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
Závislost velikosti náboje po ionizaci na vloženém vstupním napětí
ionizační komory
2
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
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
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
6
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
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.
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 díraelektron
a tím i ke vniku velkého počtu proudových impulsů
detektory z velmi čistého Ge se chladí pouze během měření
 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
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
Běžné typy fotonásobičů
12
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
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
Schéma měření kapalnou scintilací v tzv. koincidenčním zapojení
Impuls se registruje jen tehdy, je-li registrován oběma fotonásobiči.
15
Schéma měření vzorku scintilačním (vlevo) a polovodičovým (vpravo)
detektorem
16
Rozdíly ve tvaru gama spektra při měření scintilačním a
polovodičovým detektorem
17
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
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 -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
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