14. DETEKTORY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Plynové ionizační detektory (pracovní napětí 400 - 2000 V) §detektor (viz obrázek) je naplněn vhodným plynem § §při vniknutí částice radioaktivního záření do plynné náplně dochází k primární ionizaci § §ionty vzniklé primární ionizací molekul plynu jsou urychleny silným elektrickým polem mezi válcovou katodou a drátkovou anodou – podle vloženého napětí může dojít k sekundární ionizaci  dochází k zesílení impulsu (koeficient plynového zesílení) § Elektronická detekce záření využívá ionizačních účinků záření 1 [USEMAP] Závislost velikosti náboje po ionizaci na vloženém vstupním napětí ionizační komory 2 [USEMAP] V grafu na předchozím snímku se dají rozlišit tři základní oblasti: ·oblast, ve které pracují ionizační komory (tam velikost náboje na vloženém napětí nezávisí), pouze pro účely stanovení četnosti. · ·proporcionální oblast, zde pracují proporcionální počítače obsahují methan nebo xenon, výsledný puls je zesílen relativně málo (103 - 104 x), závisí na lineárním přenosu energie, rozlišuje  a -záření, použitelné pro rozlišní energie záření (spektrometrické účely – příliš se ale nepoužívá). · · ·Geiger-Müllerova oblast, zde pracují GM (Geiger - Műllerovy) počítače (GMT) obsahují směs argonu s parami ethanolu nebo halogenem – výsledný puls je silně zesílen (až 1010 x) a nezávisí na druhu záření. Dochází k lavinovité ionizaci, náboj se mění je minimálně, nepoužitelné pro spektrometrické účely. · 3 [USEMAP] Mrtvá doba počítače Je definována jako doba, kdy počítač nemůže zaregistrovat další impuls, protože v něm probíhá sběr iontů z předchozí ionizace (cca 10-4 s u GMT)  výsledky měření je nutno na mrtvou dobu opravit, protože počítač v mrtvé době neregistruje všechny částice, které do něj v té době vniknou.  4 [USEMAP] Typy ionizačních komor („počítačů“) a)okénkový počítač (okénko ze slídy) §vhodné pro vstup -záření o energii >0,5 MeV, §nevhodné pro měkčí -záření a záření  (absorpce v okénku) i -záření z důvodu malé absorpce v plynové náplni IK b)bezokénkový počítač §vhodné pro měření -záření a energetického -záření, záření se absorbuje ve stěně počítače – produkuje sekundární elektrony. Tyto počítače jsou mechanicky odolnější, běžné v dozimetrii i v průmyslových aplikacích. c) průtokový proporcionální počítač §vhodný pro měření nízkoenergetického -záření v průtokovém režimu (zářič se umísťuje dovnitř trubice) §vhodný pro měření plynných radioaktivních sloučenin (počítač s vnitřní náplní) 5 [USEMAP] [USEMAP] [USEMAP] 6 [USEMAP] Měření neutronů, které samy nemají ionizační schopnost, je možné po přídavku plynného BF3 k plynné náplni Probíhá reakce 10B(n,)7Li, ionizaci vyvolávají částice  a ionty lithia. Blokové schéma měření radioaktivity ionizační komorou 7 [USEMAP] Polovodičové detektory Fungují na elektrických vlastnostech p/n rozhraní (Si nebo Ge) 8 §Polovodičové detektory fungují stejně jako ionizační komory jen plyn je nahrazen polovodičem. §Při průchodu nabité částice s určitou energií tedy vzniká pár elektron - díra. §Výhodou použití polovodičů je skutečnost, že energie nutná k vytvoření páru elektron - díra je řádově 10krát menší, než energie nutná na vytvoření páru elektron - ion. [USEMAP] Detektory dopované lithiem a čisté detektory Ge(Li), HPGe pro detekci -záření Si(Li), HPSi pro detekci -záření a jiných kladných částic a nízkoenergetického rtg záření 9 Typy polovodičových detektorů: Vlastnosti polovodičových detektorů ·závislost výšky napěťového pulsu na energii záření (vhodné pro spektrometrii) ·vysoká rozlišovací schopnost při měření energie záření ·vysoká cena (pouze pro měření - a -záření) ·speciální detektory jsou schopny zaznamenat i místo, kam částice dopadla (významné při detekci a identifikaci nestálých jader nejtěžších prvků) – pozičně citlivé detektory ·detektory Ge(Li) a Si(Li) se musí neustále uchovávat při teplotě kapalného dusíku ·při normální teplotě se mění gradient Li v detektoru, což vede ke zničení detektoru ·neustálé chlazení potlačuje tzv. temný proud detektoru (pozadí) – vzniká proto, že při normální teplotě dochází k samovolné ionizaci Ge tepelnými kmity atomů v mřížce, tvorbě párů díra- elektron a tím i ke vniku velkého počtu proudových impulsů ·detektory z velmi čistého Ge se chladí pouze během měření · [USEMAP] §po vniknutí částice do prostoru scintilačního detektoru jsou elektrony excitovány ·při deexcitaci elektronů v průhledných látkách (scintilátorech) dochází ke vzniku záblesku (scintilaci). Detektor musí dobře propouštět světlo a mít krátkou dobu trvání záblesku o vhodné vlnové délce. ·k převodu scintilací na elektrický impuls slouží fotokatoda Cs-Sb (vysoká citlivost na světlo, nízká výstupní práce elektronu) §Výsledný elektrický impuls se zesiluje fotonásobičem · malý počet elektronů, které se uvolní po dopadu na fotokatodu, se zvětší po průchodu fotonásobičem cca 106 až 108 x  slušný elektrický impuls · ·velikost impulsu je úměrná energii záření (vhodné pro spektrometrii) · ·scintilační detektory mají však podstatně horší rozlišovací schopnost ve srovnání s polovodičovými detektory · 10 Využívá se excitačních účinků ionizujícího záření Scintilační detektory [USEMAP] [USEMAP] Funkce fotonásobiče a jeho zapojení do měřicího systému Scintilace se na fotokatodě přemění na elektrický impuls, ten je dále fokusován směrem k jednotlivým elektrodám (dynodám), na kterých postupně roste napětí. Na dráze od dynody k dynodě proto získávají elektrony stále větší rychlost, resp. kinetickou energii, a z dynody vyrážejí větší počet elektronů, než byl počet elektronů dopadajících. Takto se elektrický signál zesiluje. 11 [USEMAP] [USEMAP] Běžné typy fotonásobičů 12 [USEMAP] jsou látky, kdy po vniknutí ionizující částice v této látce vzniká záblesk (scintilace). Je to dáno energetickým vyzvednutím elektronu materiálu scintilátoru do vyšší energetické hladiny. Po návratu zpět na původní elektronovou hladinu se vyzáří světelné kvantum. Pevné anorganické a organické scintilátory NaI(Tl)  -záření CsI(Tl); Bi4Ge3O12 (BGO)  -záření s vyšší energií LiI(Eu);6Li(n,)3H neutrony ZnS(Ag) - záření ZnS(Ag) s příměsí kys. borité 10B(n,)7Li pomalé neutrony ZnS(Ag) s příměsí kys. borité, v kombinaci s polyethylenem rychlé neutrony 13 Scintilátory [USEMAP] [USEMAP] [USEMAP] Kapalné scintilátory – scintilační látka je rozpuštěna v organickém nebo směsném rozpouštědle, do roztoku se přidává roztok radioaktivní látky Používají se pro měření nízkoenergetických zářičů - Využívá se některých organických látek, které mají dobré luminiscenční vlastnosti např. 2,5-difenyloxazol – PPO. Do roztoku scintilátoru se dále přidávají: §tzv. posunovač spektra (POPOP) §látky eliminující zhášecí vliv vody (tzv. chemické zhášení) §látky eliminující tzv. barevné zhášení §jako rozpouštědlo se používá nejčastěji toluen, ten se však nehodí pro vzorky s větším obsahem vody §pro vzorky vodné povahy se používají i jiná rozpouštědla, např. dioxan či směsi rozpouštědel §dnes se pro účely měření kapalnou scintilací používají již komerčně připravené směsi, včetně scintilátoru – tzv. scintilační koktejly §radioaktivní látka se přidává do roztoku kapalného scintilátoru v PE lahvičce · vzorek s radionuklidem je po měření nepoužitelný a vyhazuje se · 3H, 14C, 35S 14 [USEMAP] [USEMAP] [USEMAP] Schéma měření kapalnou scintilací v tzv. koincidenčním zapojení Impuls se registruje jen tehdy, je-li registrován oběma fotonásobiči. 15 [USEMAP] Schéma měření vzorku scintilačním (vlevo) a polovodičovým (vpravo) detektorem 16 [USEMAP] Rozdíly ve tvaru gama spektra při měření scintilačním a polovodičovým detektorem 17 [USEMAP] Další typy scintilačních detektorů Plastický scintilační detektor Termoluminiscenční (TLD) a fotoluminiscenční (OSL) detektory anorganické krystaly s poruchami – dozimetr obsahuje elektronové pasti, do kterých se dostanou elektrony při průletu ionizujícího záření. Po zahřátí ve tmě dochází k uvolnění elektronů, deexcitace vede ke vzniku scintilací, které se registrují. 18 [USEMAP] Stopové detektory částic jde o látky, v nichž nabité částice vyvolávají mikroskopické poruchy v jejich struktuře (slída, skla, organické polymery). Radiační stopa se zpravidla zviditelňuje leptáním. Použití: v dozimetrii a-záření (dávky způsobené radonem a jeho dceřinými produkty) Fotografická detekce ionizujícího záření Vliv radioaktivního záření na citlivou fotografickou vrstvu je podobný jako u viditelného světla. Používá se pro: Osobní filmový dozimetr §- záření § §rtg záření § §neutrony – fotografická emulze se překryje kadmiovou fólií, kde probíhá reakce 113Cd(n,)114Cd, pak se detekuje vznikající gama záření 19 Filmový dozimetr pro radiační pracovníky [USEMAP] [USEMAP] Autoradiografické metody poskytují informace o rozložení radioaktivity ve zkoumaném objektu na základě interakce ionizujícího záření s fotografickým materiálem či např. elektronicky se světlocitlivým panelem. Využití: ·výzkum distribuce radioaktivity ·průmyslová radiografie ·lékařská rtg. diagnostika 20 Obsah obrázku jídlo, kočka Popis byl vytvořen automaticky [USEMAP]