Что такое детектор радиации?

Что такое детектор радиации?

Детектор радиации — это устройство, которое обнаруживает и измеряет радиацию косвенно, используя физические и химические реакции, вызванные взаимодействием радиации и вещества.

Люди не могут ощущать радиацию напрямую пятью чувствами. Поэтому обнаружение и измерение выполняются с использованием ионизации и возбуждения, вызванных радиацией. Например, генерируются ионы, свободные электроны и электромагнитные волны, такие как флуоресценция, которые преобразуются в сигналы электрического тока. На основе этого сигнала тока доза радиации может быть отображена на измерителе или сделана слышимой в виде звука.

Существует много других приложений, таких как детекторы, основанные на электронной эмиссии, детекторы, использующие генерацию тепла, детекторы, основанные на практическом использовании активации нейтронного материала, и детекторы, основанные на обнаружении черенковского света.

Применение детекторов радиации

Детекторы радиации широко используются на объектах радиационной дезактивации, площадках и заводах. Существуют различные типы радиации, такие как альфа-, гамма-, бета- и рентгеновские лучи, и они испускают высокие или низкие дозы. Поэтому сам детектор должен быть тщательно выбран в соответствии с ситуацией.

Измеряя мощность дозы в воздухе, можно определить, сколько радиации летает в космосе. Кроме того, обнаруживая радиацию, испускаемую поверхностью объекта, можно определить, загрязнен ли объект, и идентифицировать источник загрязнения. Кроме того, детекторы радиации могут использоваться для измерения уровня радиационного воздействия на человека.

Принцип работы детекторов радиации

Существует два основных типа детекторов радиации: те, которые используют ионизирующее действие радиации на молекулы газа, и те, которые используют возбуждение электронов в материалах, в основном твердых телах и жидкостях.

Первый называется газовым детектором, а второй — сцинтилляционным детектором.

1. Газовый детектор

В газовом детекторе детектор заполнен газом, например, инертным газом или воздухом, и когда через него проходит излучение, молекулы ионизируются, образуя катионы и электроны. Ионизация этих молекул газа используется для измерения количества излучения. Существует несколько типов детекторов ожидания, таких как ионизационные камеры, счетчик Гейгера-Мюллера и пропорциональная счетчиковая трубка.

Ионизационная камера
В ионизационной камере катионы и электроны притягиваются к электродам соответственно и преобразуются в электрические сигналы для измерения. Количество катионов и электронов, ионизированных энергией излучения, преобразуется непосредственно в электрический сигнал, поэтому интенсивность сигнала почти пропорциональна энергии излучения. Другими словами, можно определить энергию излучения. Однако недостатком является низкая чувствительность, поскольку ионизация наблюдается напрямую.

Счетчик ГМ
В счетчике Гейгера-Мюллера газ заряжается так же, как и в ионизационной камере, но при приложении высокого напряжения между электродами электроны, образующиеся при ионизации, движутся с высокой скоростью, заставляя другие молекулы газа ионизироваться. Это позволяет получить сильный сигнал.

В результате для каждой ионизации между электродами проходит один импульс. Получается сильный сигнал, но недостатком является то, что не получается никакой информации об энергии излучения, поскольку сигнал представляет собой импульс.

Пропорциональный счетчик
Когда напряжение, приложенное между электродами детектора, заполненного газом, соответствующим образом отрегулировано, ионизация других молекул газа происходит после ионизации излучением, производя сильный сигнал, и сигнал, пропорциональный числу молекул, ионизированных первыми, также может быть получен. Тип, который измеряет эти условия, — пропорциональный счетчик.

2. Сцинтилляционный детектор

Сцинтилляционные детекторы используют воздействие излучения на электроны на орбите вокруг атомного ядра, которое затем возбуждается и переносится на внешнюю орбиталь. Примером прибора является сцинтилляционный измерительный прибор.

Материал, обладающий свойством испускать свет посредством возбуждения излучением, называется сцинтиллятором. Кристаллы иодида натрия (NaI) используются в качестве твердокристаллических сцинтилляторов. Когда излучение поглощается сцинтиллятором, атомы становятся нестабильными из-за электронного возбуждения, а затем возвращаются в свое исходное стабильное состояние. Во время этого процесса атомы испускают энергию в виде света.

Этот слабый свет (фотон) усиливается фотоумножительной трубкой и преобразуется в электрический ток для измерения. Поскольку количество испускаемых фотонов пропорционально энергии излучения, сцинтилляционные детекторы могут определять энергию излучения.

Поскольку кристаллы NaI гигроскопичны, они герметизированы, чтобы предотвратить воздействие воздуха. С другой стороны, предусмотрено окно падения, где излучение попадает в детектор. Окно падения изготовлено из очень тонкого металла с очень низким атомным номером, например, бериллия или алюминия, толщиной около 100 мкм.

Как выбрать детекторы излучения

При выборе детекторов излучения важно проверить следующие пункты:

1. Тип излучения

Существуют различные типы излучения: альфа-лучи, бета-лучи, нейтронные лучи, гамма-лучи и рентгеновские лучи. Структура и принцип работы детекторов излучения определяют тип излучения, которое может быть обнаружено, и ожидаемую чувствительность, поэтому важно выбирать детектор с пониманием этих факторов.

2. Отображаемое значение

Выбор детектора должен основываться на пригодности отображаемого значения (будь то простой счет или эквивалент дозы 1 см и т. д.) для предполагаемого использования.

3. Проницаемость излучения

Поскольку для обнаружения излучение должно достичь места ионизации (газ или твердый сцинтиллятор), понимание проницаемости излучения позволяет уверенно работать. Например, сцинтилляционные измерители NaI предназначены для измерения гамма- и рентгеновского излучения. Это связано с тем, что они не могут обнаружить излучение, которое не может проникнуть через тонкое металлическое окно (альфа- и бета-лучи). В конце концов, они должны быть запечатаны вокруг сцинтиллятора, который является гигроскопичным.

Некоторые счетчики GM способны измерять бета-излучение, а другие — нет. Тип, который может измерять бета-лучи, — это тот, у которого большое окно и очень тонкое слюдяное окно. Бета-лучи могут проходить через это слюдяное окно. Счетчики GM, которые могут измерять как бета-, так и гамма-излучение, имеют металлический колпачок, но для измерения бета-излучения металлический колпачок необходимо снять. Бета-лучи не проникают через металлический колпачок.

Другая информация о детекторах излучения

1. Цель измерения излучения

Существуют две основные цели измерения излучения.

1. Измерение дозы излучения, специфичной для поля излучения, такой как тип излучения, его энергия или количество частиц, для его контроля при работе с излучением.
2. Чтобы понять физические, химические и биологические эффекты радиации или эффективно использовать ее, поглощенная доза измеряется путем умножения дозы радиации в поле излучения на коэффициент, полученный в результате взаимодействия радиации с веществом.

   Управление радиационной безопасностью является расширением последнего. Для оценки воздействия радиации на организм человека эффективная доза рассчитывается на основе последней поглощенной дозы, добавляя биологические эффекты каждого типа радиации и оценку чувствительности части тела, получающей радиацию.

2. Сцинтилляционные детекторы рентгеновского излучения высокой энергии

Сцинтилляционные детекторы, использующие твердые сцинтилляционные кристаллы, используются для измерения рентгеновского излучения высокой энергии и даже гамма-излучения более высокой энергии. Сцинтилляционный детектор характеризуется своей способностью обнаруживать рентгеновские лучи пропорционально их энергии, поскольку сцинтиллятор эффективно принимает и обнаруживает рентгеновские лучи.

Эта функция отличается от газовых детекторов, которые не могут улавливать рентгеновские лучи высокой энергии. Кроме того, время с момента попадания рентгеновских лучей в детектор до момента их преобразования в электрический сигнал и выход очень короткое, что делает его пригодным для измерений при наличии большого количества падающих рентгеновских фотонов. В области исследований также были разработаны детекторы рентгеновского излучения высокой энергии с позиционным определением, которые используют преимущества сцинтилляционного типа для получения двумерного изображения рентгеновских лучей.