ДЕТЕКТОРЫ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

ДЕТЕКТОРЫ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ,приборы для регистрации альфа-и бета-частиц, рентгеновского и гамма-излучения, нейтронов, протонов и т. п. Служат для определения состава излучения и измерения его интенсивности (см. такжеДозиметрия),измерения спектра энергий частиц, изучения процессов взаимодействия быстрых частиц с атомными ядрами и процессов распада нестабильных частиц. Для последней наиболее сложной группы задач особенно полезны Д. я. и., позволяющие запечатлевать траектории отдельных частиц -Вильсона камераи её разновидностьдиффузионная камера, пузырьковая камера, искровая камера, ядерные фотографические эмульсии.Действие всех Д. я. и. основано на ионизации или возбуждении заряженными частицами атомов вещества, заполняющего рабочий объём Д. я. и. В случае у-квантов и нейтронов ионизацию и возбуждение производят вторичные заряженные частицы, возникающие в результате взаимодействия гамма-квантов или нейтронов с рабочим веществом детектора (см.Гамма-излучение, Нейтрон).Т. о., прохождение всех ядерных частиц через вещество сопровождается образованием свободных электронов, ионов, возникновением световых вспышек(сцинтилляций),а также химич. и тепловыми эффектами. В результате этого излучения могут быть зарегистрированы по появлению электрич. сигналов (тока или импульсов напряжения) на выходе Д. я. и. либо по почернению фотоэмульсии и др. Электрич. сигналы обычно невелики и требуют усиления (см.Ядерная электроника).Мерой интенсивности потока ядерных частиц является сила тока на выходе Д. я. и., средняя частота следования электрич. импульсов, степень почернения фотоэмульсии и т. д. Важной характеристикой Д. я. и., регистрирующих отдельные частицы, является их эффективность - вероятность регистрации частицы при попадании её в рабочий объём Д. я. и. Эффективность определяется конструкцией Д. я. и. и свойствами рабочего вещества. Для заряженных частиц (за исключением очень медленных) она близка к 1; эффективность регистрации нейтронов и у-квантов обычно меньше 1 и зависит от их энергии. Нередко необходимо, чтобы Д. я. и. был чувствителен только к частицам одного вида (напр., нейтронный детектор не должен регистрировать у-кванты).

Простейшим Д. я. и. являетсяионизационная камера.Она представляет собой помещённый в герметич. камеру заряженный электрич. конденсатор, заполненный газом. Если в камеру влетает заряженная частица, то в электрич. цепи, связанной с электродами камеры, возникает ток, обусловленный ионизацией атомов газа; сила тока является мерой интенсивности потока частиц. Камеры используются также и в режиме регистрации импульса напряжения, вызываемого отдельной частицей; величина импульса пропорциональна энергии, потерянной частицей в газе камеры. Ионизационные камеры регистрируют все виды ядерных излучений, но их конструкция и состав газа зависят от типа регистрируемого излучения.

При увеличении разности потенциалов между электродами камеры электроны, возникающие в рабочем объёме камеры, при своём движении к электроду приобретают энергию, достаточную для вторичной ионизации нейтральных молекул газа. Благодаря этому импульс напряжения на выходе возрастает и его легче регистрировать. На описанном принципе основана работапропорционального счётчика,применяемого для измерения интенсивности потока и энергии частиц и квантов.

ВГейгера - Мюллера счётчикенапряжённость электрич. поля между электродами имеет ещё большую величину, что приводит к возрастанию ионизационного тока за счёт вторичной ионизации. Амплитуда импульса на выходе перестаёт быть пропорциональной энергии первичной частицы, однако эта амплитуда становится весьма большой, что облегчает регистрацию импульсов. Счётчики Гейгера - Мюллера благодаря простоте конструкции получили широкое распространение для регистрации а-, В-частиц и у-квантов.

Действие сцинтилляционного детектора основано на явлениифлуоресценции,возникающей при взаимодействии ядерных частиц со сцинтилляторами -спец. жидкостями, пластмассами, кристаллами, а также благородными галами. Световая вспышка регистрируетсяфотоэлектронным умножителем,преобразующим её в электрич. импульс. Сцинтил-ляционные Д. я. и. обладают высокой эффективностью для у-квантов и быстродействием. Амплитуды выходного сигнала пропорциональны энергии, переданной сцинтиллятору частицей, что позволяет использовать эти детекторы для измерения энергии ядерных частиц (см.Сцинтилляционный спектрометр).Высокая эффективность сцинтилляционных Д. я. и. обусловлена тем, что, в отличие от ионизационных камер, пропорциональных счётчиков и счётчиков Гейгера - Мюллера, рабочее вещество детектора является плотным и поглощающая способность его примерно в 10³раз превосходит поглощающую способность газа при давлении ~ 1атм.

Высокой эффективностью обладает такжекристаллический счётчик.Его действие аналогично действию ионизационной камеры. Если в ионизационной камере заряженная частица образует свобедные электроны и ионы, то в кри-сталлич. диэлектрич. (алмаз, сернистый цинк и др.) счётчике возникают электронно-дырочные пары. Кристаллич. счётчики применяются сравнительно редко.

Использование в качестве рабочего вещества полупроводниковых кристаллов (обычно кремния или германия с примесью лития) позволяет наряду с высокой эффективностью получать очень хорошее энергетическое разрешение, превышающее разрешающую способность сцинтилляционных Д. я. и. и сравнимое с разрешением, достигаемым в гораздо менее светосильных магнитных спектрометрах (см.Бета-спектрометр).Поэтому полупроводниковые Д. я. и. широко применяются для прецизионных измерений энергетич. спектра ядерного излучения (см.Полупроводниковый спектрометр).Нек-рые типы полупроводниковых детекторов необходимо охлаждать до темп-р, близких к темп-ре жидкого азота.

Для измерения энергии очень быстрых частиц находит применение черен-ковский счётчик, основанный на регистрацииЧеренкова-Вавилова излучения.Для регистрации быстрых тяжёлых ионов, напр, осколков деления ядер, иногда используют диэлектрические детекторы.

Лит.:Калашникова В. И., К о-зодаев М. С., Детекторы элементарных частиц, М., 1966 (Экспериментальные методы ядерной физики, [ч. 1]); Принципы и методы регистрации элементарных частиц, сост. ред. Л. К. Юан и Цзянь-сюн By, пер. с англ., М., 1963; Иванов В. И., Дозиметрия ионизирующих излучений, М., 1964.В. П. Парфёнова, Н. Н.Делягин.

детекторы ядерных излучений—приборы для регистрации альфа и бетачастиц рентгеновского и гаммаизлучения нейтронов протонов и т.п. Служат для определения состава излучения и измерения его интенсивност...Большая Советская энциклопедия II