Лекция 22. Детекторы заряженных частиц и у-квантов

Основные характеристики детекторов.

Детекторами называются приборы, служащие для регистрации частиц. Они делятся на счетчики и трековые детекторы. Счетчики, или электронные детекторы, вырабатывают электрический импульс, когда в него попадает регистрируемая частица. Трековые детекторы позволяют зарегистрировать не только факт и момент попадания частицы, но и зафиксировать след (трек) частицы, воспроизводящий ее траекторию. Наибольшее распространение для детектирования ядерных излучений получили приборы, в которых используются ионизационный эффект или образование центров свечения. Применяются также методы, основанные на регистрации черепковского свечения, химических и структурных изменений в веществе, фазовых переходов и т. д.

Чтобы рассмотреть основные характеристики детекторов излучения, нет необходимости знать, какие процессы происходят в них. Для этого детектор достаточно рассматривать как устройство, на вход которого поступают частицы, а на выходе появляются сигналы (импульсы тока, вспышки света, пузырьки пара и т. п.). При этом методы регистрации и измерения сигналов также могут быть самыми разнообразными.

Важнейшей характеристикой детектора является его эффективность, определяемая как отношение числа зарегистрированных частиц к числу частиц, попавших в детектор. Для заряженных частиц эффективность регистрации большинства детекторов близка к единице. Для у-квантов и нейтронов, регистрируемых по вторичным заряженным частицам, эффективность определяется вероятностью образования таких частиц. При выборе детектора для регистрации частиц определенного вида всегда необходимо учитывать возможность появления сигналов от частиц другой природы (например, при регистрации ачастиц — образование сигналов от р-частиц и у-квантов). Для правильного учета этих факторов уже необходимо знать физические основы образования сигнала. Следует принимать во внимание и конструктивные особенности детекторов. Так, при регистрации аили мягкого p-излучения следует считаться с поглощением их воздухом и оболочкой детектора.

Другая важная характеристика детектора — разрешающее время - минимальный промежуток времени между последовательным попаданием в детектор двух частиц, когда их сигналы еще не накладываются друг на друга. Если разрешающее время сравнимо со средним временем между попаданием частиц, значительная их часть не будет подсчитана. Мерой инерционности детектора является мертвое время — время, за которое детектор, зарегистрировавший одну частицу, успевает вернуться в исходное состояние, чтобы быть готовым к регистрации следующей. Частицы, прошедшие через детектор в период мертвого времени, не регистрируются.

Пространственным разрешением детектора называется погрешность, с которой детектор может фиксировать положение частицы в пространстве. Сравнительные характеристики наиболее распространенных детекторов приведены в следующей таблице.

Электронный детектор вместе с приборами, обеспечивающими его работу (усиление сигналов, счет импульсов и т. д.), составляют счетную установку. Эффективность счетной установки нс всегда равна эффективности детектора, хотя при правильной работе число импульсов, зарегистрированных установкой, должно быть пропорционально числу импульсов, образовавшихся в детекторе. Кроме импульсов от регистрируемых установкой частиц в ней возникают и посторонние импульсы, образовавшиеся в детекторе или в электронной аппаратуре (фон установки). Очевидно, что количество фоновых импульсов необходимо свести к минимуму, выбирая наиболее подходящий детектор, аппаратуру и условия измерения.

Простейшими задачами, решаемыми с помощью электронных детекторов, являются определение активности или плотности потока излучения. Такие задачи называются радиометрическими. Более сложны спектрометрические задачи, когда изучается распределение испускаемых частиц по энергиям.

Трековые детекторы не только регистрируют акт прохождения заряженной частицы, но и позволяют определять некоторые ее характеристики по плотности ионизации, по величине пробега, по числу 5-электронов. Возможности трековых детекторов увеличиваются, если их помещают в магнитное поле. В этих случаях измерение радиуса кривизны трека дает дополнительную информацию о заряде, импульсе, массе за;

Рис. 22.1. Схема газового ионизационного детектора.

ряженной частицы.