Tuikeilmaisimet ovat yksi alkuainehiukkasten havaitsemiseen suunniteltuja mittauslaitteita. Niiden ominaisuus on, että lukeminen tapahtuu valoherkkien järjestelmien avulla. Ensimmäistä kertaa näitä laitteita käytettiin vuonna 1944 mittaamaan uraanin säteilyä. Ilmaisimia on useita tyyppejä työaineen tyypistä riippuen.
Kohde
Tuikeilmaisimia käytetään laaj alti seuraaviin tarkoituksiin:
- ympäristön säteilysaasteiden rekisteröinti;
- radioaktiivisten aineiden analyysi ja muut fysikaaliset ja kemialliset tutkimukset;
- käytä elementtinä monimutkaisempien ilmaisinjärjestelmien käynnistämiseen;
- aineiden spektrometrinen tutkimus;
- signalointikomponentti säteilysuojelujärjestelmissä (esimerkiksi annosmittauslaitteet, jotka on suunniteltu ilmoittamaan aluksen saapumisesta radioaktiivisen saastumisen vyöhykkeelle).
Laskurit voivat tuottaa molemmat laadukkaat rekisteröinnitsäteily ja mittaa sen energia.
Ilmastimien järjestely
Tuikesäteilyilmaisimen perusrakenne on esitetty alla olevassa kuvassa.
Laitteiston pääelementit ovat seuraavat:
- valovahvistin;
- tuike, joka on suunniteltu muuttamaan kidehilan viritys näkyväksi valoksi ja välittämään sen optiseen muuntimeen;
- optinen kosketin kahden ensimmäisen laitteen välillä;
- jännitteenvakain;
- elektroninen järjestelmä sähköisten impulssien tallentamiseen.
Tyypit
Tuikeilmaisimien päätyypit on luokiteltu seuraavalla tavalla säteilylle altistuessaan fluoresoivan aineen tyypin mukaan:
- Epäorgaaniset alkalihalogenidimittarit. Niitä käytetään alfa-, beeta-, gamma- ja neutronisäteilyn rekisteröintiin. Teollisuudessa tuotetaan useita erityyppisiä yksittäiskiteitä: natriumjodidia, cesiumia, kaliumia ja litiumia, sinkkisulfidia, maa-alkalimetallivolframaatit. Ne aktivoituvat erityisillä epäpuhtauksilla.
- Orgaaniset yksikiteet ja läpinäkyvät ratkaisut. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat: antraseeni, tolane, trans-stilbeeni, naftaleeni ja muut yhdisteet, toiseen ryhmään kuuluvat terfenyyli, antraseenin ja naftaleenin seokset, kiinteät liuokset muovissa. Niitä käytetään ajan mittaamiseen ja nopeiden neutronien havaitsemiseen. Aktivoivat lisäaineet orgaanisissa tuikeaineissa eivät oleosallistua.
- Kaasuväliaine (He, Ar, Kr, Xe). Tällaisia ilmaisimia käytetään pääasiassa raskaiden ytimien fissiofragmenttien havaitsemiseen. Säteilyn aallonpituus on ultraviolettispektrissä, joten ne vaativat asianmukaiset valodiodit.
Tuikeneutroniilmaisimissa, joiden kineettinen energia on enintään 100 keV, käytetään sinkkisulfidikiteitä, jotka on aktivoitu boori-isotoopilla, jonka massaluku on 10, ja 6Li. Kun alfahiukkasia rekisteröidään, sinkkisulfidia levitetään ohuena kerroksena läpinäkyvälle alustalle.
Orgaanisista yhdisteistä tuikemuovit ovat yleisimmin käytettyjä. Ne ovat luminoivien aineiden liuoksia suurimolekyylisissä muoveissa. Useimmiten tuikemuoveja valmistetaan polystyreenin pohj alta. Ohuita levyjä käytetään alfa- ja beetasäteilyn rekisteröintiin ja paksuja gamma- ja röntgensäteitä. Ne valmistetaan läpinäkyvien kiillotettujen sylintereiden muodossa. Muihin tuiketyyppeihin verrattuna muovituikeilla on useita etuja:
- lyhyt välähdysaika;
- mekaanisten vaurioiden, kosteudenkestävyys;
- ominaisuuksien pysyvyys suurilla säteilyannoksilla;
- halvat kustannukset;
- helppo tehdä;
- korkea rekisteröintitehokkuus.
Photomupliers
Tämän laitteen tärkein toiminnallinen komponentti on valomonistin. Se on asennettu elektrodijärjestelmälasiputkessa. Suojatakseen ulkoisilta magneettikentiltä se asetetaan metallikoteloon, joka on valmistettu materiaalista, jolla on korkea magneettinen läpäisevyys. Tämä suojaa sähkömagneettisilta häiriöiltä.
Valomonistimessa valon välähdys muunnetaan sähköimpulssiksi, ja myös sähkövirta vahvistuu elektronien toissijaisen emission seurauksena. Virran määrä riippuu dynodien lukumäärästä. Elektronien fokusoituminen tapahtuu sähköstaattisen kentän vuoksi, joka riippuu elektrodien muodosta ja niiden välisestä potentiaalista. Poistetut varautuneet hiukkaset kiihtyvät elektrodien välisessä tilassa ja putoavat seuraavalle dynodille aiheuttavat uuden emission. Tästä johtuen elektronien määrä kasvaa useita kertoja.
Tuikeilmaisin: miten se toimii
Laskurit toimivat näin:
- Varattu hiukkanen joutuu tuikeaineen työaineeseen.
- Tapahtuu kide-, liuos- tai kaasumolekyylien ionisaatiota ja virittymistä.
- Molekyylit lähettävät fotoneja ja sekunnin miljoonasosien kuluttua ne palaavat tasapainoon.
- Valomonistimessa valon salama "vahvistuu" ja osuu anodiin.
- Anodipiiri vahvistaa ja mittaa sähkövirtaa.
Tuikeilmaisimen toimintaperiaate perustuu luminesenssin ilmiöön. Näiden laitteiden pääominaisuus on muunnostehokkuus - valon välähdyksen energian suhde tuikeaineen aktiivisessa aineessa olevan hiukkasen menettämään energiaan.
Hyvät ja huonot puolet
Tuikesäteilyilmaisimien etuja ovat:
- korkea tunnistustehokkuus, erityisesti suurienergisille lyhyta altoisille gammasäteille;
- hyvä ajallinen resoluutio, eli kyky antaa erillinen kuva kahdesta kohteesta (se saavuttaa 10-10 s);
- havaittujen hiukkasten energian samanaikainen mittaus;
- mahdollisuutta valmistaa erimuotoisia laskureita, teknisen ratkaisun yksinkertaisuus.
Näiden laskurien haittana on alhainen herkkyys pienienergiaisille hiukkasille. Kun niitä käytetään osana spektrometrejä, saatujen tietojen käsittelystä tulee paljon monimutkaisempaa, koska spektrillä on monimutkainen muoto.
