Detektory promieniowania jonizującego
Detektory promieniowania jonizującegoZestaw aparatury do badania zderzeń protonów o energii 14 TeV budowanego w
CERN
(doświadczenia
CMS
) Detektory promieniowania jonizującego - urządzenia do rejestracji
promieniowania jonizującego
przez przetworzenie pierwotnych skutków oddziaływań
promieniowania
z materią na sygnały obserwowalne; są stosowane w
fizyce
wysokich energii i
fizyce jądrowej
,
astrofizyce
oraz w
diagnostyce medycznej
,
biologii
,
energetyce jądrowej
, badaniach materiałowych i innych; proste stanowią zasadniczą część dawkomierzy. Do
detekcji
wykorzystuje się głównie zdolność cząstek do
jonizacji
atomów
ośrodkowych, przez który przechodzą, a także zdolność do wywoływania emisji
promieniowania elektromagnetycznego
,
reakcji chemicznej
i
jądrowej
, wytwarzania nośników
prądu elektrycznego
. Ośrodkiem czynnym detektorów promieniowania jonizującego bywają zazwyczaj specjalnie dobrane
gazy
,
ciecze
bądź
ciała stałe
. Istnieje wiele typów detektorów promieniowania jonizującego o różnym przeznaczeniu, dostosowanych do detekcji różnych cząstek w różnych zakresach energii. Liczniki cząstek rejestrują jedynie fakt przejścia cząstek przez ośrodek czynny detektora, detektory śladowe pozwalają na rekonstrukcję torów cząstek na podstawie śladów, np.
jonów
lub
związków chemicznych
, pozostawionych w ośrodku detektora (umieszczone w
polu magnetycznym
umożliwiają — poprzez pomiar krzywizny toru — wyznaczenie znaku ładunku oraz pędu cząstki). Rodzaje detektorówZe względu na szybkość uzyskiwanych informacji rozróżnia się: - detektory pasywne - zbierające informacje o przejściu wielu cząstek (wymagają dodatkowej obróbki)
- detektory aktywne - w których informacja o przejściu cząstki pojawia się w postaci impulsu elektrycznego natychmiast.
Detektory pasywneDo detektorów pasywnych należą: - emulsje jądrowe (
emulsja fotograficzna
);
- klisze rentgenowskie (zmiany wywołane działaniem w nich promieniowania jonizującego uwidaczniają się w postaci wytrąconych kryształów
srebra
);
- detektory luminescencyjne (promieniowanie pochłonięte w substancji czynnej powoduje przeniesienie
elektronów
w cząsteczkach do stanu metatrwałego; pod wpływem pewnych czynników, np. ogrzania, elektrony powracają do stanu podstawowego emitując światło o natężeniu proporcjonalnym do pochłoniętej
dawki promieniowania
);
- detektory dielektryczne (cząstka naładowana powoduje obserwowalne zmiany mechaniczne — uszkodzenia — na powierzchni
dielektryka
);
- detektory aktywacyjne (pod wpływem promieniowania pewna liczba
jąder atomowych
substancji czynnej ulega aktywacji — zmienia się w
izotopy promieniotwórcze
);
- detektory chemiczne (zmiany w składzie chemicznym substancji pod wpływem promieniowania);
Detektory pasywne są stosowane do pomiaru silnego promieniowania i w trudno dostępnych miejscach (wnętrze
reaktorów jądrowych
,
przestrzeń kosmiczna
). Detektory aktywneDo detektorów aktywnych zalicza się:
- 1.
detektory gazowe
zbudowane ze zbiornika ze specjalnym gazem i
elektrod
, do których jest podłączone wysokie — różne w różnych detektorach — napięcie; wytworzone
pole elektryczne
powoduje dryf elektronów, a w konsekwencji powstanie impulsu elektrycznego. Należą do nich:
-
licznik Geigera - Müllera
;
-
komora jonizacyjna
, w której między elektrodami (zazwyczaj 2 równoległe płaszczyzny przewodnika) panuje taka różnica
potencjałów
, że wszystkie jony i elektrony powstały podczas pierwotnej jonizacji wywołanej przejściem cząstki są wychwytywane, a pole elektryczne jest na tyle niskie, że nie występuje jonizacja wtórna (bywa wypełniona cieczą)
- komora proporcjonalna (
licznik proporcjonalny
) - pole elektryczne w pobliżu
anody
(drut o średnicy ok. 40
μm
;
katodę
stanowi płaszczyzna drutów lub ścianki zbiornika) jest na tyle duże, że w obszarze tym występuje jonizacja lawinowa, co powoduje efekt wzmocnienia gazowego (powstały impuls elektryczny jest proporcjonalny do jonizacji pierwotnej)
- komora wielodrutowa, zazwyczaj komora proporcjonalna - anodę stanowi płaszczyzna drutów, z których każdy działa w zasadzie niezależnie od pozostałych, co pozwala na określenie pozycji przelotu cząstki (zastosowanie odpowiedniej liczby warstw drutów i specjalnych układów elektronowych umożliwia równocześnie
trójwymiarowe
określenie pozycji przejścia wielu cząstek);
- komora iskrowa - zawierająca 2 grupy elektrod, do których w odpowiednim czasie po przejściu cząstki przykłada się krótkotrwały (ok. 10-7 s) impuls wysokiego napięcia (ok. 10 kV); powoduje on powstanie wyładowań elektrycznych między elektrodami wzdłuż pasma jonów
- komora dryfowa (rodzaj wielodrutowej komory dryfowej, komora z projekcją czasową)
- 2. detektory półprzewodnikowe - podstawowym elementem jest złącze
p-n
spolaryzowane w kierunku zaporowym; swobodne nośniki prądu elektrycznego generowane w obszarze czynnym detektora (kryształ półprzewodnika) są zbierane na elektrodach; powstający krótkotrwały (rzędy kilkudziesięciu
ns
) impuls prądu jest następnie wzmacniany i rejestrowany. Wraz z rozwojem
mikroelektroniki
pojawiły się nowe rodzaje detektorów półprzewodnikowych o dużej gęstości elektrod
- 3.
licznik scyntylacyjny
- ośrodkiem czynnym jest
scyntylator
połączony bezpośrednio lub poprzez
światłowód
z
fotopowielaczem
(detektor o najkrótszym czasie detekcji — ok. 5 ns i
czasie martwym
ok. 10 ns).
- 4. licznik Czerenkowa - działanie oparte na wykorzystaniu powstałego w ośrodku czynnym promieniowania Czerekowa;
fotony
tego promieniowania są ogniskowane, a następnie rejestrowane za pomocą czułych na pojedyncze
fotoelektrony
detektorów gazowych.
- 5. detektory promieniowania przejścia - wykorzystanie zjawiska promieniowania wywołanego przejściem cząstki przez granicę ośrodka o różnych stałych dielektrycznych (identyfikacja cząstek o energiach większych od 10 GeV).
- 6. detektory kalorymetryczne (
kalorymetry
) - zbudowane zazwyczaj z kilku warstw materiału, w którym rozwija się kaskada cząstek poprzedzielanych warstwami specjalnych detektorów (detektory gazowe, liczniki scyntylacyjne i inne).
- 7. Grupa pośrednia — detektory śladowe, w których informacja o torze cząstki w postaci śladu utworzonego z kropelek cieczy (
komora Wilsona
), pęcherzyków gazu (
komora pęcherzykowa
) lub iskier wyładowania elektrycznego (iskrowego; komora strumieniowa) jest dostępna natychmiast, lecz ze względów praktycznych utworzony obraz toru rejestruje się na
błonach fotograficznych
lub holograficznych i znacznie później analizuje.
PodsumowanieObecnie podstawową rolę w fizyce wysokich energii i
fizyce jądrowej
detektory, które pozwalają na szybką (10-7-10-9 s) detekcję cząstek, charakteryzują się krótkim czasem martwym (10-5-10-8 s) i umożliwiają elektronowe przetwarzanie pierwotnego sygnału; takie detektory są zazwyczaj łączone w zespoły (zw. detektorami hybrydowymi) złożone z wielu typów detektorówdo detekcji różnorodnych cząsteczek w szerokim obszarze energetycznym (np. ALEPH). Sygnały do współczynników układów detekcyjnych są z reguły analizowane za pomocą odpowiednio oprogramowanych komputerów. Bibliografia- Encyklopedia G.W.. EU: Mediasat Poland Sp. z o.o., ss. 80-82. .
Inne hasła zawierające informacje o "Detektory promieniowania jonizującego":
Fototrofia
...
Strefa eufotyczna
...
Termometr
...
1932
...
Płyn Lugola
...
1965
...
Marian Mazur (naukowiec)
...
Układ nerwowy
...
Ziemia
...
Tęcza
...
Inne lekcje zawierające informacje o "Detektory promieniowania jonizującego":
Przemiany jądrowe - promieniotwórczość naturalna (plansza 7)
...
023. Opis stanów atmosfery. Pogoda i klimat (plansza 12)
...
027. Charakterystyka wód wszechoceanu (plansza 5)
...
|