Tehnologija mjerenja zračenja

Detektora s praćenjem

Kad se nabijena čestica uspori i zaustavi u kruti tvari, energija koja se taloži na svom tragu može uzrokovati trajnu štetu na materijalu. Teško je promatrati izravne dokaze o ovoj lokalnoj šteti, čak i pod pažljivim mikroskopskim pregledom. U određenim dielektričnim materijalima, međutim, prisutnost oštećene staze može se otkriti kemijskim jetkanjem (erozijom) površine materijala pomoću otopine kiseline ili baze. Ako su nabijene čestice ozračile površinu u određeno vrijeme, tada svaka ostavlja trag oštećenog materijala koji počinje na površini i proteže se do dubine koja je jednaka rasponu čestica. U materijalima koji se biraju odabir, brzina kemijskog jedrenja duž ove staze veća je od brzine jetkanja neoštećene površine. Stoga, kako jedrenje napreduje, na mjestu svakog kolosijeka formira se jama. Za nekoliko sati ove jame mogu postati dovoljno velike da se mogu vidjeti izravno pod mikroskopom male snage. Mjerenje broja ovih jama po jedinici površine tada je mjera protoka čestica kojima je izložena površina.

Postoji minimalna gustoća oštećenja na stazi koja je potrebna prije nego što je brzina jetkanja dovoljna za stvaranje jame. Kako gustoća oštećenja korelira s dE / dx čestice, ona je najviša za najteže nabijene čestice. U bilo kojem materijalu potrebna je određena minimalna vrijednost za dE / dx prije nego što se jame razviju. Na primjer, u rudnicima sljubke opažaju se jame samo iz energetski teških iona čija je masa 10 ili 20 atomskih jedinica mase ili veća. Mnogi su uobičajeni plastični materijali osjetljiviji i razvit će jezgra jetkanja za ione male mase poput helija (alfa čestica). Neke posebno osjetljive plastike poput celuloznog nitrata razvit će jame čak i za protone, koji najmanje oštećuju teške nabijene čestice. Nisu pronađeni materijali koji bi stvorili jame za tragove malog dE / dx brzih elektrona. Ovo ponašanje praga čini takve detektore potpuno neosjetljivim na beta čestice i gama zrake. Taj se imunitet može iskoristiti u nekim aplikacijama gdje se moraju registrirati slabi tokovi teških nabijenih čestica u prisutnosti intenzivnijih pozadina gama zraka. Na primjer, mnoga mjerenja u okolišu alfa čestica proizvedenih raspadanjem plinova radona i njegovih proizvoda kćeri izrađeni su plastičnim filmom traka-etch filma. Pozadina sveprisutnih gama zraka dominirala bi reakcijama mnogih drugih vrsta detektora u ovim okolnostima. Pokazalo se da se u nekim materijalima trag oštećenja nalazi u materijalu neodređeno vrijeme, a jame se mogu ugušiti mnogo godina nakon izlaganja. Na svojstva jetkanja mogu, međutim, utjecati izlaganje svjetlu i visokim temperaturama, pa treba biti oprezan kod dužeg skladištenja izloženih uzoraka kako bi se spriječilo izblijedjivanje tragova oštećenja.

Razvijene su automatizirane metode za mjerenje gustoće jezgre jezgre pomoću faza mikroskopa zajedno s računalima s odgovarajućim softverom za optičku analizu. Ovi sustavi mogu biti donekle diskriminirani u odnosu na „artefakte“, poput ogrebotina na površini uzorka, i mogu pružiti razumno precizno mjerenje broja zapisa na jedinici površine. Druga tehnika uključuje relativno tanke plastične folije, u kojima se tragovi potpuno utiskuju kroz film kako bi tvorili male rupe. Te se rupe mogu automatski prebrojati tako da film lagano prođe između skupa visokonaponskih elektroda i elektronički broji iskre koje se javljaju tijekom prolaska rupe.

Neutronske aktivacijske folije

Za energiju zračenja nekoliko MeV i nižih, nabijene čestice i brzi elektroni ne izazivaju nuklearne reakcije u apsorberskim materijalima. Gama zrake s energijom ispod nekoliko MeV također ne induciraju reakcije jezgrama. Stoga, kada gotovo bilo koji materijal bude bombardiran tim oblicima zračenja, jezgre ostaju netaknute i ne izaziva se radioaktivnost u ozračenom materijalu.

Među uobičajenim oblicima zračenja, neutroni su izuzetak od ovog općeg ponašanja. Budući da ne nose naboj, neutroni čak i male energije mogu lako komunicirati s jezgrama i izazvati širok izbor nuklearnih reakcija. Mnoge od tih reakcija dovode do radioaktivnih proizvoda čija se prisutnost kasnije može mjeriti pomoću konvencionalnih detektora kako bi se osjetila zračenja koja nastaju tijekom raspada. Na primjer, mnoge vrste jezgara apsorbirat će neutron za proizvodnju radioaktivnog jezgra. Tijekom vremena u kojem je uzorak ovog materijala izložen neutronima, akumulira se populacija radioaktivnih jezgara. Kada se uzorak ukloni izlaganjem neutrona, populacija će propadati s danim poluživotom. U ovom se raspadu gotovo uvijek emitira neka vrsta zračenja, često beta čestice ili gama zrake ili oboje, što se zatim može prebrojati pomoću jedne od aktivnih metoda otkrivanja opisanih u nastavku. Budući da se može povezati s razinom inducirane radioaktivnosti, intenzitet protoka neutrona kojem je uzorak izložen može se utvrditi iz ovog mjerenja radioaktivnosti. Da bi se izazvala dovoljna radioaktivnost koja bi omogućila razumno precizno mjerenje, potrebni su relativno intenzivni tokovi neutrona. Stoga se aktivacijske folije često koriste kao tehnika za mjerenje neutronskih polja oko reaktora, akceleratora ili drugih intenzivnih izvora neutrona.

Materijali poput srebra, indija i zlata obično se koriste za mjerenje sporih neutrona, dok su željezo, magnezij i aluminij mogući izbor za mjerenje brzih neutrona. U tim slučajevima, poluživot inducirane aktivnosti je u rasponu od nekoliko minuta do nekoliko dana. Da bi se stvorila populacija radioaktivnih jezgara koja se približava maksimalno mogućem, poluživot inducirane radioaktivnosti trebao bi biti kraći od vremena izloženosti neutronskom toku. Istodobno, poluživot mora biti dovoljno dug da bi se omogućilo prikladno brojanje radioaktivnosti nakon što je uzorak uklonjen iz neutronskog polja.