Ионизационные методы детектирования

Группа ионизационных методов основана на разделении положительных и отрицательных зарядов, образующихся в результате ионизации среды под действием излучения. Эта группа методов получила самое массовое распространение.

Самым простым устройством этого типа является ионизационная камера. Она представляет собой воздушный конденсатор, состоящий из двух металлических пластин, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, к которым приложена разность потенциалов. В сеть включен гальванометр. В отсутствии радиации тока в цепи не будет, поскольку воздух является изолятором. Радиоактивные частицы, попав внутрь конденсатора, ионизируют воздух, превращая его в проводник электричества. Сила тока измеряется гальванометром. По силе тока определяется интенсивность излучения. Между силой тока (J) и количеством образовавшихся пар ионов (N), существует прямая зависимость: J = N • е, где е - заряд иона. В зависимости от типа излучения ионизационные камеры имеют те или иные особенности.

Газоразрядный счетчик представляет собой тонкостенный металлический цилиндр, выполняющий функцию катода. Внутри этого цилиндра по его геометрической оси натянута изолированная от корпуса металлическая нить, выполняющая функцию анода. Внутренняя полость цилиндра герметична и заполнена смесью газов специально подобранного состава (газовая смесь из аргона и спирта с добавкой галоидов).

На корпус и нить подается высокое напряжение. При попадании внутрь баллона бета-частиц или электронов, выбитых из стенок счетчика гамма-лучами, происходит ионизация газа. Это создает положительно заряженные ионы и электроны, которые под действием электрического поля начинают двигаться: электроны - к нити, ионы - к корпусу. В процессе этого движения электроны, разогнанные электрическим полем, приобретают энергию, достаточную для ионизации молекул газа, попадающихся им на пути. Это приводит к образованию новых электронов, которые также разгоняются и ионизируют другие молекулы. Возникает лавинообразный рост числа электронов, стремящихся на анод. При достижении ими анода происходит резкий скачок силы тока в электрической цепи, элементом которой является газоразрядная камера. Эти скачки, то есть электрические импульсы, фиксируются и обрабатываются электронными приборами, а затем поступают пользователю в виде результата измерения.

Таким образом, любой газоразрядный измерительный прибор имеет три функциональные части: газоразрядный детектор, источник высокого напряжения и так называемое пересчетное устройство (анализатор электрических импульсов).

В зависимости от величины приложенного к счетчику напряжения возможны два основных режима его работы: пропорциональный и режим Гейгера-Мюллера. Если приложенное напряжение сравнительно невысоко, то число электронов, достигающих анода, пропорционально числу электронов, непосредственно образованных ионизирующей частицей. Соответственно, амплитуда электрического импульса, образованного электронами, достигшими анода, и его форма зависят от первичных процессов ионизации. Такой режим работы счетчика называют пропорциональным, или, проще - такой счетчик называют пропорциональным счетчиком.

Если приложенное напряжение достаточно высоко, то даже небольшое число электронов, образованных непосредственно ионизирующей частицей, приводит к практически полной ионизации всего газового объема счетчика. В этом случае независимо от энергии бета-частицы или гамма-кванта амплитуда электрического импульса, генерируемая счетчиком, одинакова (а именно - максимальна). Такой режим работы счетчика называют режимом Гейгера-Мюллера, или проще - такой счетчик называют счетчиком Гейгера-Мюллера.

И тот, и другой режим имеют свои достоинства и недостатки. Пропорциональный счетчик дает возможность судить не только о факте попадания в детектор частицы, но и о ее характере. С другой стороны, из-за сравнительно низкого напряжения на электродах высока вероятность того, что частица, попавшая в рабочий объем счетчика, вообще не будет зарегистрирована - электроны, рожденные ею, не получат достаточной энергии от электрического поля для того, чтобы создать лавину. Для счетчика Гейгера-Мюллера, где напряжение на электродах высоко, такая вероятность сведена к минимуму, но «плата» за это - отсутствие информации о свойствах частицы.

Счетчик Гейгера -Мюллера - весьма чувствительное устройство, позволяющее регистоировать каждую заряженную частицу или гамма-квант.