ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ПРИЕМНИКОВ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Выполнил:
студент группы V3436
Павлюк А.С.
Проверил:
доктор ф.-м. н.
Золотарев В.М.
Санкт-Петербург
Содержание
Счетчик Гейгера. 3
Пропорциональный счетчик. 5
Сцинтилляционный счетчик. 7
Заключение. 9
Список использованной литературы.. 10
Счетчик Гейгера
Счетчик Гейгера – газоразрядный прибор для автоматического подсчета числа ионизирующих частиц, попавших в него. Счетчик Гейгера получил широкое применение благодаря высокой чувствительности, возможности регистрировать разного рода излучение и сравнительно простому устройству.
Устройство:
Рисунок 1 – Схема счетчика Гейгера
Счетчик Гейгера представляет собой наполненный газом конденсатор. При пролете ионизирующей частицы через объем газа конденсатор пробивается, что составляет один отсчет. Дополнительная электронная схема обеспечивает счетчик питанием, как правило, не менее 300 В. С помощью схемы можно также обеспечить подсчет количества разрядов и гашение разряда. Исходя из последнего счетчики делятся на несамогасящиеся и самогасящиеся, то есть не требующие внешней схемы прекращения разряда.
Принцип действия:
Цилиндрический счетчик состоит из металлической трубки и металлической нити, натянутой по оси металлической трубки. Нить служит анодом, а трубка – катодом. Трубка заполняется разреженным газом. Обычно это аргон или неон. Между катодом и анодом создается напряжение от сотен до тысяч вольт в зависимости от материала электродов, их размеров и газа-наполнителя.
Ионизирующее излучение, попадая на стенки счетчика, выбивают из него электроны. Электроны сталкиваются с атомами газа выбивают из атомов другие электроны. В результате образуются свободные электроны и положительные ионы. Разгоняясь под действием электрического поля, электроны разгоняются до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, количество носителей заряда увеличивается. При достаточно большой напряженности поля ионы приобретают энергию, которой становится достаточно для образования вторичной лавины, способной поддерживать самостоятельный разряд конденсатора. Счетчик Гейгера отличается от пропорционального счетчика именно возникновением вторичных лавин. Напряженность поля в последнем не достаточна для возникновения вторичных лавин, и разряд прекращается после первичной лавины.
При возникновении вторичной лавины ионов в счетчике Гейгера на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается на регистрирующее устройство. Для регистрации следующей частицы необходимо погасить лавинный разряд. Это происходит автоматически. Когда на сопротивлении R появляется большое падение напряжения, напряжение между катодом и анодом резко падает и разряд прекращается. Для ускорения гашения могут использоваться специальные схемы. Они принудительно снижают напряжение на счетчике, что позволяет уменьшить анодное сопротивление и увеличить уровень сигнала. Кроме того, для ускорения гашения разряда в газовую среду счетчика иногда добавляют небольшое количество галогена или органического соединения, чаще спирты, с относительно большой молекулярной массой. Эти молекулы взаимодействуют с положительными ионами и образуют ионы с большей массой и меньшей подвижностью. Кроме того, тяжелые молекулы хорошо поглощают ультрафиолетовое излучение разряда. Благодаря этим двум факторам, происходит быстрое самопроизвольное гашение.
Стоит отметить, что спирты разрушаются при каждом импульсе, поэтому такие счетчики имеют ограниченный срок годности. В галогенных счетчиках распавшиеся молекулы восстанавливаются, поэтому их срок службы оказывается выше.
Пропорциональный счетчик
Пропорциональный счетчик – это газовый детектор ионизирующего излучения. Принцип его работы заключается в процессе лавинного усиления заряда в цилиндрическом электрическом поле. В отличие от счетчика Гейгера, пропорциональный счетчик позволяет не только зафиксировать факт прохождения частицы, но и измерить величину ионизации, оставленной заряженной частицей.
Устройство:
Пропорциональный счетчик представляет собой цилиндрическую металлическую трубку, по оси которой натянута тонка проволока – счетный провод. Трубка наполнена специальным газом, например аргоном с добавлением метана. К счетному проводу приложено высокое напряжение. Провод является анодом, то есть заряжен положительно, а стенки трубки являются катодом, то есть имеют отрицательный заряд. Сбоку на трубке имеется окно, закрытое материалом, проницаемым для рентгеновского излучения. Измерительная электроника вырабатывает импульсы напряжения, амплитуда которых зависит от энергии поглощенных рентгеновских квантов. Таким образом производится усиление слабых сигналов.
Рисунок 2 – Схема пропорционального счетчика
Принцип действия:
Квант рентгеновского излучения проникает в трубку через окно в газовую камеру счетчика и ионизирует атомы и молекулы газа. Положительно заряженные ионы движутся к стенке трубки, а свободные электроны стремятся к счетному проводу. Число образовавшихся электрон-ионных пар пропорционально энергии рентгеновского кванта.
Первичные электроны стремятся к счетному проводу под действием приложенного электрического поля, которое имеет цилиндрическую симметрию. Величина напряжения выбирается таким образом, чтобы электроны набрали достаточную энергию для последующей ионизации атомов и молекул газа. Один электрон может создать до 10000 вторичных электрон-ионных пар. Таким образом достигается усиление, позволяющее зарегистрировать небольшие по энергии кванты рентгеновского излучения.