Was ist die Totzeit der Detektoren – Definition

Die Totzeit ist die Zeit, in der der Melder beschäftigt ist und keine Impulse annehmen und verarbeiten kann. Dieses Phänomen ist zum Beispiel für Geigerzähler sehr wichtig. Totzeit von Detektoren
Detektor für ionisierende Strahlung - Geigerrohr
Detektor für ionisierende Strahlung – Geigerrohr

Bei Strahlungserfassungssystemen, die Impulse (diskrete Ereignisse) aufzeichnen , ist die Totzeit die Zeit nach jedem Ereignis, während der das System kein anderes Ereignis aufzeichnen kann. Dieses Phänomen ist zum Beispiel für Geigerzähler sehr wichtig . Aufgrund der großen Lawine, die durch eine Ionisierung verursacht wird, benötigt ein Geigerzähler eine lange Zeit (etwa 1 ms), um sich zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen zu erholen. Geigerzähler können daher aufgrund der „Totzeit“ der Röhre keine hohen Strahlungsraten messen.

Mit anderen Worten, die Totzeit ist die Zeit, in der der Detektor beschäftigt ist und keine Impulse annehmen und verarbeiten kann. Bei Detektoren für ionisierende Strahlung kann dieses Phänomen schwerwiegende Folgen haben, da die Totzeit die Leistung bei hohen Aktivitäten oder hohen Dosisleistungen verfälscht. Die gesamte Totzeit eines Detektionssystems ergibt sich üblicherweise aus den Beiträgen der intrinsischen Totzeit des Detektors, des analogen Frontends und der Datenerfassung.

verlängerbare und nicht verlängerbare Totzeit

Totzeit - Detektor - gelähmt - nicht gelähmtAufgrund der zufälligen Natur des radioaktiven Zerfalls besteht immer eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass ein echtes Ereignis verloren geht, da gerade ein anderes Ereignis aufgezeichnet wird und der Detektor nicht mehr als einen Impuls annehmen und verarbeiten kann.

Für Berechnungen des Zählverlusts werden zwei Typen von Totzeit unterschieden: die nicht verlängerbare und die verlängerbare Totzeit:

  • verlängerbare. In einem Detektor mit der verlängerbare Totzeit wird ein Ereignis, das während der Totzeit auftritt, nicht nur übersehen, sondern die Totzeit neu gestartet, so dass der Detektor mit zunehmender Geschwindigkeit einen Sättigungspunkt erreicht, an dem er überhaupt kein Ereignis mehr aufzeichnen kann.
  • nicht verlängerbare. In einem Detektor mit der nicht verlängerbare Totzeit geht ein Ereignis, das während der Totzeit auftritt, einfach verloren, so dass der Detektor mit zunehmender Ereignisrate eine Sättigungsrate erreicht, die dem Inversen der Totzeit entspricht.

Löschen – Totzeit – Geigerzähler

Das Totzeitphänomen ist auch für Geigerzähler sehr wichtig. Typischerweise hat es einen Wert von ca. 100 μs (bei Proportionalzählern ist es viel weniger) und so wird nach jedem Ionisationsereignis eine Geiger-Röhre grundsätzlich für 100 μs abgeschaltet.

In einem Geigerzähler ist das Füllgas der Kammer ein Inertgas, das durch einfallende Strahlung ionisiert wird, und ein Quenchgas aus 5–10% eines organischen Dampfs oder eines Halogengases, um ein störendes Pulsieren durch Löschen der Elektronenlawinen zu verhindern . Der Geigerzähler sollte keine Störimpulse abgeben und schnell in den passiven Zustand zurückkehren, um für das nächste Strahlungsereignis bereit zu sein. Argon und Helium sind die am häufigsten verwendeten Füllgase und ermöglichen den Nachweis von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Zum Nachweis von Neutronen sind He-3 und BF 3 (Bortrifluorid) die am häufigsten verwendeten Gase.

Für jedes in der Kammer gesammelte Elektron verbleibt jedoch ein positiv geladenes Gasion. Diese Gasionen sind im Vergleich zu einem Elektron schwer und bewegen sich viel langsamer. Freie Elektronen sind viel leichter als die positiven Ionen und werden daher viel schneller zur positiven Mittelelektrode gezogen als die positiven Ionen zur Kammerwand. Die entstehende Wolke positiver Ionen in der Nähe der Elektrode führt zu Verzerrungen bei der Gasmultiplikation. Schließlich wandern die positiven Ionen vom positiv geladenen Mitteldraht zur negativ geladenen Wand und werden durch die Aufnahme eines Elektrons neutralisiert. Diese Atome kehren dann in ihren Grundzustand zurück, indem sie Photonen emittieren, die wiederum eine weitere Ionisation und damit falsche Sekundärentladungen erzeugen. Die durch diese Ionisation erzeugten Elektronen bewegen sich in Richtung des zentralen Drahtes und vervielfachen sich unterwegs. Dieser Ladungsimpuls ist unabhängig von der zu detektierenden Strahlung und kann eine Reihe von Impulsen auslösen. In der Praxis wird die Beendigung der Lawine durch den Einsatz von verbessert„Quenching“ -Techniken .

Die Löschgasmoleküle haben eine schwächere Affinität zu Elektronen als das Kammergas; Daher nehmen die ionisierten Atome des Kammergases leicht Elektronen aus den Löschgasmolekülen auf. Somit erreichen die ionisierten Löschgasmoleküle anstelle des Kammergases die Kammerwand. Die ionisierten Moleküle des Löschgases werden durch Gewinnung eines Elektrons neutralisiert, und die freigesetzte Energie bewirkt keine weitere Ionisierung, sondern eine Dissoziation des Moleküls. Diese Art des Abschreckens wird als Selbstabschrecken oder inneres Abschrecken bezeichnet , da Röhren die Entladung ohne externe Unterstützung stoppen.

Für Geigerzähler ist auch eine externe Löschung möglich, die manchmal als “ aktive Löschung “ oder “ elektronische Löschung “ bezeichnet wird. Beim elektronischen Löschen wird eine vereinfachte Hochgeschwindigkeits-Steuerelektronik verwendet, um die Hochspannung zwischen den Elektroden nach jeder Entladungsspitze für eine feste Zeit schnell zu entfernen und wieder anzulegen, um die maximale Zählrate und Lebensdauer der Röhre zu erhöhen.