Газоионизационные детекторы — это приборы обнаружения радиации, используемые в физике элементарных частиц для обнаружения присутствия ионизирующих частиц, а также в системах радиационной защиты для измерения ионизирующего излучения .
Они используют ионизирующее воздействие излучения на заполненный газом датчик. Если частица имеет достаточно энергии, чтобы ионизировать атом или молекулу газа , полученные электроны и ионы вызывают ток, который можно измерить.
Газовые ионизационные детекторы образуют 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 прибору. Сопроводительный график показывает изменение генерации ионных пар при изменении приложенного напряжения для постоянного падающего излучения. Существует три основных практических рабочих области, одну из которых использует каждый тип.
Три основных типа газоионизационных детекторов: 1) ионизационные камеры , 2) пропорциональные счетчики и 3) счетчики Гейгера-Мюллера .
Все они имеют одинаковую базовую конструкцию из двух электродов, разделенных воздухом или специальным заполняющим газом, но каждый использует свой метод для измерения общего числа собранных ионных пар. [1] Сила электрического поля между электродами, а также тип и давление заполняющего газа определяют реакцию детектора на ионизирующее излучение .
Ионизационные камеры работают при низкой напряженности электрического поля, выбранной таким образом, чтобы не происходило размножения газа. Ионный ток генерируется путем создания «ионных пар», состоящих из иона и электрона. Ионы дрейфуют к катоду, в то время как свободные электроны дрейфуют к аноду под воздействием электрического поля. Этот ток не зависит от приложенного напряжения, если устройство работает в «области ионной камеры». Ионные камеры предпочтительны для высоких мощностей дозы радиации, поскольку у них нет «мертвого времени»; явления, которое влияет на точность трубки Гейгера-Мюллера при высоких мощностях дозы.
Преимуществами являются хорошая равномерная реакция на гамма-излучение и точное считывание общей дозы, возможность измерения очень высоких уровней радиации, а также то, что устойчиво высокие уровни радиации не ухудшают свойства заполняющего газа.
Недостатками являются: 1) низкая выходная мощность, требующая сложной схемы электрометра, и 2) работа и точность легко ухудшаются под воздействием влаги. [3]
Пропорциональные счетчики работают при немного более высоком напряжении, выбранном таким образом, чтобы генерировались дискретные лавины . Каждая пара ионов производит одну лавину, так что генерируется выходной импульс тока, пропорциональный энергии, вложенной излучением. Это находится в области «пропорционального счета». [2] Термин «газовый пропорциональный детектор» (GPD) обычно используется в радиометрической практике, и свойство обнаруживать энергию частиц особенно полезно при использовании плоских решеток большой площади для обнаружения и дискриминации альфа- и бета-частиц, например, в установленном оборудовании для мониторинга персонала.
Проволочная камера представляет собой многоэлектродную форму пропорционального счетчика, используемого в качестве исследовательского инструмента.
Преимуществами являются возможность измерения энергии излучения и предоставления спектрографической информации, различения альфа- и бета-частиц, а также возможность создания детекторов большой площади.
Недостатками являются то, что анодные провода являются хрупкими и могут терять эффективность в детекторах расхода газа из-за отложений, на эффективность и работу влияет попадание кислорода в заполняющий газ, а измерительные окна легко повреждаются в детекторах большой площади.
Газовые детекторы с микрошаблонами (MPGD) — это газообразные детекторы с высокой степенью детекции и субмиллиметровыми расстояниями между анодными и катодными электродами. Основные преимущества этих микроэлектронных структур по сравнению с традиционными проволочными камерами включают: возможность счета, временное и позиционное разрешение, гранулярность, стабильность и радиационную стойкость. [4] Примерами MPGD являются микрополосковая газовая камера, газовый электронный умножитель и микромегасный детектор .
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 при излучении УФ-фотонов создаются множественные лавины, которые распространяются вдоль анодной проволоки, а прилегающий объем газа ионизируется всего лишь от одного события ионной пары. Это «область Гейгера» работы. [2] Импульсы тока, создаваемые событиями ионизации, передаются в обрабатывающую электронику, которая может выводить визуальное отображение скорости счета или дозы облучения, и обычно в случае ручных приборов — на звуковое устройство, производящее щелчки.
Преимуществами являются то, что это дешевый и надежный детектор с большим разнообразием размеров и областей применения, большой выходной сигнал, создаваемый трубкой, требующий минимальной электронной обработки для простого подсчета, и возможность измерения общей дозы гамма-излучения при использовании трубки с энергетической компенсацией.
Недостатками являются то, что он не может измерять энергию излучения (отсутствует спектрографическая информация), не может измерять высокие уровни излучения из-за мертвого времени, а устойчиво высокие уровни излучения ухудшают качество заполняющего газа.
Исполнительный комитет по охране труда и технике безопасности Великобритании выпустил руководство по выбору правильного портативного прибора для соответствующего применения. [5] Оно охватывает все технологии радиационных приборов и полезно для выбора правильной технологии газоионизационного детектора для измерительного приложения.
Дымовые извещатели ионизационного типа — это газообразные ионизационные извещатели, которые широко используются. Небольшой источник радиоактивного америция размещается так, чтобы поддерживать ток между двумя пластинами, которые фактически образуют ионизационную камеру. Если дым попадает между пластинами, где происходит ионизация, ионизированный газ может быть нейтрализован, что приводит к уменьшению тока. Уменьшение тока вызывает срабатывание пожарной сигнализации.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )