиации, устойчиво высокие уровни радиации не ухудшают качество заполняющего газа.

Недостатками являются 1) низкая выходная мощность, требующая сложной схемы электрометра, и 2) работа и точность, легко подверженные влиянию влаги. ^[3]

Пропорциональный счетчик

Пропорциональные счетчики работают при несколько более высоком напряжении, выбранном таким образом, чтобы дискретные лавины генерировались . Каждая ионная пара создает одну лавину, так что генерируется импульс выходного тока, пропорциональный энергии, выделяемой излучением. Это в области «пропорционального счета». ^[2] Термин «газовый пропорциональный детектор» (GPD) обычно используется в радиометрической практике, и свойство способности обнаруживать энергию частиц особенно полезно при использовании плоских решеток большой площади для обнаружения и распознавания альфа- и бета-частиц, например, у установленного персонала. оборудование для мониторинга.

Проволочная камера представляет собой многоэлектродный пропорциональный счетчик, используемый в качестве исследовательского инструмента.

Преимуществами являются способность измерять энергию излучения и предоставлять спектрографическую информацию, различать альфа- и бета-частицы, а также возможность создания детекторов большой площади.

Недостатки заключаются в том, что анодные провода хрупкие и могут потерять эффективность в детекторах потока газа из-за отложений, на эффективность и работу влияет попадание кислорода в заполняющий газ, а также легко повредить измерительные окна в детекторах большой площади.

Газовые детекторы с микроструктурой (MPGD) представляют собой газовые детекторы с высокой степенью детализации и расстояниями менее миллиметра между анодным и катодным электродами. К основным преимуществам этих микроэлектронных структур по сравнению с традиционными проволочными камерами относятся: скорость счета, разрешение по времени и положению, зернистость, стабильность и радиационная стойкость. ^[4] Примерами МПГД являются микрополосковая газовая камера , газовый умножитель электронов и детектор микромегас .

Трубка Гейгера – Мюллера

Трубки Гейгера-Мюллера являются основными компонентами счетчиков Гейгера . Они работают при еще более высоком напряжении, выбранном таким образом, что каждая ионная пара создает лавину, но за счет излучения УФ-фотонов создается множество лавин, которые распространяются вдоль анодной проволоки, и прилегающий объем газа ионизируется всего лишь из одного иона. парное мероприятие. Это «область Гейгера». ^[2] Импульсы тока, создаваемые в результате ионизирующих событий, передаются обрабатывающей электронике, которая может визуально отображать скорость счета или дозу радиации, а также, как правило, в случае ручных инструментов, аудиоустройство, издающее щелчки.

Преимущества заключаются в том, что это дешевый и надежный детектор с большим разнообразием размеров и применений, большой выходной сигнал генерируется трубкой, которая требует минимальной электронной обработки для простого подсчета, и может измерять общую дозу гамма-излучения при использовании трубки с компенсацией энергии. .

Недостатки заключаются в том, что он не может измерить энергию излучения (нет спектрографической информации), он не позволяет измерять высокие скорости излучения из-за мертвого времени, а устойчиво высокие уровни излучения приводят к ухудшению качества заполняющего газа.

Руководство по использованию типа детектора

Великобритании Управление здравоохранения и безопасности выпустило руководство по выбору портативного прибора, подходящего для конкретного применения. ^[5] Он охватывает все технологии радиационных приборов и полезен при выборе правильной технологии детектора газовой ионизации для измерительного применения.

Ежедневное использование

ионизационного типа Детекторы дыма представляют собой широко используемые газообразные ионизационные детекторы. Небольшой источник радиоактивного америция размещается так, чтобы поддерживать ток между двумя пластинами, которые эффективно образуют ионизационную камеру. Если дым попадает между пластинами, где происходит ионизация, ионизированный газ может нейтрализоваться, что приведет к уменьшению тока. Уменьшение тока вызывает срабатывание пожарной сигнализации.

См. также

Останавливающая способность радиационных частиц

Ссылки

^ МакГрегор, Дуглас С. «Глава 8 - Обнаружение и измерение радиации». Основы ядерной науки и техники, второе издание. Дж. Кеннет Шултис и Ричард Э. Фау. 2-е изд. КПР, 2007. 202–222. Распечатать.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Гленн Ф. Нолл, Обнаружение и измерение радиации , Джон Уайли и сын, 2000 г. ISBN 0-471-07338-5
^ Ахмед, Сайед (2007). Физика и техника обнаружения радиации . Эльзевир. п. 182. Бибкод : 2007perd.book.....А . ISBN 978-0-12-045581-2 .
^ Пинто, SD (2010). «Технологии и приложения микроструктурных детекторов газа - работа коллаборации РД51». Симпозиум IEEE по ядерным наукам и конференция по медицинской визуализации . стр. 802–807. arXiv : 1011.5529 . дои : 10.1109/NSSMIC.2010.5873870 . ISBN 978-1-4244-9106-3 . S2CID 23430420 .
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 марта 2020 г. Проверено 26 июля 2012 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[1] МакГрегор, Дуглас С. «Глава 8 - Обнаружение и измерение радиации». Основы ядерной науки и техники, второе издание. Дж. Кеннет Шултис и Ричард Э. Фау. 2-е изд. КПР, 2007. 202–222. Распечатать.

[knoll-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Гленн Ф. Нолл, Обнаружение и измерение радиации , Джон Уайли и сын, 2000 г. ISBN 0-471-07338-5

[3] Ахмед, Сайед (2007). Физика и техника обнаружения радиации . Эльзевир. п. 182. Бибкод : 2007perd.book.....А . ISBN 978-0-12-045581-2 .

[rd51-4] Пинто, SD (2010). «Технологии и приложения микроструктурных детекторов газа - работа коллаборации РД51». Симпозиум IEEE по ядерным наукам и конференция по медицинской визуализации . стр. 802–807. arXiv : 1011.5529 . дои : 10.1109/NSSMIC.2010.5873870 . ISBN 978-1-4244-9106-3 . S2CID 23430420 .

[5] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 марта 2020 г. Проверено 26 июля 2012 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]