Οι ανιχνευτές σπινθηρισμού είναι ένας από τους τύπους εξοπλισμού μέτρησης που έχουν σχεδιαστεί για την ανίχνευση στοιχειωδών σωματιδίων. Το χαρακτηριστικό τους είναι ότι η ανάγνωση γίνεται με τη χρήση φωτοευαίσθητων συστημάτων. Για πρώτη φορά αυτά τα όργανα χρησιμοποιήθηκαν το 1944 για τη μέτρηση της ακτινοβολίας του ουρανίου. Υπάρχουν διάφοροι τύποι ανιχνευτών ανάλογα με τον τύπο του παράγοντα εργασίας.
Προορισμός
Οι ανιχνευτές σπινθηρισμού χρησιμοποιούνται ευρέως για τους ακόλουθους σκοπούς:
- καταγραφή της ακτινοβολίας του περιβάλλοντος;
- ανάλυση ραδιενεργών υλικών και άλλες φυσικές και χημικές μελέτες;
- χρήση ως στοιχείο για την εκκίνηση πιο περίπλοκων συστημάτων ανιχνευτών;
- φασματομετρική μελέτη ουσιών;
- συστατικό σηματοδότησης σε συστήματα ακτινοπροστασίας (για παράδειγμα, δοσιμετρικός εξοπλισμός σχεδιασμένος να ειδοποιεί για την είσοδο ενός πλοίου σε ζώνη ραδιενεργού μόλυνσης).
Οι μετρητές μπορούν να παράγουν εγγραφή ποιότηταςακτινοβολία και μετρήστε την ενέργειά της.
Διαρρύθμιση ανιχνευτών
Η βασική δομή ενός ανιχνευτή ακτινοβολίας σπινθηρισμού φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Τα κύρια στοιχεία του εξοπλισμού είναι τα εξής:
- φωτοπολλαπλασιαστής;
- σπινθηριστής σχεδιασμένος να μετατρέπει τη διέγερση του κρυσταλλικού πλέγματος σε ορατό φως και να το μεταδίδει στον οπτικό μετατροπέα.
- οπτική επαφή μεταξύ των δύο πρώτων συσκευών;
- σταθεροποιητής τάσης;
- ηλεκτρονικό σύστημα καταγραφής ηλεκτρικών παλμών.
Τύποι
Υπάρχει η ακόλουθη ταξινόμηση των κύριων τύπων ανιχνευτών σπινθηρισμού ανάλογα με τον τύπο της ουσίας που φθορίζει όταν εκτίθεται σε ακτινοβολία:
- Μετρητές ανόργανων αλκαλίων. Χρησιμοποιούνται για την καταγραφή της ακτινοβολίας άλφα, βήτα, γάμμα και νετρονίων. Στη βιομηχανία παράγονται διάφοροι τύποι μονοκρυστάλλων: ιωδιούχο νάτριο, καίσιο, κάλιο και λίθιο, θειούχος ψευδάργυρος, βολφραμικά μετάλλων αλκαλικής γαίας. Ενεργοποιούνται με ειδικές ακαθαρσίες.
- Οργανικά μονοκρύσταλλα και διαφανή διαλύματα. Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει: ανθρακένιο, τολάνιο, τρανς-στιλβένιο, ναφθαλίνιο και άλλες ενώσεις, η δεύτερη ομάδα περιλαμβάνει τερφαινύλιο, μίγματα ανθρακενίου με ναφθαλίνιο, στερεά διαλύματα σε πλαστικά. Χρησιμοποιούνται για μετρήσεις χρόνου και για ανίχνευση γρήγορων νετρονίων. Ενεργοποιητικά πρόσθετα σε οργανικούς σπινθηριστές δεν είναισυνεισφέρει.
- Μέσο αερίου (He, Ar, Kr, Xe). Τέτοιοι ανιχνευτές χρησιμοποιούνται κυρίως για την ανίχνευση θραυσμάτων σχάσης βαρέων πυρήνων. Το μήκος κύματος της ακτινοβολίας είναι στο υπεριώδες φάσμα, επομένως απαιτούν κατάλληλες φωτοδίοδοι.
Για ανιχνευτές νετρονίων σπινθηρισμού με κινητική ενέργεια έως 100 keV, χρησιμοποιούνται κρύσταλλοι θειούχου ψευδαργύρου ενεργοποιημένοι με ισότοπο βορίου με αριθμό μάζας 10 και 6Li. Κατά την καταχώρηση σωματιδίων άλφα, ο θειούχος ψευδάργυρος εφαρμόζεται σε ένα λεπτό στρώμα σε ένα διαφανές υπόστρωμα.
Μεταξύ των οργανικών ενώσεων, τα πλαστικά σπινθηρισμού είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα. Είναι διαλύματα φωταυγών ουσιών σε πλαστικά υψηλής μοριακής απόδοσης. Τις περισσότερες φορές, τα πλαστικά σπινθηρισμού κατασκευάζονται με βάση το πολυστυρένιο. Οι λεπτές πλάκες χρησιμοποιούνται για την καταγραφή της ακτινοβολίας άλφα και βήτα και οι παχιές πλάκες χρησιμοποιούνται για τις ακτίνες γάμμα και τις ακτίνες Χ. Παράγονται με τη μορφή διαφανών στιλβωμένων κυλίνδρων. Σε σύγκριση με άλλους τύπους σπινθηριστών, οι πλαστικοί σπινθηριστές έχουν πολλά πλεονεκτήματα:
- σύντομος χρόνος φλας;
- αντοχή σε μηχανικές βλάβες, υγρασία;
- σταθερότητα χαρακτηριστικών σε υψηλές δόσεις έκθεσης σε ακτινοβολία;
- χαμηλό κόστος;
- εύκολο;
- υψηλή αποτελεσματικότητα εγγραφής.
Φωτοπολλαπλασιαστές
Το κύριο λειτουργικό εξάρτημα αυτού του εξοπλισμού είναι ένας φωτοπολλαπλασιαστής. Είναι ένα σύστημα ηλεκτροδίων τοποθετημένωνσε γυάλινο σωλήνα. Για προστασία από εξωτερικά μαγνητικά πεδία, τοποθετείται σε μεταλλικό περίβλημα κατασκευασμένο από υλικό με υψηλή μαγνητική διαπερατότητα. Αυτό προστατεύει τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.
Στον φωτοπολλαπλασιαστή, η φωτεινή λάμψη μετατρέπεται σε ηλεκτρική ώθηση και το ηλεκτρικό ρεύμα ενισχύεται επίσης ως αποτέλεσμα της δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων. Η ποσότητα του ρεύματος εξαρτάται από τον αριθμό των δυναμόδων. Η εστίαση των ηλεκτρονίων συμβαίνει λόγω του ηλεκτροστατικού πεδίου, το οποίο εξαρτάται από το σχήμα των ηλεκτροδίων και το δυναμικό μεταξύ τους. Τα φορτισμένα σωματίδια που χτυπήθηκαν επιταχύνονται στο χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων και, πέφτοντας στην επόμενη δύναμη, προκαλούν μια άλλη εκπομπή. Εξαιτίας αυτού, ο αριθμός των ηλεκτρονίων αυξάνεται αρκετές φορές.
Ανιχνευτής σπινθηρισμού: πώς λειτουργεί
Οι μετρητές λειτουργούν ως εξής:
- Φορτισμένο σωματίδιο εισέρχεται στην ουσία λειτουργίας του σπινθηριστή.
- Εμφανίζεται ιονισμός και διέγερση μορίων κρυστάλλου, διαλύματος ή αερίου.
- Τα μόρια εκπέμπουν φωτόνια και μετά από εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου επιστρέφουν στην ισορροπία.
- Στον φωτοπολλαπλασιαστή, η λάμψη του φωτός "ενισχύεται" και χτυπά την άνοδο.
- Το κύκλωμα ανόδου ενισχύει και μετρά το ηλεκτρικό ρεύμα.
Η αρχή λειτουργίας του ανιχνευτή σπινθηρισμού βασίζεται στο φαινόμενο της φωταύγειας. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτών των συσκευών είναι η απόδοση μετατροπής - ο λόγος της ενέργειας μιας λάμψης φωτός προς την ενέργεια που χάνεται από ένα σωματίδιο στη δραστική ουσία του σπινθηριστή.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Τα οφέλη των ανιχνευτών ακτινοβολίας σπινθηρισμού περιλαμβάνουν:
- υψηλή απόδοση ανίχνευσης, ειδικά για ακτίνες γάμμα βραχέων κυμάτων υψηλής ενέργειας;
- καλή χρονική ανάλυση, δηλαδή η δυνατότητα να δίνουμε ξεχωριστή εικόνα δύο αντικειμένων (φτάνει τα 10-10 s);
- ταυτόχρονη μέτρηση της ενέργειας των ανιχνευόμενων σωματιδίων;
- δυνατότητα κατασκευής πάγκων διαφόρων σχημάτων, απλότητα τεχνικής λύσης.
Τα μειονεκτήματα αυτών των μετρητών είναι η χαμηλή ευαισθησία σε σωματίδια με χαμηλή ενέργεια. Όταν χρησιμοποιούνται ως μέρος φασματόμετρων, η επεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνονται γίνεται πολύ πιο περίπλοκη, καθώς το φάσμα έχει πολύπλοκη μορφή.
