Facebook Instagram Youtube Twitter

Was ist die Anwendung von Proportionalzählern – Definition

Proportionalzähler können sowohl zur Aktivitätsmessung als auch zur Dosismessung eingesetzt werden. Proportionalzähler sind in der Lage, Partikel zu identifizieren und Energie zu messen (Spektroskopie). Anwendung von Proportionalzählern

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.

Gasionisationsdetektoren - Regionen

Dies ist ein subtiler, aber wichtiger Unterschied zwischen Ionisationskammern und Proportionalzählern . Eine Ionisationskammer erzeugt einen Strom, der proportional zur Anzahl der pro Sekunde gesammelten Elektronen ist. Dieser Strom wird gemittelt und verwendet, um einen Anzeigewert in Bq oder μSv / h zu steuern. Proportionalzähler funktionieren auf diese Weise nicht. Stattdessen verstärken sie jeden der einzelnen Ionisationsstöße, sodass jedes Ionisationsereignis separat erfasst wird. Sie messen daher die Anzahl der ionisierenden Ereignisse (weshalb sie als Zähler bezeichnet werden).

Der Prozess der Ladungsverstärkung verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors erheblich und verringert die erforderliche nachfolgende elektronische Verstärkung. Wenn Instrumente im Proportionalbereich betrieben werden, muss die Spannung konstant gehalten werden . Bleibt eine Spannung konstant, ändert sich auch der Gasverstärkungsfaktor nicht. Proportionalzähler sind sehr empfindlich gegen geringe Strahlung. Durch geeignete funktionale Anordnungen, Modifikationen und Vorspannungen kann der Proportionalzähler verwendet werden, um Alpha-, Beta-, Gamma- oder Neutronenstrahlung in gemischten Strahlungsfeldern zu erfassen. Außerdem können Proportionalzähler Partikel identifizierenund Energiemessung (Spektroskopie). Die Impulshöhe reflektiert die von der einfallenden Strahlung im Detektorgas abgelagerte Energie. Somit ist es möglich, die größeren Impulse, die von Alphateilchen erzeugt werden, von den kleineren Impulsen zu unterscheiden, die von Betateilchen oder Gammastrahlen erzeugt werden .

Während Ionisationskammern im Strom- oder Impulsmodus betrieben werden können, werden im Impulsmodus fast immer Proportionalzähler oder Geigerzähler verwendet. Detektoren für ionisierende Strahlung können sowohl zur Aktivitätsmessung als auch zur Dosismessung eingesetzt werden. Mit dem Wissen über die Energie, die zur Bildung eines Ionenpaares benötigt wird, kann die Dosis erhalten werden.

Anwendung von Proportionalzählern

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

Im Allgemeinen sind Spektroskope Vorrichtungen zum Messen der spektralen Leistungsverteilung einer Quelle. Die einfallende Strahlung erzeugt ein Signal, mit dem die Energie des einfallenden Partikels bestimmt werden kann.

Quelle: wikipedia.org Lizenz: Public Domain

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). Durch Analyse der Impulshöhe können unterschiedliche Strahlungsenergien und unterschiedliche Strahlungstypen unterschieden werden, da sie sich in der Primärionisation signifikant unterscheiden (Low-LET vs. High-LET). Proportionalzähler können beispielsweise verwendet werden, um ein Spektrum von Alpha-Strahlungen oder ein Spektrum von Beta-Partikeln zu analysieren. Die Energieauflösung eines Proportionalzählers ist jedoch begrenzt, da sowohl das anfängliche Ionisationsereignis als auch das nachfolgende „Multiplikations“ -Ereignis 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 Neutronendetektion 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-Proportionalkammer – 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.

Detektion von Neutronen mit Proportionalzähler

Da die Neutronen elektrisch neutrale Teilchen sind, sind sie hauptsächlich starken Kernkräften ausgesetzt, nicht jedoch elektrischen Kräften. Daher ionisieren Neutronen nicht direkt und müssen normalerweise in geladene Teilchen umgewandelt werden, bevor sie nachgewiesen werden können. Im Allgemeinen muss jeder Neutronendetektortyp mit einem Konverter (um Neutronenstrahlung in gemeinsame nachweisbare Strahlung umzuwandeln) und einem der herkömmlichen Strahlungsdetektoren (Szintillationsdetektor, Gasdetektor, Halbleiterdetektor usw.) ausgestattet sein.

Proportionalzähler werden häufig als Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen verwendet. In Kernkraftwerken werden normalerweise gasgefüllte (BF 3 ) Proportionalzähler als Quellenbereichsdetektoren verwendet. Diese Detektoren verwenden anstelle von Luft in der Kammer das Gas Bortrifluorid (BF 3 ). Die ankommenden Neutronen produzieren Alpha-Teilchen, wenn sie mit den Boratomen im Detektorgas reagieren. Die meisten (n, alpha) -Reaktionen von thermischen Neutronen sind 10B (n, alpha) 7Li- Reaktionen, die von einer Gamma-Emission von 0,48 MeV begleitet werden .

(n, alpha) -Reaktionen von 10B

Darüber hinaus weist das Isotop Bor-10 einen hohen (n, alpha) Reaktionsquerschnitt entlang des gesamten Neutronenenergiespektrums auf . Das Alpha-Teilchen verursacht eine Ionisierung innerhalb der Kammer, und ausgestoßene Elektronen verursachen weitere sekundäre Ionisierungen.

Der proportionale Zählerausgang hat die Form eines Impulses für jedes ionisierende Ereignis; Daher gibt es eine Reihe von zufälligen Impulsen unterschiedlicher Größe, die Neutronen- und Gamma-Ionisierungsereignisse darstellen. Die Impulshöhe beträgt möglicherweise nur wenige Millivolt, was zu niedrig ist, um ohne Verstärkung direkt verwendet zu werden. Der Diskriminator schließt den Durchgang von Impulsen aus, die kleiner als ein vorbestimmtes Niveau sind. Die Funktion des Diskriminators besteht darin, Rauschen und Gamma-Impulse auszuschließen, deren Größe geringer ist als die von Neutronenimpulsen.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

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: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.