Методы обнаружения и регистрации ионизированных излучений.

Радиоактивные излучения не воспринимаются органами чувств. Эти излучения могут быть обнаружены (детектированы) при помощи приборов и приспособлений, работа которых основана на физико-химических эффектах, возникающих при взаимодействии излучений с веществом. В практике наиболее употребительны ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера, а также коронные и искровые счетчики. Другие методы предусматривают измерение вторичных эффектов, обусловленных ионизацией, фотографический, люминесцентный, химический, калориметрический и др.

Рисунок 17. Схема устройства газоразрядного счетчика 1 – анод, 2 – катод.

 

Газоразрядный счетчик (рис. 17) представляет собой стеклянный или металлический баллон с двумя электродами – внешним (катод) и внутренним (анод). Катодом является или металлический баллон, или проводящий слой, нанесенный на внутреннюю поверхность стеклянного баллона. Анодом служит тонкая металлическая проволока, натянутая внутри баллона вдоль его оси. Счетчик обычно наполнен специальной смесью газов под давлением 100 мм рт. ст. Когда газ внутри счетчика не ионизирован ядерными частицами, несмотря на приложенное к нему напряжение, ток между его электродами не протекает. Как только газ внутри счетчика будет ионизирован попавшими в него ядерными частицами, в цепи счетчика появится электрический ток. Источником ионизации газа могут быть гамма-, альфа- и бета-лучи, рентгеновское и ультрафиолетовое излучения. Для работы счетчика используется такой режим, при котором ток в цепи счетчика пропорционален числу ионизирующих частиц. Газоразрядный счетчик воспринимает ядерное излучение и превращает его в электрические импульсы. Эти импульсы попадают в регистрирующее устройство. Количество поступающих импульсов характеризует степень радиоактивности.

В практике применяют разнообразные типы счетчиков, которые реагируют на различные излучения. Они рассчитаны на разное рабочее напряжение, имеют различный срок службы, исчисляемый миллионами импульсов, а также разные размеры – длину и диаметр.

Счетчик Гейгера-Мюллера (газоразрядные счетчики) конструктивно мал, чем отличаются от пропорциональных счетчиков цилиндрического и торцового типов.

Счетчик Гейгера-Мюллера, газоразрядный прибор для обнаружения и исследования различного рода радиоактивных и др. ионизирующих излучений: α- и β-частиц, γ-kвантов, световых и рентгеновских квантов, частиц высокой энергии в космических лучах и на ускорителях. Гамма-кванты регистрируются счетчиком Гейгера-Мюллера по вторичным ионизирующим частицам — фотоэлектронам, комптоновским электронам, электронно-позитронным парам; нейтроны регистрируются по ядрам отдачи и продуктам ядерных реакций, возникающим в газе счётчика. Основное отличие его состоит в том, что внутренний объем счетчика Гейгера наполнен инертным газом при пониженном давлении, а работа осуществляется в области Гейгера, т.е. в режиме самостоятельного газового разряда.

Чаще всего применяют счётчики с максиально расположенными цилиндрическими электродами: внешний цилиндр – катод, тонкая нить, натянутая вдоль его оси, – анод (рис. 18). Электроды заключены в герметически замкнутый резервуар, наполненный каким-либо газом до давления 13-26 кн/м² (100-200 мм pm. ст.). К электродам счётчика прикладывается напряжение в несколько сот в. На нить подаётся знак + через сопротивление R (рис. 19).

Рисунок 18. Схема стеклянного счётчика Гейгера-Мюллера:

1 – герметически запаянная стеклянная трубка; 2 – катод

(тонкий слой меди на трубке из нержавеющей стали);

3 – вывод катода; 4 – анод (тонкая натянутая нить).

Рисунок 19. Схема включения счётчика Гейгера-Мюллера.

При попадании в счётчик ионизирующей частицы в газе образуются свободные электроны, которые движутся к положительно заряженной нити. Вблизи нити напряжённость электрического поля велика и электроны ускоряются настолько, что начинают, в свою очередь, ионизовать газ.

Счетчики Гейгера-Мюллера применяются для регистрации всех видов излучений, но чаще для бета- и гамма излучений. Счетчики для регистрации гамма излучения имеют некоторую особенность в конструкции. Регистрация гамма-излучения возможна в результате выбивания вторичных электронов из катода счетчика на основе известных трех механизмов воздействия этого излучения с веществом: фотоэффекта, комптонэффекта, образования электронно-позитронных пар.

Вторичные электроны (фотоэлектроны, электроны отдачи, электронно-позитронные пары), попадая в чувствительный объем счетчика, вызывают газовый разряд (ударную ионизацию), который и регистрируется радиометрическим устройством. В силу того что γ-кванты слабо поглощаются веществом, эффективность гамма - счетчиков очень мала и не превышает 1%.. Для повышения эффективности счета γ -квантов стенки гамма-счетчиков делают из материалов с большим атомным номером и более толстыми (с учетом величины максимального пробега вторичных электронов в данном веществе). Промышленные гамма-счетчики, как правило, цилиндрические и имеют стеклянные стенки. Катодом у них служит напыленный на внутреннюю поверхность стекла слой графита, меди, никеля или вольфрама. Наполнитель-смесь аргона и паров спирта. В практической работе применяют счетчики: ГС, МС-4, МС-6, МС-17, ВС-7, ВС-9 и др., длина и диаметр которых варьируют в широких пределах - от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.

Отдельную группу составляют так называемые галогенные счетчики, у которых в качестве гасящего компонента применяют галоиды. Преимущество галогенных счетчиков состоит в том, что срок их службы практически не ограничен, так как «гашение» разряда не связано с диссоциацией молекул галоида. Однако галогенные счетчики имеют и существенный недостаток – короткое плато счетной характеристики (>80 В) с большим наклоном (12-15% на 100 В). Это ограничивает применение галогенных счетчиков для точных измерений радиоактивных образцов.

В настоящее время промышленность выпускает несколько типов галогенных счетчиков: СИ-1Г, СИ-1БГ, СИ-ЗБГ, СБТ-7 и др.