Proportionalzähler
Ein Proportionalzähler , auch als Proportionaldetektor bekannt , ist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten ionisierender Strahlung erfasst. Die Spannung des Detektors wird so eingestellt, dass die Bedingungen dem Proportionalbereich 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, was einen als Townsend-Lawinen bekannten Effekt verursacht , der einen einzelnen großen elektrischen Impuls erzeugt.
Vorteile von Proportionalzählern
- Verstärkung . Gasförmige Proportionalzähler arbeiten normalerweise in hohen elektrischen Feldern in der Größenordnung von 10 kV / cm und erreichen typische Verstärkungsfaktoren 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. Der hohe Verstärkungsfaktor des Proportionalzählers ist der Hauptvorteil gegenüber der Ionisationskammer.
- Empfindlichkeit . Der Prozess der Ladungsverstärkung verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors erheblich und reduziert die nachfolgende erforderliche elektronische Verstärkung. Da der Prozess der Ladungsverstärkung das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors erheblich verbessert, ist die anschließende elektronische Verstärkung normalerweise nicht erforderlich. Proportionalzählererkennungsinstrumente sind sehr empfindlich gegenüber geringen Strahlungswerten. Darüber hinaus ist bei der Messung der Stromabgabe ein Proportionaldetektor für Dosisraten nützlich,
da das Ausgangssignal proportional zur durch Ionisation abgelagerten Energie und
daher proportional zur Dosisrate ist. - Spektroskopie . Durch geeignete funktionale Anordnungen, Modifikationen und Vorspannungen kann der Proportionalzähler verwendet werden, um Alpha-, Beta-, Gamma- oder Neutronenstrahlung in gemischten Strahlungsfeldern zu erfassen. Darüber hinaus können Proportionalzähler Partikel identifizieren und Energie messen (Spektroskopie). Die Impulshöhe spiegelt die Energie wider, die durch die einfallende Strahlung im Detektorgas abgelagert wird. Als solches ist es möglich, die größeren Impulse, die von Alpha-Partikeln erzeugt werden , von den kleineren Impulsen zu unterscheiden, die von Beta-Partikeln oder Gammastrahlen erzeugt werden .
Nachteile von Proportionalzählern
- Konstante Spannung . Wenn Instrumente im Proportionalbereich betrieben werden, muss die Spannung konstant gehalten werden . Bleibt eine Spannung konstant, ändert sich auch der Gasverstärkungsfaktor nicht. 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 schwer vorzusehen, und deshalb werden Proportionalzähler eher in festen oder Laborinstrumenten verwendet.
- Abschrecken. Für jedes in der Kammer gesammelte Elektron bleibt ein positiv geladenes Gasion übrig. Diese Gasionen sind im Vergleich zu einem Elektron schwer und bewegen sich viel langsamer. Freie Elektronen sind viel leichter als die positiven Ionen, daher werden sie viel schneller zur positiven Zentralelektrode gezogen als die positiven Ionen zur Kammerwand. Die resultierende Wolke positiver Ionen in der Nähe der Elektrode führt zu Verzerrungen bei der Gasvermehrung. Schließlich bewegen sich die positiven Ionen vom positiv geladenen zentralen Draht zur negativ geladenen Wand und werden durch Gewinnung eines Elektrons neutralisiert. Dabei wird etwas Energie abgegeben, die eine zusätzliche Ionisierung der Gasatome bewirkt. Die durch diese Ionisation erzeugten Elektronen bewegen sich in Richtung des zentralen Drahtes und werden unterwegs multipliziert. Dieser Ladungsimpuls steht in keinem Zusammenhang mit der zu erfassenden Strahlung und kann eine Reihe von Impulsen auslösen. In der Praxis wird die Beendigung der Lawine durch den Einsatz von „Löschtechniken .
Szintillationsdetektoren
Ein Szintillationszähler oder Szintillationsdetektor ist ein Strahlungsdetektor, der den als Szintillation bekannten Effekt nutzt . Szintillation ist ein Lichtblitz, der in einem transparenten Material durch den Durchgang eines Teilchens (eines Elektrons, eines Alpha-Teilchens, eines Ions oder eines hochenergetischen Photons) erzeugt wird. Szintillation tritt im Szintillator auf, der ein Schlüsselelement eines Szintillationsdetektors ist. Im Allgemeinen besteht ein Szintillationsdetektor aus:
- Szintillator . Ein Szintillator erzeugt Photonen als Reaktion auf einfallende Strahlung.
- Fotodetektor . Ein empfindlicher Fotodetektor (normalerweise eine Fotovervielfacherröhre (PMT), eine CCD-Kamera (Charge Coupled Device) oder eine Fotodiode), der das Licht in ein elektrisches Signal und eine Elektronik umwandelt, um dieses Signal zu verarbeiten.
Das Grundprinzip des Betriebs besteht darin, dass die Strahlung mit einem Szintillator reagiert, der eine Reihe von Blitzen unterschiedlicher Intensität erzeugt. Die Intensität der Blitze ist proportional zur Energie der Strahlung. Diese Funktion ist sehr wichtig. Diese Zähler eignen sich zur Messung der Energie von Gammastrahlung ( Gammaspektroskopie ) und können daher zur Identifizierung von Gamma-emittierenden Isotopen verwendet werden.
Szintillationszähler werden häufig im Strahlenschutz , bei der Untersuchung radioaktiver Materialien und in der Physikforschung eingesetzt, da sie kostengünstig und dennoch mit guter Effizienz hergestellt werden können und sowohl die Intensität als auch die Energie einfallender Strahlung messen können. Krankenhäuser auf der ganzen Welt verfügen über Gammakameras, die auf dem Szintillationseffekt basieren, und werden daher auch als Szintillationskameras bezeichnet.
Vor- und Nachteile von Szintillationszählern werden vom Szintillator bestimmt. Die folgenden Funktionen sind nicht für alle Szintillatoren allgemein.
Vorteile von Szintillationsdetektoren
- Effizienz . Die Vorteile eines Szintillationszählers sind seine Effizienz und die hohen Präzisions- und Zählraten, die möglich sind. Diese letzteren Eigenschaften sind eine Folge der extrem kurzen Dauer der Lichtblitze von etwa 10 bis 9 (organische Szintillatoren) bis 10 bis 6 (anorganische Szintillatoren) Sekunden.
- Spektroskopie . Die Intensität der Blitze und die Amplitude des Ausgangsspannungsimpulses sind proportional zur Energie der Strahlung . Daher können Szintillationszähler verwendet werden, um die Energie sowie die Anzahl der anregenden Teilchen (oder Gammaphotonen) zu bestimmen. Für die Gammaspektrometrie umfassen die gebräuchlichsten Detektoren Natriumiodid (NaI) -Szintillationszähler und hochreine Germaniumdetektoren. Der NaI (Tl) -Szintillator hat eine höhere Energieauflösung als ein Proportionalzähler , was genauere Energiebestimmungen ermöglicht. Wenn andererseits eine perfekte Energieauflösung erforderlich ist, müssen wir einen Detektor auf Germaniumbasis wie den HPGe-Detektor verwenden.
Nachteile von Szintillationsdetektoren
- Hygroskopizität . Ein Nachteil einiger anorganischer Kristalle, z. B. NaI, ist ihre Hygroskopizität , eine Eigenschaft, die erfordert, dass sie in einem luftdichten Behälter untergebracht werden, um sie vor Feuchtigkeit zu schützen.
- NaI (Tl) hat keine Beta- oder Alpha-Reaktion und eine schlechte Niedrigenergie-Gamma-Reaktion.
- Flüssigszintillatoren sind relativ umständlich.
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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: [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.
