Gassformet ioniseringsdetektor - Gaseous ionization detector

Plott av variasjon av ioneparstrømmen mot påført spenning for en gassformet strålingsdetektor.

Gassformige ioniseringsdetektorer er strålingsdeteksjonsinstrumenter som brukes i partikkelfysikk for å oppdage tilstedeværelsen av ioniserende partikler, og i strålingsbeskyttelsesapplikasjoner for å måle ioniserende stråling .

De bruker den ioniserende effekten av stråling på en gassfylt sensor. Dersom en partikkel har nok energi til å ionisere en gass- atom eller molekyl, de resulterende elektroner og ioner forårsaker en strøm som kan måles.

Gassformede ioniseringsdetektorer utgjør en viktig gruppe instrumenter som brukes til strålingsdeteksjon og måling. Denne artikkelen gir en rask oversikt over hovedtypene, og mer detaljert informasjon finner du i artiklene på hvert instrument. Det medfølgende plottet viser variasjonen av generering av ionepar med varierende påført spenning for konstant innfallende stråling. Det er tre viktigste praktiske driftsregioner, hvorav den ene typen bruker.

Typer

Familier av ioniserende strålingsdetektorer

De tre grunnleggende typene gassformede ioniseringsdetektorer er 1) ioniseringskamre , 2) proporsjonale tellere og 3) Geiger – Müller-rør

Alle disse har samme grunnleggende utforming av to elektroder atskilt med luft eller en spesiell fyllgass, men hver bruker en annen metode for å måle det totale antallet ionepar som samles opp. Styrken til det elektriske feltet mellom elektrodene og typen og trykket på fyllgassen bestemmer detektorens respons på ioniserende stråling .

Ioniseringskammer

Skjematisk diagram av ionekammer, som viser driv av ioner. Elektroner driver vanligvis 1000 ganger raskere enn positive ioner på grunn av deres mye mindre masse.

Ioniseringskamre opererer med lav elektrisk feltstyrke, valgt slik at ingen gassmultiplikasjon finner sted. Ionestrømmen genereres ved å lage "ionepar", bestående av et ion og et elektron. Ionene driver til katoden mens frie elektroner driver til anoden under påvirkning av det elektriske feltet. Denne strømmen er uavhengig av den påførte spenningen hvis enheten drives i "ionkammerområdet". Ionekamre foretrekkes for høye stråledosehastigheter fordi de ikke har "dødtid"; et fenomen som påvirker nøyaktigheten til Geiger – Müller-røret ved høye doser.

Fordelene er god, ensartet respons på gammastråling og nøyaktig total doseavlesning, som er i stand til å måle svært høye strålingshastigheter, vedvarende høye strålingsnivåer nedbryter ikke fyllgassen.

Ulempene er 1) lav ytelse som krever sofistikert elektrometerkrets og 2) drift og nøyaktighet som lett påvirkes av fuktighet.

Proporsjonal teller

Generasjonen av diskrete Townsend-skred i en proporsjonal teller.

Forholdsmessige tellere fungerer med litt høyere spenning, valgt slik at det genereres diskrete skred . Hvert ionepar produserer et enkelt skred slik at det genereres en utgangsstrømspuls som er proporsjonal med energien som avsettes av strålingen. Dette er i regionen "proporsjonal telling". Uttrykket "gass proporsjonal detektor" (GPD) brukes vanligvis i radiometrisk praksis, og egenskapen til å være i stand til å oppdage partikkel energi er spesielt nyttig når man bruker store flate matriser for alfa og beta partikkel deteksjon og diskriminering, slik som i installert personell overvåkingsutstyr.

Den trådkammer er en multi-elektrode form av proporsjonalt brukt som et forskningsverktøy.

Fordelene er evnen til å måle strålingsenergi og gi spektrografisk informasjon, skille mellom alfa- og betapartikler, og at detektorer med stort område kan konstrueres

Ulempene er at anodetrådene er delikate og kan miste effektiviteten i gassstrømningsdetektorer på grunn av avsetning, effektiviteten og driften som påvirkes av inntrenging av oksygen i fyllgass, og målevinduer som lett blir skadet i detektorer i stort område.

Mikropattern gassdetektorer (MPGDs) er gassformede detektorer med høy granularitet og avstander under millimeter mellom anoden og katodeelektrodene. De viktigste fordelene med disse mikroelektroniske strukturene i forhold til tradisjonelle ledningskamre inkluderer: tellehastighet, tid og posisjonsoppløsning, granularitet, stabilitet og strålingshardhet. Eksempler på MPGDs er de mikrogasskammeret , den gass-elektron-multiplikator og Micromegas detektoren .

Geiger – Müller-rør

Visualisering av spredningen av Townsend snøskred ved hjelp av UV-fotoner

Geiger – Müller-rør er de viktigste komponentene i Geiger-tellere . De opererer med enda høyere spenning, valgt slik at hvert ionepar skaper et skred, men ved utslipp av UV-fotoner opprettes flere skred som sprer seg langs anodetråden, og det tilstøtende gassvolumet ioniserer fra så lite som et enkelt ion parhendelse. Dette er "Geiger-regionen" i operasjonen. Strømimpulsene som produseres av de ioniserende hendelsene overføres til prosesseringselektronikk som kan utlede en visuell visning av tellehastighet eller strålingsdose, og vanligvis når det gjelder håndholdte instrumenter, en lydenhet som gir klikk.

Fordelene er at de er en billig og robust detektor med et stort utvalg av størrelser og applikasjoner, stort utgangssignal produseres fra rør som krever minimal elektronisk behandling for enkel telling, og det kan måle den totale gammadosen når du bruker et energikompensert rør .

Ulempene er at den ikke kan måle energien til strålingen (ingen spektrografisk informasjon), den vil ikke måle høye strålingshastigheter på grunn av død tid, og vedvarende høye strålingsnivåer vil nedbryte fyllgass.

Veiledning om bruk av detektortype

UK Health and Safety Executive har utstedt en veiledningsnotat om riktig bærbart instrument for den aktuelle applikasjonen. Dette dekker alle stråleinstrumentteknologier og er nyttig for å velge riktig gassformet ioniseringsdetektorteknologi for et måleprogram.

Daglig bruk

Ioniserings-type røykvarslere er gassformige ioniseringsdetektorer i utbredt bruk. En liten kilde til radioaktivt americium er plassert slik at den holder strøm mellom to plater som effektivt danner et ioniseringskammer. Hvis det kommer røyk mellom platene der ionisering foregår, kan den ioniserte gassen nøytraliseres, noe som fører til redusert strøm. Nedgangen i strøm utløser en brannalarm.

Se også

Referanser