Was ist der Nachweis von Beta-Strahlung – Beta-Partikeldetektor – Definition

Die Detektion von Beta-Strahlung ist sehr spezifisch, da Beta-Partikel eindringender sind als Alpha-Partikel. Andererseits kann eine dünne Aluminiumplatte sie aufhalten. Nachweis von Beta-Strahlung – Beta-Partikeldetektor
Geigerzähler - Beta-Strahlung
Labornutzung eines Geigerzählers mit Endfenstersonde zur Messung der Betastrahlung Quelle: wikipedia.org Lizenz: Public Domain

Die Detektion von Beta-Strahlung ist sehr spezifisch, da Beta-Partikel eindringender sind als Alpha-Partikel. Andererseits kann eine dünne Aluminiumplatte sie aufhalten.

Um die Prinzipien des Nachweises von Betastrahlung zu beschreiben, müssen wir die Wechselwirkung von Strahlung mit Materie verstehen . Jeder Partikeltyp wechselwirkt auf unterschiedliche Weise. Daher müssen wir die Wechselwirkung von Beta-Partikeln (Strahlung als Fluss dieser Partikel) separat beschreiben.

Wechselwirkung von Beta-Teilchen mit Materie

Beta-Strahlung besteht aus freien Elektronen oder Positronen mit relativistischer Geschwindigkeit. Beta-Teilchen (Elektronen) sind viel kleiner als Alpha-Teilchen. Sie tragen eine einzelne negative Ladung. Sie sind durchdringender als Alphateilchen, aber eine dünne Aluminiumplatte kann sie aufhalten. Sie können sich mehrere Meter in der Luft fortbewegen, aber an jedem Punkt auf ihrem Weg weniger Energie abgeben als Alphateilchen. Ähnlich wie bei stark geladenen Partikeln übertragen Beta-Partikel Energie durch:

  • Erregung. Das geladene Teilchen kann Energie auf das Atom übertragen und Elektronen auf ein höheres Energieniveau bringen.
  • Ionisation. Eine Ionisierung kann auftreten, wenn die geladenen Teilchen genug Energie haben, um ein Elektron zu entfernen. Dies führt zur Bildung von Ionenpaaren in der umgebenden Materie.

Zusätzlich zu diesen Wechselwirkungen verlieren Betateilchen durch den als Bremsstrahlung bekannten Strahlungsprozess Energie . Wenn ein geladenes Teilchen beschleunigt oder abgebremst wird, muss es nach klassischer Theorie Energie abstrahlen, und die Verzögerungsstrahlung wird als Bremsstrahlung („Bremsstrahlung“) bezeichnet .

Zusammenfassung der Arten von Interaktionen:

Die Art der Wechselwirkung einer Betastrahlung mit Materie unterscheidet sich von der Alphastrahlung , obwohl Betateilchen auch geladene Teilchen sind. Beta-Partikel haben im Vergleich zu Alpha-Partikeln eine viel geringere Masse und erreichen meist relativistische Energien . Ihre Masse entspricht der Masse der Orbitalelektronen, mit denen sie interagieren, und im Gegensatz zum Alpha-Teilchen kann ein viel größerer Teil seiner kinetischen Energie in einer einzigen Wechselwirkung verloren gehen. Da die Beta-Teilchen meist relativistische Energien erreichen, kann die nichtrelativistische Bethe-Formel nicht verwendet werden. Für hochenergetische Elektronen wurde von Bethe auch ein ähnlicher Ausdruck abgeleitetBeschreibung des spezifischen Energieverlusts durch Anregung und Ionisation (die „Kollisionsverluste“).

Darüber hinaus können Beta-Partikel über eine Elektron-Kern-Wechselwirkung (elastische Streuung von Kernen) interagieren , wodurch sich die Richtung der Beta-Partikel erheblich ändern kann . Daher ist ihr Weg nicht so einfach. Die Beta-Partikel folgen einem sehr Zick-Zack-Pfad durch das absorbierende Material. Dieser resultierende Partikelpfad ist länger als das lineare Eindringen (Bereich) in das Material.

Detektoren der Beta-Strahlung

Detektoren können auch nach empfindlichen Materialien und Methoden kategorisiert werden, die zur Durchführung einer Messung verwendet werden können:

Detektion von Beta-Strahlung mit Ionisationskammer

Ionisationskammer - GrundprinzipDamit  Alpha-  und  Betateilchen  durch Ionisationskammern nachgewiesen werden können, müssen sie mit einem dünnen Fenster versehen sein. Dieses „Endfenster“ muss dünn genug sein, damit die Alpha- und Betateilchen eindringen können. Ein Fenster mit nahezu beliebiger Dicke verhindert jedoch, dass ein Alpha-Partikel in die Kammer gelangt. Das Fenster besteht üblicherweise aus Glimmer mit einer Dichte von ca. 1,5 – 2,0 mg / cm 2 .

Die Ionisationskammer kann beispielsweise zur Messung von Tritium in der Luft verwendet werden. Diese Geräte werden als Tritium-in-Air-Monitore bezeichnet. Tritium  ist ein radioaktives Isotop, emittiert jedoch eine sehr schwache Form von Strahlung, ein energiearmes  Beta-Teilchen  , das einem Elektron ähnlich ist. Es ist ein reiner Beta-Emitter (dh Beta-Emitter ohne begleitende  Gammastrahlung ). Die kinetische Energie des Elektrons variiert mit durchschnittlich 5,7 keV, während die verbleibende Energie vom nahezu nicht nachweisbaren Elektronenantineutrino  abgeführt wird. Eine so sehr niedrige Elektronenenergie führt dazu, dass das Elektron die Haut nicht durchdringen kann oder sich in der Luft nicht sehr weit bewegt. Beta-Partikel aus Tritium können nur etwa 6,0 mm Luft durchdringen. Es ist praktisch unmöglich, einen Detektor zu entwerfen, dessen Wände diese Beta-Partikel durchdringen können. Stattdessen pumpt der Tritium-in-Luft-Monitor die mit Tritium kontaminierte Luft direkt durch eine Ionisationskammer, so dass die gesamte Energie der Beta-Partikel sinnvollerweise in Ionenpaare innerhalb der Kammer umgewandelt werden kann.

Nachweis der Beta-Strahlung mit dem Szintillationszähler

Szintillationszähler  werden zur Messung der Strahlung in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, einschließlich handgehaltener Strahlungsmessgeräte, Personal- und Umweltüberwachung auf  radioaktive Kontamination , medizinische Bildgebung, radiometrische Untersuchung, nukleare Sicherheit und Sicherheit von Kernkraftwerken. Sie sind weit verbreitet, weil sie kostengünstig und dennoch mit guter Effizienz hergestellt werden können und sowohl die Intensität als auch die Energie der einfallenden Strahlung messen können.

Szintillationszähler können verwendet werden, um Alpha- ,  Beta- und  Gammastrahlung zu erfassen  . Sie können auch zum  Nachweis von Neutronen verwendet werden . Zu diesem Zweck werden verschiedene Szintillatoren verwendet.

  • Beta-Partikel . Zum Nachweis von Beta-Partikeln können organische Szintillatoren verwendet werden. Reine organische Kristalle umfassen Kristalle von Anthracen, Stilben und Naphthalin. Die Abklingzeit dieser Art von Leuchtstoff beträgt ungefähr 10 Nanosekunden. Diese Art von Kristall wird häufig zum Nachweis von Beta-Partikeln verwendet. Organische Szintillatoren mit einem  niedrigeren Z  als anorganische Kristalle eignen sich am besten zum Nachweis von Beta-Partikeln mit niedriger Energie (<10 MeV).

Detektion von Beta-Strahlung mit Halbleitern – Siliziumstreifendetektoren

Siliziumstreifendetektor - Halbleiter
Silicin Strip Detector Quelle: micronsemiconductor.co.uk

Detektoren auf Siliziumbasis eignen sich sehr gut zur Verfolgung geladener Teilchen. Ein Siliziumstreifendetektor ist eine Anordnung von streifenförmig geformten Implantaten, die als Ladungssammelelektroden wirken.

Siliziumstreifendetektoren 5 x 5 cm 2in area sind weit verbreitet und werden in Reihe (genau wie Ebenen von MWPCs) verwendet, um Trajektorien geladener Teilchen mit Positionsgenauigkeiten in der Größenordnung von mehreren μm in Querrichtung zu bestimmen. Diese Implantate werden auf einem niedrig dotierten, vollständig abgereicherten Siliziumwafer platziert und bilden eine eindimensionale Anordnung von Dioden. Durch Verbinden jedes der metallisierten Streifen mit einem ladungsempfindlichen Verstärker wird ein positionsempfindlicher Detektor aufgebaut. Zweidimensionale Positionsmessungen können durch Aufbringen einer zusätzlichen streifenartigen Dotierung auf die Waferrückseite unter Verwendung einer doppelseitigen Technologie erreicht werden. Solche Vorrichtungen können verwendet werden, um kleine Aufprallparameter zu messen und dadurch zu bestimmen, ob ein geladenes Teilchen aus einer Primärkollision stammt oder das Zerfallsprodukt eines Primärteilchens war, das eine kleine Strecke von der ursprünglichen Wechselwirkung zurückgelegt und dann zerfallen ist.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.net oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.