آشکارسازهای سوسوزن یکی از انواع تجهیزات اندازه گیری هستند که برای تشخیص ذرات بنیادی طراحی شده اند. ویژگی آنها این است که خواندن از طریق استفاده از سیستم های حساس به نور انجام می شود. برای اولین بار از این ابزارها در سال 1944 برای اندازه گیری تشعشع اورانیوم استفاده شد. انواع مختلفی از آشکارسازها بسته به نوع عامل کار وجود دارد.
مقصد
آشکارسازهای سوسوزن به طور گسترده برای اهداف زیر استفاده می شوند:
- ثبت آلودگی تابشی محیط زیست؛
- تجزیه و تحلیل مواد رادیواکتیو و سایر مطالعات فیزیکی و شیمیایی؛
- استفاده به عنوان عنصری برای راه اندازی سیستم های آشکارساز پیچیده تر؛
- مطالعه طیف سنجی مواد؛
- جزء سیگنال در سیستم های حفاظت در برابر تشعشع (به عنوان مثال، تجهیزات دزیمتری طراحی شده برای اطلاع رسانی در مورد ورود یک کشتی به منطقه آلودگی رادیواکتیو).
شمارنده ها می توانند هر دو ثبت نام با کیفیت ایجاد کنندتابش و اندازه گیری انرژی آن.
آرایش آشکارسازها
ساختار اصلی آشکارساز تشعشع سوسوزن در شکل زیر نشان داده شده است.
عناصر اصلی تجهیزات به شرح زیر است:
- فتومضریب;
- سوزن طراحی شده برای تبدیل تحریک شبکه کریستالی به نور مرئی و انتقال آن به مبدل نوری؛
- تماس نوری بین دو دستگاه اول؛
- تثبیت کننده ولتاژ؛
- سیستم الکترونیکی برای ثبت تکانه های الکتریکی.
انواع
طبقه بندی زیر از انواع اصلی آشکارسازهای سوسوزن بر اساس نوع ماده ای که در معرض تابش فلورسانس می شود وجود دارد:
- متر هالید قلیایی غیر آلی. آنها برای ثبت تابش آلفا، بتا، گاما و نوترون استفاده می شوند. انواع مختلفی از تک بلورها در صنعت تولید می شود: یدید سدیم، سزیم، پتاسیم و لیتیوم، سولفید روی، تنگستات فلزی قلیایی خاکی. آنها با ناخالصی های خاصی فعال می شوند.
- تک بلورهای آلی و محلول های شفاف. گروه اول شامل: آنتراسن، تولان، ترانس استیلبن، نفتالین و سایر ترکیبات، گروه دوم شامل ترفنیل، مخلوط آنتراسن با نفتالین، محلول های جامد در پلاستیک است. آنها برای اندازه گیری زمان و برای تشخیص نوترون های سریع استفاده می شوند. افزودنی های فعال کننده در سوسوزن های آلی وجود نداردمشارکت کنید.
- محیط گاز (He، Ar، Kr، Xe). این آشکارسازها عمدتاً برای شناسایی قطعات شکافت هسته های سنگین استفاده می شوند. طول موج تابش در طیف فرابنفش است، بنابراین آنها نیاز به فتودیودهای مناسب دارند.
برای آشکارسازهای نوترون سوسوزن با انرژی جنبشی تا 100 کو، از بلورهای سولفید روی فعال شده با ایزوتوپ بور با عدد جرمی 10 و 6Li استفاده می شود. هنگام ثبت ذرات آلفا، سولفید روی در یک لایه نازک روی یک بستر شفاف اعمال می شود.
در میان ترکیبات آلی، پلاستیک های سوسوزن بیشترین استفاده را دارند. آنها محلولی از مواد درخشان در پلاستیک های مولکولی بالا هستند. اغلب، پلاستیک های سوسوزن بر اساس پلی استایرن ساخته می شوند. صفحات نازک برای ثبت تابش آلفا و بتا و صفحات ضخیم برای اشعه گاما و ایکس استفاده می شود. آنها به صورت استوانه های شفاف صیقلی تولید می شوند. در مقایسه با انواع دیگر سوسوزن‌ها، سوسوزن‌های پلاستیکی چندین مزیت دارند:
- زمان فلاش کوتاه؛
- مقاومت در برابر آسیب مکانیکی، رطوبت؛
- ثبات ویژگی ها در دوزهای بالای قرار گرفتن در معرض تابش؛
- کم هزینه؛
- ساختن آسان؛
- بازده ثبت نام بالا.
Photomultipliers
جزء کاربردی اصلی این تجهیزات یک فتومولتیپلایر است. این یک سیستم از الکترودهای نصب شده استدر یک لوله شیشه ای برای محافظت در برابر میدان های مغناطیسی خارجی، آن را در یک محفظه فلزی ساخته شده از ماده ای با نفوذپذیری مغناطیسی بالا قرار می دهند. این از تداخل الکترومغناطیسی محافظت می کند.
در فتو ضرب، فلاش نور به یک ضربه الکتریکی تبدیل می شود و جریان الکتریکی نیز در نتیجه گسیل ثانویه الکترون ها تقویت می شود. مقدار جریان به تعداد داینودها بستگی دارد. تمرکز الکترون ها به دلیل میدان الکترواستاتیکی رخ می دهد که به شکل الکترودها و پتانسیل بین آنها بستگی دارد. ذرات باردار کوبیده شده در فضای بین الکترود شتاب می گیرند و با افتادن روی داینود بعدی، انتشار دیگری ایجاد می کنند. به همین دلیل تعداد الکترون ها چندین برابر افزایش می یابد.
آشکارساز سوسوزن: چگونه کار می کند
شمارنده ها به این صورت کار می کنند:
- ذره باردار وارد ماده فعال سوسوزن می شود.
- یونیزاسیون و تحریک مولکول های کریستال، محلول یا گاز رخ می دهد.
- مولکول ها فوتون ساطع می کنند و پس از میلیونیم ثانیه به حالت تعادل باز می گردند.
- در فتو ضرب، فلاش نور "تقویت" می شود و به آند برخورد می کند.
- مدار آند جریان الکتریکی را تقویت و اندازه گیری می کند.
اصل عملکرد آشکارساز سوسوزن بر اساس پدیده لومینسانس است. ویژگی اصلی این دستگاه ها راندمان تبدیل است - نسبت انرژی یک فلاش نور به انرژی از دست رفته توسط یک ذره در ماده فعال سوسوزن.
مزایا و معایب
مزایای آشکارسازهای تابش سوسوزن عبارتند از:
- بازده تشخیص بالا، به ویژه برای پرتوهای گامای موج کوتاه با انرژی بالا؛
- وضوح زمانی خوب، یعنی توانایی ارائه یک تصویر جداگانه از دو جسم (به 10-10 ثانیه می رسد)؛
- اندازه گیری همزمان انرژی ذرات شناسایی شده؛
- امکان ساخت پیشخوان در اشکال مختلف، سادگی راه حل فنی.
از معایب این شمارنده ها حساسیت کم به ذرات با انرژی کم است. هنگامی که آنها به عنوان بخشی از طیف سنج ها استفاده می شوند، پردازش داده های به دست آمده بسیار پیچیده تر می شود، زیرا طیف شکل پیچیده ای دارد.
