» » » » » » Detectoare de radiații

Detectoare de radiații

În fizica experimentală și aplicată a particulelor, fizica nucleară și ingineria nucleară, un detector de particule, de asemenea cunoscut ca un detector de radiații, este un dispozitiv utilizat pentru detectarea, urmărirea și/sau identificarea particulelor ionizante, cum ar fi cele produse prin dezintegrarea nucleară, radiații sau reacții într-un accelerator de particule. Detectoarele pot măsura energia particulelor și alte atribute, cum ar fi impuls, spin, sarcină, în plus față de simpla înregistrare a prezenței particulei.

Rezumatul tipurilor de detectoare de particule
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Detectors_summary_3.png

(Rezumatul tipurilor de detectoare de particule.)

Mulți dintre detectoare inventate și utilizate până în prezent sunt detectoare de ionizare (dintre care detectoarele de ionizare gazoasă și detectoarele cu semiconductoare sunt cele mai tipice) și detectoare de scintilație; dar s-au aplicat și alte principii complet diferite, cum ar fi radiația de lumină și radiația tranzitorie Čerenkov.

Camerele cu ceață vizualizează particulele prin crearea unui strat suprasaturat de vapori
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Alpha_radiation_in_a_cloud_chamber.jpg

(Camerele cu ceață vizualizează particulele prin crearea unui strat suprasaturat de vapori. Particulele care trec prin această regiune creează trasee de nori similare traseelor ​​de condensare ale avioanelor.)

Detectoare de ionizare gazoasă

Un contor complet Geiger, cu tubul Geiger-Muller
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Geiger_counter.jpg

(Un contor complet Geiger, cu tubul Geiger-Muller montat într-o incintă cilindrică conectată printr-un cablu la instrument.)

Detectoarele de ionizare gazoasă sunt instrumente de detectare a radiațiilor utilizate în fizica particulelor pentru a detecta prezența particulelor de ionizare, și în aplicațiile de protecție înpotriva radiațiilor pentru măsurarea radiațiilor ionizante.

Ele folosesc efectul ionizator al radiației asupra unui senzor plin cu gaz. Dacă o particulă are suficientă energie pentru a ioniza un atom sau o moleculă de gaz, electronii și ionii care rezultă provoacă un flux de curent care poate fi măsurat.

Diagrama schematică a camerei de ionizare
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Ion_chamber_operation.gif

(Diagrama schematică a camerei de ionizare cu placă paralelă, care prezintă deviația ionilor. Electronii se deplasează de obicei de 1000 de ori mai repede decât ionii pozitivi datorită masei lor mult mai mici.)

Detectoarele de ionizare gazoasă formează un grup important de instrumente utilizate pentru detectarea și măsurarea radiațiilor. Există trei regiuni principale de funcționare practice: ​​1) camere de ionizare, 2) contoare proporționale și 3) tuburi Geiger-Müller
Toate acestea au aceeași construcție de bază a doi electrozi separați prin aer sau un gaz de umplere special, dar fiecare utilizează o metodă diferită pentru a măsura numărul total de perechi de ioni care sunt colectate. Intensitatea câmpului electric între electrozi și tipul și presiunea gazului de umplere determină răspunsul detectorului la radiațiile ionizante.

Detector de urme nucleare în stare solidă

Un foton incident de energie înaltă lovind un cristal scintilator
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:PhotoMultiplierTubeAndScintillator.svg

(Schemă arătând un foton incident de energie înaltă lovind un cristal scintilator, declanșând eliberarea fotonilor cu energie redusă, care apoi sunt transformați în fotoelectroni și multiplicați în fotomultiplicator.)

Un detector de urme nucleare în stare solidă sau SSNTD (cunoscut și ca un detector de urme imprimate sau detector de urme dielectrice) este un eșantion de material solid (emulsie fotografică, cristal, sticlă sau plastic) expus radiației nucleare (neutroni sau particule încărcate, uneori și raze gama), imprimate și examinate microscopic. Mărimea și forma acestor urme oferă informații despre masa, sarcina, energia și direcția de mișcare a particulelor. Principalele avantaje față de alte detectoare de radiație sunt informațiile detaliate disponibile despre particule individuale, persistența liniilor care permit efectuarea măsurătorilor pe perioade lungi de timp și construcția simplă, ieftină și robustă a detectorului.

Baza SSNTD-urilor este aceea că particulele încărcate distrug detectorul la nivel de nanometri de-a lungul urmei. Imprimarea, în mod tipic cu durata de mai multe ore, lărgește asperitățile conice de dimensiuni micrometrice, care pot fi observate cu ajutorul microscopului. Pentru un anumit tip de particule, lungimea urmei dă energia particulei. Dacă particulele intră în suprafață la incidență normală, urmele sunt circulare; în caz contrar, elipticitatea și orientarea urmelor indică direcția de incidență.

SSNTD-urile sunt utilizate în mod obișnuit pentru a studia razele cosmice, elementele radioactive cu durată lungă de viață, concentrația radonului în case și vârsta eșantioanelor geologice.

Calorimetre

În fizica particulelor, un calorimetru este un aparat experimental care măsoară energia particulelor. Cele mai multe particule intră în calorimetru și inițiază o ploaie de particule, iar energia particulelor este depozitată în calorimetru, colectată și măsurată. Energia poate fi măsurată în ansamblul său, necesitând o izolare totală a ploii de particule, sau poate fi eșantionată. În mod tipic, calorimetrele sunt segmentate transversal pentru a furniza informații despre direcția particulei sau a particulelor, precum și despre energia depusă, iar segmentarea longitudinală poate furniza informații despre identitatea particulei pe baza formei ploii pe măsură ce se dezvoltă. Proiectarea calorimetrică este o zonă activă de cercetare în domeniul fizicii particulelor.

Detectoare plate cu microcanale

O placă cu microcanale este o componentă plană utilizată pentru detectarea particulelor unice (electroni, ioni și neutroni) și a radiațiilor ultraviolete și a radiațiilor X, cu intensitate scăzută. Este strâns legată de un multiplicator de electroni, deoarece ambele intensifică particulele singulare sau fotonii prin înmulțirea electronilor prin emisia secundară. Cu toate acestea, deoarece un detector de plăci cu microcanale are mai multe canale separate, acesta poate oferi în plus o rezoluție spațială.

Detectarea neutronilor

Există două aspecte-cheie pentru detecția eficientă a neutronilor: hardware și software. Hardware-ul de detecție se referă la tipul detectorului de neutroni folosit (cel mai frecvent utilizat astăzi este detectorul de scintilație) și la cele electronice utilizate în configurația de detectare. Mai mult, configurația hardware definește și parametrii cheie experimentali, cum ar fi distanța detectorului sursă, unghiul solid și ecranarea detectorului. Software-ul de detectare constă în instrumente de analiză care efectuează sarcini precum analiza grafică pentru a măsura numărul și energiile neutronilor care lovește detectorul.

Detectoare moderne

Detectoarele moderne din fizica particulelor combină mai multe din elementele de mai sus cu straturi asemănătoare unei cepe.

Detector ermetic

Detector ermetic
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Hermetic.png

(O schemă a componentelor de bază ale unui detector ermetic, I.P se referă la regiunea care conține punctul de interacțiune pentru particulele de coliziune, aceasta fiind o secțiune transversală a tipului cilindric tipic.)

În fizica particulelor, un detector ermetic (numit și un detector 4π) este un detector de particule conceput pentru a observa toate produsele de dezintegrare posibile ale unei interacțiuni între particulele subatomice într-un accelerator de particule prin acoperirea cât mai largă a unei zone în jurul punctului de interacțiune și încorporarea mai multor tipuri de sub-detectoare. Acestea sunt de obicei aproximativ cilindrice, cu diferite tipuri de detectoare înfășurate unul în altul în straturi concentrice; fiecare tip de detector este specializat în particule specifice, astfel încât aproape orice particulă va fi detectată și identificată. Astfel de detectoare se numesc „ermetice”, deoarece sunt construiți astfel încât mișcarea particulelor să se oprească la limitele camerei fără a se deplasa dincolo de izolator; numele „detector 4π” provine din faptul că astfel de detectoare sunt proiectate să acopere aproape toți steradienii de un unghi solid 4π în jurul punctului de interacțiune; în ceea ce privește sistemul standard de coordonate utilizat în fizica acceleratoarelor de particule, acesta este echivalent cu acoperirea întregului interval de unghi azimutal (- π ≤ φ ≤ π) și pseudorapiditate (| η | ≥ 0). În practică, particulele cu pseudorapiditate peste un anumit prag nu pot fi măsurate, deoarece sunt prea aproape paralele cu fasciculul și pot astfel trece prin detector. Această limită a intervalelor de pseudorapiditate care pot fi observate face parte din acceptanța detectorului; în general, obiectivul principal al unui detector ermetic este să maximizeze acceptarea, adică să se asigure că detectorul este capabil să măsoare cât mai mult posibil o regiune spațială de fază.

Instrumente de protecție împotriva radiațiilor

Măsurarea practică a radiațiilor utilizând instrumente calibrate pentru protecția împotriva radiațiilor este esențială pentru evaluarea eficacității măsurilor de protecție și pentru evaluarea dozei de radiații care poate fi recepționată de către persoane fizice. Instrumentele de măsurare pentru protecția împotriva radiațiilor sunt atât „instalate” (într-o poziție fixă), cât și portabile (sau transportabile).

Instrumente instalate

Instrumentele instalate sunt fixate în poziții despre care se știe că sunt importante în evaluarea pericolului general de radiații într-o zonă. Exemple sunt monitoarele de radiații „zonale”, monitoarele de interblocare gama, monitoarele de ieșire a personalului și monitoarele de particule în aer.

Monitorul de radiație de suprafață va măsura radiația ambientală, de obicei raze X, gamma sau neutroni; acestea sunt radiații care pot avea niveluri radiative semnificative într-un interval mai mare de zeci de metri de la sursa lor, acoperind astfel o arie largă.

Interfața de monitorizare a radiațiilor gamma este utilizată în aplicații pentru a preveni expunerea accidentală a lucrătorilor la o doză în exces prin împiedicarea accesului personalului într-o zonă în care există un nivel ridicat de radiație. Acestea interblochează direct accesul la proces.

Dispozitivele de monitorizare a contaminării în aer măsoară concentrația de particule radioactive în aerul ambiental pentru a se proteja de particulele radioactive care sunt ingerate sau depozitate în plămânii personalului. Aceste instrumente vor da în mod normal o alarmă locală, dar sunt adesea conectate la un sistem integrat de siguranță, astfel încât zonele de instalație să poată fi evacuate și personalul să fie împiedicat să pătrundă într-o zonă de contaminare cu aer ridicat.

Monitoarele de ieșire a personalului sunt utilizate pentru a monitoriza lucrătorii care părăsesc zona „contaminată” sau potențial contaminată. Acestea pot fi sub formă de monitoare manuale, sonde de îmbrăcăminte sau monitoare pentru tot corpul. Aceștia monitorizează suprafața corpului lucrătorilor și îmbrăcămintea pentru a verifica dacă a fost expusă la o contaminare radioactivă. Acestea măsoară în general radiații alfa sau beta sau gamma sau combinații ale acestora.

Instrumente portabile

Aparat de măsurare a camerei ionice(Aparat de măsurare a camerei ionice de mână utilizat pentru măsurarea ratei dozei de suprafață pe una dintre cele trei generatoare termoelectrice radioizotopice pentru nava spațiale Cassini.)

Instrumentele portabile sunt manuale sau transportabile. Instrumentul manual este utilizat în general ca un contor pentru a verifica în detaliu un obiect sau persoană sau pentru a evalua o zonă în care nu există instrumente instalate. Acestea pot fi, de asemenea, utilizate pentru monitorizarea personalului sau pentru verificarea contaminării personalului în teren. Acestea, în general, măsoară radiații alfa, beta sau gamma sau combinații ale acestora.

Instrumentele transportabile sunt, în general, instrumente care pot fi instalate permanent, dar sunt plasate temporar într-o zonă pentru a asigura o monitorizare continuă în cazul în care este probabil că va exista un pericol. Astfel de instrumente sunt adesea instalate pe cărucioare pentru a permite deplasarea ușoară și sunt asociate cu situații operaționale temporare.

Detectoare de particule în cercetare

Detectoarele proiectate pentru acceleratoarele moderne sunt uriașe, atât în ​​dimensiune cât și în costuri. Termenul contor este adesea folosit în locul detectorului atunci când detectorul numără particulele, dar nu se ocupă de energie sau ionizare. De asemenea, detectoarele de particule pot urmări de obicei radiațiile ionizante (fotoni de energie înaltă sau chiar lumină vizibilă). Dacă scopul lor principal este măsurarea radiațiilor, ele sunt numite detectoare de radiație, dar, în timp ce fotonii sunt și particule (fără masă), termenul detector de particule este încă cel corect.

Summary
Review Date
Reviewed Item
Detectoare de radiații
Author Rating
51star1star1star1star1star

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.