Электронные детекторы

Ионизационная камера содержит объем газа с размещенными в нем двумя электродами, между которыми приложено напряжение. Заряженная частица проходя через газ образует ионы и электроны, которые собираются на электродах. при этом создается электрический ток во внешней цепи. К достоинствам относится простота и надежность. Недостатком является малый уровень сигнала.

Пропорциональный счетчик- газоразрядный детектор частиц, создающий сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии выделенной в его объеме регистрируемой частицей. Анод выполнен в форме тонкой нити внутри катода - металлического цилиндра. При постоянной разности потенциалов и постоянном составе газа, коэффициент пропорциональности между первичной ионизацией и сигналом на аноде остается постоянным. Первичная ионизация газа электронами усиливается в 10³-10⁵ за счет вторичной ионизации атомов электронами, ускоренными в электрическом поле между анодом и катодом.

Счетчик Гейгера-Мюллера- детектор частиц , действие которого основано на возникновении самостоятельного разряда в газе. находящемся внутри счетчика. при попадании частиц в его объем.Конструктивно устроен как пропорциональный счетчик. Достоинством является простота и надежность. Недостатком является большое мертвое время.

Дрейфовая камера- прибор для определения координат прохождения ионизирующей частицы. измеряется время дрейфа электронов- продуктов ионизации в газе от места прохождения частицы до сигнальной проволоки. В сечении проволоки образуют прямоугольную ячейку из точек. (см рис.1.20.). На сигнальную проволоку (анод), которая в центре проволочной ячейки, подается положительный потенциал . На проволоки замыкающие дрейфовые промежутки с боков подается отрицательный потенциал ( ). На проволоки расположенные по верху и низу дрейфового промежутка подается потенциал, равномерно распределенный от 0 до ,создающий однородное электрическое поле вдоль дрейфового промежутка. Сигнал прохождения частицы (стартовый сигнал) задается внешним детектором. Сигнал окончания дрейфа вырабатывается электронами, размножающимися в газе лавинным образом вблизи анода (газовое усиление). Скорость дрейфа определяется калибровочными измерениями. Зная интервал времени между стартовым и конечным сигналами. определяют координату проходящей частицы . дрейфовая камера заключается в герметическую оболочку. которая заполняется газовой смесью обычно аргоном с примесью многоатомного газа (изобутан, СО₂). Размер проволочных ячеек обычно 1мм . Пространственное разрешение небольших дрейфовых камер ~ 1м² составляет ~ 0,1 мм.

Рис. 1.20. Схема дрейфовой камеры. Точки –проволочки в сечении. Черточки –отрицательный заряд на проволочках.

В нейтринном эксперименте в ЦЕРНе использовались дрейфовые камеры площадью 14 м² для локализации мюонов с точностью до 1мм. Дрейфовые камеры являются координатными детекторами. Они способны регистрировать полную картину сложного многочастичного события, подобно пузырьковой камере, и широко используются в экспериментах на ускорителях для определения места прохождения, угла вылета, импульсов заряженных частиц (по отклонению в магнитном поле).

Сцинтилляционный счетчик-детектор ядерных частиц, основными элементами которого являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Счетчик состоит из СЦ-сцинтиллятора, СВ-световода ФЭУ –фотоэлектронного умножителя, Д-дискриминатора, П-пересчетного устройства, Р- регистратора.

Заряженная частица, проходя через сцинтиллятор ионизируя атомы и молекулы возбуждает их. Возбужденные атомы и молекулы испускают фотоны. Фотоны, попадая на катод ФЭУ выбивают электроны, которые, пройдя через систему динодов умножаются, и дают на аноде импульс электрического тока. Сцинтилляторы характеризуются конверсионной эффективностью –долей энергии регистрируемой частицы, которая превращается в световую энергию. Параметры сцинтилляторов приведены в табл.1.10.

Табл.1.10

Кристаллы	Плотность г/см3	Время Высвечивания 10-9cek	Длина волны	Конверсионная эффективность %
NaI(Tl)	3,67
ZnS(Ag)	4,09
Cs(Tl)	4,5

Нейтронные детекторы - приборы для регистрации и определения энергетического спектра нейтронов. нейтрон не обладабт электрическим зарядом и не оставляют после себя следов (треков) из ионизированных частиц. Поэтому нейтронные детекторы всегда содержат вещество, называемое радиатор или конвертор, ядра которого при взаимодействии с нейтронами порождают заряженные частицы или -кванты. Нейтронные детекторы используют: упругое рассеяние нейтронов на ядрах, ядерные реакции с вылетом заряженных частиц, деление ядер под действием нейтронов, радиационный захват нейтронов с вылетом -квантов.

Нейтронные детекторы- использующие упругое рассеяние нейтронов на ядрах работают на ядрах . Это пропорциональные счетчики с наполнением водородом, метаном, гелием при давлении в несколько атмосфер. Их эффективность мала =10^-2-10^-4 при энергии нейтронов ~0.01- 20 Мэв.

Для детектрирования нейтронов больших энергий используют сцинтилляционные детекторы с органическими сцинтилляторами. содержащими много водорода. в которых пробеги протонов отдачи велики (больше 10 см).

Нейтронные детекторы использующие ядерные реакции с вылетом заряженных частиц обычно применяют три реакции см. табл.1.11

табл. 1.11

Реакция	символ	Сечение барн	Энергия заряженной частицы Мэв
		5,33	0,764
			4,785
			2,791 7% 2,313 93%

Ядра вводят внутрь газоразрядных счетчиков или сцинтилляторов. Нейтронные детекторы с при давлениях меньших 10 атм имеют эффективность около 100% для тепловых нейтронов.

Нейтронные детекторы, использующие деление ядер под действием нейтронов это камеры деления - ионизационные камеры, покрытые тонким слоем делящихся веществ (урана и плутония). Сечение деления барн для , для сечение барн. Эффективность камер деления низкая , поэтому они используются для детектирования интенсивных потоков нейтронов, в системах управления ядерными реакторами.

Нейтронные детекторы использующие радиационный захват нейтронов имеют радиатор, содержащий ядра с большим сечением реакции , окруженный сцинтилляционными счетчиками для -лучей. Радиационный захват нейтронов стабильными ядрами при любых значениях нейтронов сопровождается мгновенным -излучением . Нейтроны с энергией кэВ детектируются по мягким -лучам с энергией кэВ в реакции для толстых радиаторов ~1%. Для резонансных нейтронов удобен нейтронный детектор с радиатором содержащим смесь ядер лантаноидов с большим сечением с небольшим количеством воды для замедления.

Гамма спектрометр- прибор для измерения энергии -квантов и интенсивности -излучения. Основными характеристиками являются разрешающая способность , где - ширина -линии на полувысоте. -энергия регистрируемых моноэнергетических -квантов. и эффективность= число зарегистрированных -кваантов/общее число -квантов попадающих в детектор.

Сцинтилляциооный -спектрометр - комбинация ФЭУ и сцинтиллятора. Для -квантов до1 Мэв применяют сцинтиллятор из NaI(Tl)с разрешающей способностью ~4-5% при энергии гамма-квантов ~ 1,3 Мэв.

Полупроводниковый -спектрометр содержит монокристалл с p-n переходом. С дух сторон на монокристалл наносятся металлические электроды. на которые подается напряжение обратной полярности. По действие -квантов создаются электронно-дырочная пары. с помоью приложенного электрического поля электроны и дырки выводятся из области обедненного слоя. Возникающий в результате электрический импульс обратного p-n перехода усиливается, и регистрируется анализатором. На образование одной пары электрон-дырка требуется 3 эв, а в газах 30 эв, поэтому при при той же потере энергии образуется в 10 раз больше носителей и эффективность возрастает.

При энергии =1,33 Мэв и ширине кэв, эффективность полупроводниковых детекторов ниже, чем у сцинтилляционных детекторов.