KURZUS: Bevezetés a nukleáris technikába

MODUL: III. modul: Az ionizáló sugárzások kölcsönhatásai, detektálása és a maghasadás

8. lecke: Detektorok

| Feldolgozandó:
A detektorok általános tulajdonságai és a detektálási hatásfok (Sükösd 6.1., 6.2.: 124-128. old.) A részecskék nyomát láthatóvá tevő detektorok (Sükösd 6.3.: 129-134. old.) Részecskeszámlálók (Sükösd 6.4., 135-142. old.) Spektrométerben használatos detektorok (Sükösd 6.5., 142-155. old.)
Tanulási célok:
A lecke anyagának feldolgozása után ismerni fogja:
a detektálási hatásfok fogalmát és összetevőit. a részecskék nyomát láthatóvá tevő detektorok működését. az ionizációs kamra, a proporcionális számláló és a GM-cső működését. a szcintillációs és a félvezető detektorok működését.
A lecke anyagának rövid összefoglalása
A detektálás során a sugárzás kölcsönhatásba lép az anyaggal és ennek a kölcsönhatásnak az eredményét érzékeljük. Az anyaggal nagyon erősen kölcsönható sugárzásokat azért nehéz érzékelni, mert nagyon rövid a hatótávolságuk, előfordulhat az is, hogy ki sem lépnek az őket kibocsátó anyagból. Azok a sugárzások pedig, amik gyengén lépnek kölcsönhatásba az anyaggal, hiába érik el a detektort, nem hagynak abban érzékelhető nyomot.
Egy detektorral nem minden részecskét tudunk érzékelni, amit a forrás kibocsát, hiszen az útja során a detektorig a részecske elbomolhat, elnyelődhet, elkerülheti a detektort vagy eltalálja ugyan, de kölcsönhatás nélkül áthaladhat rajta. Azt az arányt, amely megmutatja, hogy az összes kibocsátott részecske hányad részét detektáljuk, teljes detektálási hatásfoknak nevezzük. A teljes detektálási hatásfok a geometriai hatásfokból és a detektor belső hatásfokából tevődik össze.
A detektorokat funkciójuk szerint három nagy csoportba szokták sorolni, a részecskék nyomát láthatóvá tevő detektorok, a részecskeszámlálók és a spektrométerek. A részecskék nyomát láthatóvá tevő detektorok közé tartozik a magfizikai emulzió, a szilárdtest nyomdetektor, a ködkamra és a buborékkamra. Ezek a detektorok azt használják ki, hogy a töltéssel rendelkező részecskék az útjuk során sűrűn ionizálják a közeget. Az így keltett töltéspárok olyan fizikai vagy kémiai változások kiinduló pontjai, amelyek már vagy szabad szemmel, vagy mikroszkóppal megfigyelhetők.
A részecskeszámlálók csak valamilyen jelet adnak egy-egy részecske beérkezése esetén. Egyes részecskeszámlálók esetében a jelből egyéb információkat is meg tudunk határozni a detektált részecskéről. A részecskeszámlálók közül a legelterjedtebbek a gáztöltésű számlálók, az ionizációs kamra, a proporcionális számláló és a GM-cső.
A spektrométerek elsődleges feladata valamilyen sugárzás energia szerinti eloszlásának meghatározása. A gamma spektroszkópiában leggyakrabban a szcintillációs és a félvezető detektorokat használják. A szcintillációs detektorok a szcintillátorból és a hozzá optikailag illesztett fotoelektron-sokszorozóból állnak. A nagy tisztaságú germánium félvezető detektorokban (HPGe) egy alacsony hőmérsékletre hűtött félvezető kristályra feszültséget kapcsolunk. Mivel alacsony hőmérsékleten a félvezető szigetelőként viselkedik, az áramkörben nem folyik áram. Ionizáló részecske hatására szabad töltéshordozók keletkeznek, és amíg ezek a töltéshordozók el nem érik a megfelelő elektródákat, addig egy rövid idejű áramlökést mérhetünk. A félvezető detektorok korábbi fajtái a Ge(Li) és a Si(Li) detektorok, amik tulajdonképpen nagyméretű, záró irányban előfeszített félvezető diódák.

| Ellenőrző kérdések
1. Melyik detektor sorolható a részecske nyomát láthatóvá tevő detektorok közé?
| a) a ködkamra.
| b) az ionizációs kamra.
| c) a szcintillációs detektor.
| d) a félvezető detektor.
2. Melyik részecskeszámláló ad a detektált részecske energiájával arányos kimenő jelet?
| a) az ionizációs kamra.
| b) a proporcionális számláló.
| c) mindkettő.
| d) egyik sem.
3. Melyik fajta detektor része a fotoelektron-sokszorozó?
| a) a félvezető detektor.
| b) a GM-cső.
| c) a proporcionális számláló.
| d) a szcintillációs számláló.
Mekkora a 4 π detektorok geometriai hatásfoka?
| a) 100%.
| b) 50%
| c) 0%
| d) a detektor anyagától és a sugárzás fajtájától függ.