Was ist der Nachweis von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung mittels proportionaler Zählerdefinition?

Ein  Proportionalzähler , auch als Proportionaldetektor bezeichnet , ist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten von ionisierender Strahlung erfasst. Die Spannung des Detektors wird so eingestellt, dass die Bedingungen dem proportionalen Bereich entsprechen . In diesem Bereich ist die Spannung hoch genug, um die Primärelektronen mit ausreichender Beschleunigung und Energie zu versorgen, damit sie zusätzliche Atome des Mediums ionisieren können. Diese gebildeten Sekundärionen ( Gasverstärkung ) werden ebenfalls beschleunigt und verursachen einen als Townsend-Lawinen bekannten Effekt , der einen einzigen großen elektrischen Impuls erzeugt. Gasproportionalzähler arbeiten üblicherweise in hohen elektrischen Feldern in der Größenordnung von 10 kV / cm und erzielen typischeVerstärkungsfaktoren von etwa 10 ⁵ . Da der Verstärkungsfaktor stark von der angelegten Spannung abhängt, ist die gesammelte Ladung (Ausgangssignal) auch von der angelegten Spannung abhängig und Proportionalzähler benötigen eine konstante Spannung.

Nachweis von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung mittels Proportionalzähler

Proportionalzähler in Form von großflächigen Flächendetektoren werden in großem Umfang zur Überprüfung auf radioaktive Kontamination eingesetztauf Personal, ebenen Flächen, Werkzeugen und Kleidungsstücken. Proportionalzähler werden normalerweise zum Erfassen von Alpha- und Betateilchen verwendet und können eine Unterscheidung zwischen ihnen ermöglichen, indem ein Impulsausgang bereitgestellt wird, der proportional zu der von jedem Teilchen in der Kammer abgelagerten Energie ist. Sie haben einen hohen Wirkungsgrad für Beta, aber einen niedrigeren für Alpha. Damit Alpha- und Betateilchen von Proportionalzählern erfasst werden können, müssen sie mit einem dünnen Fenster versehen werden. Dieses „Endfenster“ muss dünn genug sein, damit die Alpha- und Betateilchen eindringen können. Ein fast beliebig dickes Fenster verhindert jedoch, dass Alpha-Partikel in die Kammer gelangen. Das Fenster wird in der Regel aus Glimmer mit einer Dichte von etwa gemacht 1,5 bis 2,0 mg / cm ² niederenergetische Beta – Teilchen (beispielsweise von ermöglichen Kohlenstoff-14), um in den Detektor einzutreten. Die Effizienzminderung für Alpha ist auf den Dämpfungseffekt des Endfensters zurückzuführen, obwohl der Abstand von der zu prüfenden Oberfläche ebenfalls einen signifikanten Effekt hat. Aufgrund der Luftdämpfung sollte eine Alpha-Strahlungsquelle idealerweise weniger als 10 mm vom Detektor entfernt sein.

Gammastrahlen haben kaum Probleme, die Metallwände der Kammer zu durchdringen. Daher können Proportionalzähler verwendet werden, um Gammastrahlung und Röntgenstrahlen (dünnwandige Röhren) zu erfassen, die zusammen als Photonen bekannt sind, und für diese wird die fensterlose Röhre verwendet.

Der Hauptnachteil bei der Verwendung von Proportionalzählern in tragbaren Instrumenten besteht darin, dass sie eine sehr stabile Stromversorgung und einen Verstärker benötigen, um konstante Betriebsbedingungen (in der Mitte des Proportionalbereichs) zu gewährleisten. Dies ist in einem tragbaren Instrument schwierig bereitzustellen, und aus diesem Grund werden Proportionalzähler eher in ortsfesten Instrumenten oder Laborinstrumenten verwendet.

Proportionalzähler – Spektroskopie

Spektroskope sind im Allgemeinen Geräte zur Messung der spektralen Leistungsverteilung einer Quelle. Die einfallende Strahlung erzeugt ein Signal, mit dem die Energie des einfallenden Partikels bestimmt werden kann.

In Proportionalzählern ist die Anzahl der erzeugten Elektronen proportional zur Energie und Art des einfallenden Teilchens. Proportionalzähler sind daher in der Lage, Partikel zu identifizieren und Energie zu messen (Spektroskopie). Unterschiedliche Strahlungsenergien und Strahlungsarten können durch Analyse der Impulshöhe unterschieden werden, da sie sich in der Primärionisation signifikant unterscheiden (low-LET vs. high-LET). Proportionalzähler können zum Beispiel verwendet werden, um ein Spektrum von Alphastrahlen oder ein Spektrum von Betateilchen zu analysieren. Die Energieauflösung eines Proportionalzählers ist jedoch begrenzt, da sowohl das anfängliche Ionisationsereignis als auch das nachfolgende Multiplikationsereignis statistischen Schwankungen unterliegen, die durch eine Standardabweichung gekennzeichnet sind, die der Quadratwurzel der gebildeten Durchschnittszahl entspricht.

Ein großvolumiger sphärischer Proportionalzähler kann für Neutronenmessungen verwendet werden. Das reine N ₂ -Gas wird für die thermische und schnelle Detektion von Neutronen untersucht und bietet einen neuen Weg für die Neutronenspektroskopie. Die Neutronen werden über die ¹⁴ N (n, p) ¹⁴ C- und ¹⁴ N (n, α) ¹¹ B- Reaktionen nachgewiesen.

Es ist zu beachten, dass für die Gammaspektrometrie die häufigsten Detektoren Natriumiodid (NaI) -Szintillationszähler und hochreine Germaniumdetektoren umfassen.

Mehrdraht-Proportional-Kammer – MWPC

Eine Mehrdraht-Proportionalkammer ist eine Art Proportionalzähler, der insbesondere in der Hochenergie-Teilchenphysik zum Erfassen geladener Teilchen und Photonen verwendet wird und Positionsinformationen über ihre Flugbahn liefern kann. Dieses Gerät wurde von Georges Charpak und seinen Mitarbeitern entwickelt. Diese Erfindung führte dazu, dass er 1992 den Nobelpreis für Physik erhielt. Die Mehrdrahtkammer verwendet eine Reihe von Hochspannungsdrähten (Anode), die durch eine Kammer mit auf Erdpotential gehaltenen leitenden Wänden (Kathode) verlaufen. Das Prinzip besteht darin, eine Ebene von Anodendrähten mit typischen Drahtabständen von etwa 2 mm genau zu positionieren. Durch Berechnen von Impulsen aus allen Drähten kann die Teilchenbahn gefunden werden.