Детектор газовой ионизации - Gaseous ionization detector

График изменения тока ионной пары от приложенного напряжения для детектора газового излучения с проволочным цилиндром.

Детекторы газовой ионизации используются ли приборы обнаружения радиации в физика элементарных частиц для обнаружения присутствия ионизирующих частиц, а в радиационная защита приложения для измерения ионизирующего излучения.

Они используют ионизирующее воздействие излучения на датчик, заполненный газом. Если у частицы достаточно энергии, чтобы ионизировать а газ атом или молекула, в результате электроны и ионы вызвать протекание тока, 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. На прилагаемом графике показано изменение генерации ионных пар при изменении приложенного напряжения для постоянного падающего излучения. Существует три основных практических рабочих региона, по одной из которых использует каждый тип.

Типы

Семейства детекторов ионизирующего излучения

Три основных типа газовых ионизационных детекторов: 1) ионизационные камеры, 2) пропорциональные счетчики, и 3) Трубки Гейгера-Мюллера

Все они имеют одинаковую базовую конструкцию из двух электроды разделены воздухом или специальным наполняющим газом, но каждый из них использует свой метод измерения общего количества собираемых ионных пар.[1] Сила электрическое поле между электродами, тип и давление наполняющего газа определяют реакцию детектора на ионизирующего излучения.

Ионизационная камера

Принципиальная схема ионной камеры, показывающая дрейф ионов. Электроны обычно дрейфуют в 1000 раз быстрее, чем положительные ионы, из-за их гораздо меньшей массы.[2]

Ионизационные камеры работают при низкой напряженности электрического поля, выбранной таким образом, чтобы не происходило газового размножения. Ионный ток создается за счет создания «ионных пар», состоящих из иона и электрона. Ионы дрейфуют к катоду, а свободные электроны дрейфуют к аноду под действием электрического поля. Этот ток не зависит от приложенного напряжения, если устройство работает в «области ионной камеры». Ионные камеры предпочтительны для высоких мощностей доз радиации, потому что 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 точное считывание общей дозы, способное измерять очень высокие уровни излучения, устойчивые высокие уровни излучения не ухудшают наполняющий газ.

Недостатки: 1) низкая мощность, требующая сложной схемы электрометра, и 2) работа и точность, которые легко зависят от влажности.[3]

Пропорциональный счетчик

Генерация дискретных таунсендских лавин в пропорциональном счетчике.

Пропорциональные счетчики работают при немного более высоком напряжении, выбранном таким, чтобы дискретный лавины генерируются. Каждая ионная пара производит одиночную 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.

В проволочная камера представляет собой многоэлектродный пропорциональный счетчик, используемый в качестве инструмента исследования.

Преимущества заключаются в возможности 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 являются хрупкими и могут терять эффективность в детекторах потока газа из-за осаждения, эффективности и работы, на которые влияет проникновение кислорода в заполняющий газ, и измерительные окна, которые легко повредить в детекторах большой площади.

Детекторы газообразных микрорельефов (MPGD) - это газовые детекторы с высокой степенью детализации с субмиллиметровыми расстояниями между анодным и катодным электродами. Основными преимуществами этих микроэлектронных структур перед традиционными проволочными камерами являются: возможность скорости счета, разрешение по времени и положению, зернистость, стабильность и радиационная стойкость.[4] Примеры MPGD: микрополосковая газовая камера, то газовый электронный умножитель и детектор микромегаз.

Трубка Гейгера-Мюллера

Визуализация распространения таунсендских лавин с помощью УФ-фотонов

Трубки Гейгера-Мюллера являются основными компонентами Счетчики Гейгера. Они работают при еще более высоком напряжении, выбранном таким образом, что каждая ионная пара создает лавину, но из-за испускания УФ-фотонов создаются множественные лавины, которые распространяются по анодному проводу, и прилегающий газовый объем ионизируется от всего лишь одного иона. парное событие. Это «зона Гейгера» операции.[2] Импульсы тока, создаваемые ионизирующими событиями, передаются на обрабатывающую электронику, которая может визуально отображать скорость счета или дозу излучения и, как правило, в случае ручных инструментов, звуковое устройство, производящее щелчки.

Преимущества заключаются в том, что это дешевый и надежный детектор с большим разнообразием размеров и применений, большой выходной сигнал выдается из трубки, которая требует минимальной электронной обработки для простого подсчета, и он 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 будет измерять высокие уровни излучения из-за мертвого времени, а устойчивые высокие уровни излучения ухудшат заполняющий газ.

Руководство по использованию типа детектора

Великобритания Руководитель по охране труда и технике безопасности выпустила инструкцию по выбору портативного прибора для конкретного применения.[5] Это охватывает все технологии радиационных приборов и полезно при выборе правильной технологии детектора газовой ионизации для измерительного приложения.

Повседневное использование

Ионизационного типа детекторы дыма газовые ионизационные детекторы широко используются. Небольшой источник радиоактивного америций расположен так, чтобы поддерживать ток между двумя пластинами, которые эффективно образуют ионизационную камеру. Если дым попадет между пластинами, где происходит ионизация, ионизированный газ может быть нейтрализован, что приведет к уменьшению тока. Снижение тока вызывает пожарную тревогу.

Смотрите также

Рекомендации

  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. CRC, 2007. 202-222. Распечатать.
  2. ^ а б c 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. Bibcode:2007perd.book ..... A. ISBN  978-0-12-045581-2.
  4. ^ Пинто, С. (2010). «Микрообразцы технологий и приложений газовых детекторов, работа коллаборации RD51». Запись конференции IEEE Nuclear Science Symposium 2010 г.. arXiv:1011.5529.
  5. ^ http://www.hse.gov.uk/pubns/irp7.pdf