Detectoare de Radiatii Ionizante

34
  ET EC A RE E RA IA II IO NI ZA NT

description

powerpoint detectoare de radiatii

Transcript of Detectoare de Radiatii Ionizante

Detectoare de radiaii ionizante

Detectoare de radiaii ionizanteCuprins: Noiuni generale Clasificarea detectorilor de radiaii nucleare Tipuri de detectori: Camera de ionizare Contorul Geiger Muller. Detectorul cu scintilaii. Fotomultiplicatorul. Detectorii cu semiconductori Camerau cea Camera cu buleNOIUNI GENERALEDetectorii de radiaii nucleare reprezint sisteme care pun n eviden existena radiaiilor nucleare i permit determinarea calitativ sau cantitativ a unora dintre caracteristicile lor: numrul de particule nucleare, energia, masa particulelor, etc.Detectorul de radiaii nucleare convertete particulele incidente pe suprafaa sa activ n semnal electric (sarcin sau tensiune) sub form de impulsuri.Detectorul de radiaii este format, de regul, din dou pri componente: corpul de detecie propriu-zis const dintr-un mediu n care radiaia nuclear produce un efect specific sistemul de nregistrare a efectului produs de particul asigur amplificarea i prelucrarea semnalului obinut

Procesul fundamental al interaciunii radiaiilor nucleare cu materialul detectorului, este dat de faptul c energia implicat n procesul de interaciune este mai mare dect energia de legtur a electronilor din atom i poate genera schimbri sau transformri n structura atomilor componeni ai substanei.Mecanismele care stau la baza interaciuni radiaiilor nucleare cu materia sunt ionizarea i emisia/conversia luminii Particulele ncrcate produc ionizare i scintilaii iar particulele care nu au sarcin electric sunt detectate indirect prin intermediul particulelor ncrcate pe care le produc n materialul detectorului. Spre exemplu: fotonii produc electroni (prin efect fotoelectric extern sau efect Compton) care la rndul lor produc ionizare neutronii produc reacii nucleare n care apar particule ncrcate ce produc ionizare

TIPURI DE DETECTORICAMERA DE IONIZARECamera de ionizare este o incint nchis, de form cilindric, n care se gsesc doi electrozi plan paraleli i un gaz aflat n condiii normale. Cei doi electrozi formeaz un condensator plan cu electrozii aflai la distana de 3 6 cm unul de altul. n lungul traiectoriei particulei nucleare ncrcate care strbate gazul camerei se produc ioni pozitivi i electroni. Numrul perechilor de sarcini care se produc depinde de natura radiaiei care a interacionat cu moleculele gazului i de energia lor cinetic.Curentul de ionizare este amplificat i msurat.El este proporional cu numrul total de perechi ion-electron creai de particule n unitatea de timp.Dezavantaje: n camera de ionizare curentul obinut este mic, fapt ce duce la necesitatea folosirii unui sistem de nregistrare complicat.

CONTORUL GEIGER - MLLERControlul cu descrcare n gaze a fost inventat n 1908 de ctre fizicianul german Hans Wilhelm Geiger (1882-1945) n colaborare cu Ernest Rutherford. n 1928, Geiger mpreun cu W. Muller au perfecionat contorul, care n prezent este cunoscut sub numele de contorul Geiger-Muller.Detectorul Geiger-Mller este constituit din doi electrozi: catodul, cilindric, construit din metal, sticl metalizat sau grafitat, iar anodul fiind un fir metalic subire (de obicei din wolfram, cu diametrul de 0,1-0,2 mm), situat pe axa cilindrului. Exist detectoare Geiger-Mller cu gaze inerte (de exemplu argon) i vapori organici, sau gaze inerte i halogeni. ntre electrozii detectorului Geiger-Mller se aplic o tensiune electric continu. Ptrunznd n volumul sensibil al detectorului, radiaia nuclear electroni, pozitroni, particule ncrcate, etc.) interacioneaz cu atomii gazului, pe care i ionizeaz, crend astfel un anumit numr de perechi de ioni pozitivi i electroni. Ionii pozitivi sunt atrai (colectai) de catod, iar electronii de anod. Ca rezultat n circuitul detectorului ia natere un impuls electric de scurt durat care se anuleaz atunci cnd toi electronii ajung la anod.Prin caracteristica unui detector Geiger-Mller se nelege graficul care exprim dependena vitezei de numrare n a detectorului de tensiunea aplicat acestuia, n condiiile unui flux constant de particule ajunse la detector (viteza de numrare se noteaz cu n i se d n impulsuri pe minut). n funcie de genul particulelor nregistrate, exist contoarebetai contoaregamma.

Caracteristica de lucru a contorului Geiger (dependena numruluiR de impulsuri n unitatea de timp n raport cutensiuneaUaplicat)

Detector cu scintilaii. FOTOMULTIPLICATORULContorul cu scintilaii(scnteieri) a fost inventat de ctre fizicianul englez William Crookes(1832-1919), dup ce a fost descoperit fluorescena sulfurii de zinc provocat de ciocnirile particulelor a.Fenomenul pe care se bazeaz funcionarea acestor detectori const n apariia de scintilaii n cristale anorganice sau substane organice.La baza construciei unui scintilator st fenomenul de fluorescen care const n schimbul de energie dintre particulele nucleare i materialul scintilatorului. Lumina produs de scintilator este transportat la fotomultiplicator.Fotomultiplicatorul este un instrument care transform un semnal luminos ntr-un semnal electric. El este construit dintr-un tub de sticl vidat n care se afl: un fotocatod, un ansamblu de dinode, un divizor de tensiune i un anod.Fotonii aprui n scintilator (scintilaiile) cad pe fotocatod, care transform fotonii n electroni (numii i fotoelectroni) prin efect fotoelectric. ntre fotomultiplicator i prima dinod, ntre dinode i ntre ultima dinoda i anod se aplic diferene de potenial, cu ajutorul unui divizor de tensiune. Aceste valori cresc, ntre 900 V i 2500 V.Sub aciunea cmpului electric, fotoelectronii sunt accelerai spre prima dinod de unde extrag prin emisie secundar mai muli electroni care sunt accelerai spre urmtoarea dinod, unde produc din nou emisie secundar de electroni i procesul se repet. Deci dinodele au rolul de a multiplica curentul produs de fotonii iniiali pe fotocatod (scinilatiile). Amplitudinea pulsului de tensiune, obinut cu ajutorul fotomultiplicatorului, este proporional cu numrul de scintilaii produse de particula ncrcat la trecerea prin cristal, deci cu energia acesteia. Datorit acestui fapt, detectorul cu scintilaie se folosete att la numrarea radiaiilor nucleare ct i la msurarea energiei acestora.

DETECTORII CU SEMICONDUCTORIn funcie de cristalul semiconductor folosit, detectoarele sunt: -omogene (n sau p) sunt din material cu rezistivitate mare (>108), pentru a avea zgomot mic. Sunt folosite la detecia particulelor penetrante. -heterogene (jonciuni p-n) - sunt polarizate invers i se deosebesc de jonciunile diodelor uzuale, printr-o regiune de sarcin spaial mai groas apropiat de suprafa (pentru ca fereastra detectorului s aib o grosime neglijabil).Interaciunea unei radiaii nucleare cu semiconductorul, genereaz electroni n banda de conducie i goluri n banda de valen care vor fi colectai i transformai n semnal ca urmare a scderii rezistivitaii jonciunii. n funcie de numrul de perechi de sarcin formate (care sunt dependente de energia radiaiei), avem intensiti diferite ale impulsurilor nregistrate.Purttorii de sarcin colectai, prin aplicarea unei diferene de potenial, formeaz un puls a crui amplitudine este proporional cu energia particulelor nucleare nregistrate.Datorit rezoluiei energetice foarte bune, detectorii cu semiconductori nlocuiesc treptat ceilali detectori n cercetrile de fizic nuclear.CAMERA CU CEACamera cu cea a fost elaborat n 1912 de ctre fizicianul englez Charles Thomas Rees Wilson (1869-1959) i este cunoscut mai mult sub numele de camera Wilson.

12Ea reprezint un vas din sticl 1 dotat cu un piston mobil 2. Camera coine vapori de ap sau de spirt etilic cu densitatea apropiat de cea a vaporilor saturani.4La deplasarea brusc a pistonului n jos vaporii se dilat adiabetic, temperatura lor se micoreaz. Astfel, ei devin suprasaturani. Starea dat este nestabil. Dac acum n camer ptrunde o particul ncrcat i ionizeaz moleculele, ionii formai devin centre de condensare i n jurul lor se formeaz picturi de lichid. Traseul particulei ncrcate este marcat de o urm vizibil 4 cu limea de pn la 1 mm. Traseul este iluminat lateral i fotografiat.Fotografiile obinute cu ajutorul camerei Wilson reprezint urme luminoase pe un fond nchis. Dup limea urmelor se pot face concluzii referitor la natura particulei ncrcate. Urmele lsate de particulele a snt mai late dect cele lsate de electroni. Particule cu energii mai mari las urme mai lungi.O informaie mai ampl se obine prin introducerea camerei Wilson n cmp magnetic omogen.CAMERA CU BULEO camer cu bule este un vas umplut cu un lichid transparent supranclzit (cel mai adesea hidrogen lichid) folosit pentru a detecta particule ncrcate electric care se deplaseaz prin el.A fost inventat n 1952 de Donald Glaser, pentru care acesta a primit n 1960 Premiul Nobel pentru fizic. Camera cu bule este similar camerei cu cea n aplicaii i principiul de baz. n mod normal este realizat prin umplerea unui cilindru mare cu un lichid nclzit pn aproape de punctul su de fierbere. n timp ce particulele intr n camer, un piston i reduce brusc presiunea, iar lichidul intr ntr-o faz de supranclzire, netastabil. Particulele ncrcate creeaz o urm de ionizare n jurul creia lichidul se evapor, formnd bule microscopice. Densitatea bulelor n jurul unei urme este proporional cu cantitatea de energie pierdut de particul.

Bulele cresc n mrime cu ct camera i crete volumul, pn devin destul de mari pentru a fi vzute sau fotografiate. Cteva camere foto sunt montate n jurul ei, furniznd o imagine tridimensional a experimentului. Au fost folosite camere cu bule cu rezoluii pn la civa micrometri. ntreaga camer este supus unui cmp magnetic constant, ceea ce determin particulele ncrcate s se deplaseze n spiral, cu raza determinat de raportul sarcin-mas. Dat fiind c pentru toate particulele subatomice ncrcate electric i cu via lung, sarcina lor este cea a unui electron, iar raza de curbur este astfel proporional cu impulsul.