Реферат: Счетчики ядерного излучения
Максимальная скорость счета, т.е. наибольшее число импульсов, которые могут возникнуть в счетчике за 1 сек, очевидно, зависит от длительности так называемого “мертвого времени”, в течение которого счетчик не способен ответить импульсом на влетевшую в него частицу.
Обозначая разрешающую способность счетчика через Nмакс [имп\сек], можем её связь с мертвым временем выразить формулой: Nмакс=1/tм
Для определения полного числа частиц, попавших в счетчик, нужно внести поправки на просчет, т.е. на те незарегистрированные частицы, которые попали внутрь счетчика в течение мертвого времени: N=Nизм/1-Nизмtм
3.2.2. Эффективность счетчика.
Эффективенсть счетчика характеризует способность счетчика реагировать на то или иное излучение. Численно она равна отношению числа частиц, вызвавших импульсы, к общему числу частиц, попавших в счетчик за еденицу времени. Обычно эффективность обозначают в процентах.
3.2.3. Счетная характеристика. Плато счетчика.
Знание счетной характеристики позволяет поставить счетчик в нормальный режим работы. Обычно счетная характеристика представляет собой график зависимости числа импульсов в еденицу времени от напряжения на электродах.
На рис.4 изображена типичная счетная характеристика, видно, что при напряжениях, меньших начала счета Uн.с. , счетчик не считает. Затем с увеличением напряжения до Uн.п. (начало плато) число число регистрируемых в минуту импульсов резко возрастает при увеличении напряжения, а затем остается примерно постоянным до значения напряжения Uк.п. (конец плато). Этот горизонтальный участок Uн.п.-Uк.п. получил название плато и является рабочим участком характеристики.
3.2.4. Измерения со счетчиками.
Существует 2 основных метода измерений: относительный и абсолютный.
Сущность относительного метода состоит в сравнении количества импульсов в минуту Nх, зарегистрированных счетчиком от препарата с неизвестной активностью Ах, с количеством импульсов Nэт, зарегистрированных за 1 мин от эталонного препарата с известной активностью Аэт. Получаем формулу для определения активности препарата:
Ах=АэтNх/Nэт
Сущность абсолютного метода измерений активности сводится к определению полного числа распадов, происходящих в препарате, путем умножения измеренной скорости счета Nизм (число импульсов в минуту) на ряд поправочных коэффициентов, которые учитывают соотношения между формой и размерами счетчика, поглощение излучений во всех средах, отделяющих препарат от рабочего объема , поправку на разрешающую способность, и т.д.
A=Nизм/ωКпКсКоКрКм
Нетрудно заметить, что в таком написании обе расчетные формулы могут быть приведены к виду:
А=СiN,
где первый множитель в обеих формулах есть цена одного импульса Сi .
Т.о. , активность равна цене импульса(распад/мин), умноженной на скорость счета. Разница только в том, что в случае абсолютного метода цена импульса определяется расчетным путем.
4. НЕГАЗОРАЗРЯДНЫЕ СЧЕТЧИКИ
4.1. Кристаллические счетчики
По принципу действия наиболее близки к газоразрядным кристаллические счетчики проводящего типа. Если пространство между электродами газоразрядного прибора заполнить не газом, а кристаллическим диэлектриком или полупроводником, то при прохождении ионизирующей частицы через него появляется импульс тока.
Выделяют два типа кристаллических счетчиков, имеющих различный механизм действия: счетчики, работающие как фотосопротивления, и счетчики, работающие как фотодиоды. Можно считать, что действие ионизирующей частицы на первый тип подобно действию квантов света на фотосопротивление – при освещении ток через него увеличивается. Второй тип счетчиков представляет собой плоскостной диод из высокоомного монокристалла германия (рис.5).
Пусть со стороны n-германия попадает α-частица. В небольшом слое Δ толщиной 10-20 мк она затормозится, полностью отдав свою энергию на образование пар электрон-дырка. Дырки через запорный слой легко проходят, и возникает ток в замкнутой цепи кристалл - сопротивление R - батарея.α Так как при прохождении тока через фотодиод на внешнем сопротивлении нагрузки падает почти все напряжение источника тока, удается получить достаточно большие импульсы. Следует также отметить, что такие счетчики имеют «темновой ток», т.е. ток в отсутствии облучения, его величина достигает нескольких микроампер.
Отметим достоинства и недостатки кристаллических счетчиков.
Основными преимуществами являются:
1. Возможность регистрации сильнопроникающего жесткого излучения счетчиками малых размеров благодаря большой тормозной способности;
2. Высокие скорости счета (до 100000имп/сек) благодаря крутому фронту импульса;
3. Пропорциональность между высотой импульса и энергией частицы, что позволяет различать частицы по энергиям , как в пропорциональных счетчиках;
4. Возможность детектировать частицы и гамма-лучи с большей эффективностью, чем при использовании газоразрядных счетчиков.
Основным недостатком кристаллических счетчиков является накопление пространственного заряда, создаваемого захваченными в ловушки электронами и дырками, что приводит с течением времени к уменьшению высоты импульса и скорости счета.
4.2. Сцинтилляционные счетчики
Возникновение кратковременных вспышек света (сцинтилляций) известно давно. Счетчик имеет два основных элемента: сцинтиллятор и фотоумножитель, преобразующий эти слабые вспышки света в электрические импульсы, которые усиливаются внутри этого же фотоумножителя в миллионы раз и более.
Действие сцинтилляционного счетчика происходит следующим образом:
Частица попадает в сцинтиллятор и взаимодействуют с атомами плотной среды сцинтиллятора. При этом нек. Количество атомов вещества, составляющего сцинтиллятор, переходит в возбужденное состояние. Обратный переход атомов в нормальное состояние сопровождается импусканием света – люминисценцией. Различают два вида люминисценции – флуорисценцию и фосфоресценцию. В первом случае высвечивание атома происходит почти мгновенно, во втором – возбужденные молекулы находятся в метастабильном состоянии неопределенное время.
Достоинства сцинтилляционных счетчиков: