Detekcja promieniowania jądrowego

Promieniowaniem jonizującym określa się wszystkie rodzaje promieniowania, które wywołują jonizację ośrodka materialnego, tj. oderwanie przynajmniej jednego elektronu od atomu lub cząsteczki albo wybicie go ze struktury krystalicznej. Za promieniowanie elektromagnetyczne jonizujące uznaje się promieniowanie o energii większej od światła widzialnego.

Promieniowanie może jonizować materię dwojako: bezpośrednio lub pośrednio.

Promieniowanie jonizujące bezpośrednio to obiekty posiadające ładunek elektryczny – jonizują głównie przez oddziaływanie kulombowskie.

Najważniejsze przykłady: promieniowanie alfa (α, jądra helu; ładunek elektryczny +2e), promieniowanie beta (βą, elektron i antyelektron, ładunek elektryczny +1e, -1e, odpowiednio).

Promieniowanie jonizujące pośrednio to promieniowanie składające się z obiektów nieposiadających ładunku elektrycznego. Jonizuje ono materię poprzez oddziaływania inne niż kulombowskie (np. rozpraszanie comptonowskie, efekt fotoelektryczny, kreację par elektron - pozyton).

 Najważniejsze przykłady: promieniowanie neutronowe (n), promieniowanie elektromagnetyczne (X, γ; o energiach wyższych od energii promieniowania ultrafioletowego).

 

 

 

Licznik Geigera-Mullera

Konstrukcja licznika sprowadza się do rury metalowej (z miedzi lub aluminium), która stanowi elektrodę ujemną (katodę). Przez środek rury katody przebiega cienki drut stanowiący elektrodę dodatnią - anodę. Cylinder wypełniony jest mieszaniną gazów: ok. 90 % argonu lub innego gazu szlachetnego i ok. 10 % par alkoholu. Ciśnienie mieszaniny gazów w cylindrze wynosi kilkadziesiąt hektopaskali, a zatem znacznie mniej od atmosferycznego. Z elektronicznego punktu widzenia jest to zatem lampa gazowana.

Działanie licznika

Elektrody muszą być spolaryzowane napięciem rzędu kilkuset woltów. Jeśli we wnętrzu licznika znajdzie się np. cząstka alfa, to wywoła jonizację atomów gazu wzdłuż swojego toru ruchu. Powstałe w wyniku jonizacji elektrony i jony gazu przyspieszane są w polu elektrycznym, a następnie zderzają się z innymi atomami powodując dalsze jonizacje i w efekcie wyładowanie lawinowe. Wyładowanie to objawia się w zewnętrznym obwodzie elektrycznym zamkniętym rezystorem R powstaniem impulsu napięcia, będącym skutkiem wychwytywania przez cylindryczną katodę jonów gazu. Impuls ten przez kondensator kierowany jest do układu pomiarowego. Czas trwania impulsu, wywołanego pojedynczą cząstką, tzn. czas upływający od chwili rozpoczęcia wyładowania lawinowego do jego wygaśnięcia nazywany jest czasem martwym licznika. Istotne jest, aby był on jak najkrótszy (wówczas możliwe jest odróżnienie od siebie kolejnych, szybko po sobie nadlatujących cząstek). Wpływ na to ma zarówno konstrukcja elektrod (ich wielkość i odległość od siebie), ciśnienie mieszaniny gazów, jak i skład tej mieszaniny: np. pary alkoholu tłumią wyładowania, a czas martwy przeciętnego licznika jest rzędu stu mikrosekund.

Za kondensatorem układ pomiarowy typowego licznika zawiera obwody zliczające pojawiające się impulsy i przekształcające je w sygnały dźwiękowe (trzaski - to najwcześniej stosowana wersja), błyski, albo na wskazania bądź to wskaźnika wychyłowego, bądź to wyświetlacza alfanumerycznego.