detectori radiatii nucleare

7/28/2019 Detectori Radiatii Nucleare

1/19

1

DETECTORI DE RADIAIINUCLEARE


2/19

CUPRINS

Noiuni generale

Clasificarea detectorilor de radiaii nucleareTipuri de detectori

3.1. Camera de ionizare

3.2. Contorul GeigerMLLER

3.3. DetectorUL cu scintila

ii. FOTOMULTIPLICATORUL

3.4. DETECTORII CU SEMICONDUCTORI

3.5. CAMERA CU CEA

3.6. CAMERA CU BULE

2


3/19

1. NOIUNI GENERALE

3

Detector i i de radiaii nucleare reprezint sisteme care pun n

eviden existena radiaiilor nucleare i permit determinarea

calitativ sau cantitativ a unora dintre caracteristicile lor:

numrul de particule nucleare, energia, masa particulelor, etc.

Detectorul de radiaii nucleare convertete particulele incidentepe suprafaa sa activ n semnal electric (sarcin sau tensiune)

sub form de impulsuri.

Detectorul de radiaii este format, de regul, din dou pri

componente:

corpu l dedetecie propriu-zisconst dintr-un mediu n careradiaia nuclear produce un efect specific

sis tem u l de nreg is trarea efectului produs de particul asigur

amplificarea i prelucrarea semnalului obinut


4/19

4

Procesul fundamental al interaciunii radiaiilor nucleare cu materialul

detectorului, este dat de faptul c energia implicat n procesul deinteraciune este mai mare dect energia de legtur a electronilor din

atom i poate genera schimbri sau transformri n structura atomilor

componeni ai substanei.

mecanismele care stau la baza interaciuni radiaiilor nucleare cu

materia sunt ionizarea i emisia/conversia luminii

Particulele ncrcate produc ionizare i scintilaii iar particulele carenu au sarcin electric sunt detectate indirect prin intermediul

particulelorncrcate pe care le produc n materialul detectorului. Spre

exemple:

- fotonii produc electroni (prin efect fotoelectric extern sau efect

Compton) care la rndul lor produc ionizare- neutronii produc reacii nucleare n care apar particule ncrcate ce

produc ionizare


5/19

2. CLASIFICAREA DETECTORILOR DERADIAII NUCLEARE

5

Dup mecanismulde interaciune

Ionizare

GazoiMediul: gaze

nobile,

hidrocarburi

Solizi Mediul: siliciu,germaniu

Camere cubule

Mediul:hidrogen lichid

Emisie /Conversie de

lumin

ScintilatoriMediul: sticl,

plastic

FotomultiplicatoriMediul:

cadmium,pmnturi rare

DetectoriCerenkov

Mediul: gaz,plastic


6/19

3. TIPURI DE

DETECTORI

6


7/19

3.1. CAMERA DE IONIZARE

7

Camera de ionizare este o incint nchis, de form cilindric, n care se

gsesc doi electrozi plan paraleli i un gaz aflat n condiii normale. Ceidoi electrozi formeaz un condensator plan cu electrozii aflai la distanade 3 6 cm unul de altul.

n lungul traiectoriei particulei nucleare ncrcate care strbate gazulcamerei se produc ioni pozitivi i electroni.

Numrul perechilor de sarcini care se produc

depinde de natura radiaiei care a interacionatcu moleculele gazului i de energia lorcinetic.

Curentul de ionizare este amplificat i msurat.

Eleste proporional cu numrul total de perechi ion - electron creai departicule n unitatea de timp.

Dezavantaje:n camera de ionizare curentul obinut este mic, fapt ceduce la necesitatea folosirii unui sistem de nregistrare complicat.


8/19

3.2. CONTORUL GEIGER -MLLER

8

Contorul GeigerMller face parte din categoria de detectori cuionizare in gaz.

Acest detector are o construcie

simpl, fiind alctuit din doi

electrozi introdui ntr-un tub

de sticl sau de metal.

Tubul conine i un gaz nobil la presiune joas ( zeci de torri).

De obicei, electrozii au geometrie cilindric, anodul fiind un fir metalic,subire, dispus pe axul unui cilindru care constituie catodul. Acesta dinurm poate fi un strat conductor depus pe peretele interior al tubului de

sticl, iardac tubul exterior este metalic, va servi chiar el drept catod.ntre cei doi electrozi se aplic o diferen de potenial.

n regiunea din jurul firului central se obine un cmp electric intens ncare electronii sunt accelerai puternic i n deplasarea lor spre anodproduc ionizri n avalan.


9/19

9

La trecerea unei radiaii prin volumul contorului se produce excitarea i ionizareamoleculelor gazului.

n funcie de natura radiaiei incidente, ionizarea se poate face direct, n cazulparticulelor cu sarcin electric, sau indirect, prin intermediul electronilor smulidin peretele contorului de radiaiile X i , respectiv al unei particule ncrcaterezultate dintr-o reacie nuclear produs de neutroni. Ionii i electronii formai,dac sunt accelerai n cmp electric, pot produce la rndul lor ionizrisecundare. Caracterul descrcrii interioare depinde de tensiunea aplicat pecontor.

Sarcinile electrice aprute n urma trecerii unei particule sunt colectate iprovoac variaia ntr-un timp scurt a tensiunii aplicate pe contor, deci un puls detensiune care apare la bornele contorului i care este transmis prin condensator la

instalaia de numrare. In cazul contorului GeigerMller apare multiplicarea n gaz a sarcinilor prin

ionizri secundare, adic descrcarea n avalan. Dar, funcionarea contoruluiGeigerMller se bazeaz pe existena unui cmp electric de intensitate mare,astfel c descrcarea n avalan se intensific i este nsoit de avalanesecundare. Astfel, pulsurile de tensiune care apar au amplitudine mare (1-10 Vsau mai mult) i pot fi numrate direct, fr amplificare prealabil.

Acest detector permite numai numrarea particulelor nucleare fr adetermina alte proprieti ale acestora.

http://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=TCqsnap6a1A&feature=related


10/19

10

Msurarea radiaiilor din strlucirea mnerelor de la un ceas vechi.Materialul strlucitor este radiu si este utilizat pentru iluminarea mnere.Ceasul a fost fcut n anii 60 i 70.

Contorul Geiger contra indica un nivel maxim de radiaie aproximativ 1.23 USV.
http://translate.google.ro/?hl=ro&tab=wThttp://www.youtube.com/watch?v=YQnZWCwWgCU&feature=related


11/19

3.3. Detector cu scintilaii. FOTOMULTIPLICATORUL

11

Fenomenul pe care se bazeaz funcionarea acestor detectori constn apariia de scintilaii n cristale anorganice sau substane organice.

La baza construciei unui scintilatorstfenomenu l defluorescen care const n schimbul

de energie dintre particulele nucleare i materialul

scintilatorului. Lumina produs de scintilator este

transportat la fotomultiplicator.Fotomultiplicatorul este un instrument care

transform un semnal lum inos ntr -un

semnal electric.

El este construit dintr-un tub de sticl vidat ncare se afl: un fotocatod, un ansamblu de

dinode, un divizor de tensiune i un anod.


12/19

12

Fotonii aprui n scintilator (scintilaiile) cad pe fotocatod, caretransform fotonii n electroni (numii i fotoelectroni) prin efectfotoelectr ic. ntre fotomultiplicator i prima dinod, ntre dinode i

ntre ultima dinoda i anod se aplic diferene de potenial, cu ajutorulunui divizor de tensiune. Aceste valori cresc, ntre 900 V i 2500 V.

Sub aciunea cmpului electric, fotoelectronii sunt accelerai spreprima dinod de unde extrag prin emisie secundar mai muli electronicare sunt accelerai spre urmtoarea dinod, unde produc din nou

emisie secundar de electroni i procesul se repet. Deci dinodele au rolul de a multiplica curentul produs de fotonii

iniiali pe fotocatod (scinilatiile).

Amplitudinea pulsului de tensiune, obinut cu ajutorulfotomultiplicatorului, este proporional cu numrul de scintilaii

produse de particula ncrcat la trecerea prin cristal, deci cu energiaacesteia.

Datorit acestui fapt, detectorul cu scintilaie se folosete att lanumrarea radiaiilor nucleare ct i la msurarea energiei

acestora.


13/19

3.4. DETECTORII CU SEMICONDUCTORI

13

Interaciunea unei radiaii nucleare cu semiconductorul,genereaz electroni n banda de conducie i goluri n banda devalen care vor fi colectai i transformai n semnal ca urmarea scderii rezistivitaii jonciunii.

n funcie de numrul de perechi de sarcin formate (care suntdependente de energia radiaiei), avem intensiti diferite aleimpulsurilor nregistrate.

Purttoriidesarcin colectai, prin apl icarea uneidiferene

depotenial, formeaz un puls acrui ampl i tudine este

proporional cu energ ia part iculelor nucleare nregis trate. Datorit rezoluiei energetice foarte bune, detectorii cu

semiconductori nlocuiesc treptat ceilali detectori n cercetrilede fizic nuclear.


14/19

3.5. CAMERA CU CEA

14

Camera cu cea, cunoscut i sub numele de camer Wilson, esteutilizat pentru detecia particulelor de radiaie ionizant.

n cea mai elementar form, o camer cu cea este un mediusigilat care conine vapori de ap sau alcool, superrcii,suprasaturai. Cnd o particul alfa sau o particul beta

interacioneaz cu vaporii, i ionizeaz. Ioni irezultaisecomportca nuc le i de condensare, n jurul creia se va forma cea(deoarece amestecul este n pragul condensului).

Energiile mari ale particulelor alfa i beta nseamn c rmne ourm, datorit faptului c se produc muli ioni de-a lungul cii

particulei ncrcate electric. Aceste urme au forme distincte (deexemplu, urma unei particule alfa este larg i dreapt, iar cea a unuielectron este mai ngust i prezint semne de deviere). Cnd seaplic un cmp magnetic vertical, particulele ncrcate pozitiv inegativ vor avea traiectorii curbate n direcii opuse.


15/19

15

Traiectori i le part iculelorncrcate apar n camera cucea sub

fo rma unor u rme v i z i b i l e la o i l um ina re lateral i po t f i

fotograf iate. Traiectoriile particulelor alfa apar n majoritatea cazurilorpractic rectilinii (figura alturat).

Traiectoriile se caracterizeaz prin grosimea i continuitatea lor, carese datoreaz puternicei ionizri specifice, adic a numrului mare deperechi de ioni formai pe unitate de lungime de drum.

Pe fotografii mrite se pot vedea amnunte importante: multe traiectorii se pot termina

printr-o cotitura brusca (crlig), n alte

cazuri se vd deviaii sub unghi mic n puncte

mai mult sau mai puin deprtate de captultraiectoriei. Foarte rar, unghiul de deviaie este

mai mare; mai rar, nc, traiectoria se termin

printr-o furc.


16/19

3.6. CAMERA CU BULE

16

O camer cu bule este un vas umplut cu un lichid transparent supranclzit(cel mai adesea hidrogen lichid) folosit pentru a detecta particule ncrcate

electric care se deplaseaz prin el. A fost inventat n 1952 de Donald Glaser, pentru care acesta a primit n 1960

Premiul Nobel pentru fizic.

Camera cu bule este similar camerei cu cea n aplicaii i principiul de baz.

n mod normal este realizat prin umplerea unui cilindru mare cu un lichid nclzit

pn aproape de punctul su de fierbere.

n timp ce particulele intr n camer, un piston i reduce brusc presiunea, iarlichidul intr ntr-o faz de supranclzire, metastabil.

Particulele ncrcate creeaz o urm de ionizare n ju ru l

creia lichidul se evapor, formndbule micros copice.

Densitatea bu lelor n ju rul un ei urm e esteproporional cu

cantitatea de energie pierdut de particul.


17/19

17

Bulele cresc n mrime cu ct camera i crete volumul, pn devindestul de mari pentru a fi vzute sau fotografiate.

Cteva camere foto sunt montate n jurul ei, furniznd o imaginetridimensional a experimentului. Au fost folosite camere cu bule curezoluii pn la civa micrometrii.

ntreaga camer este supus unui cmp magnetic constant, ceea cedetermin particulele ncrcate s se deplaseze n spiral, cu razadeterminat de raportul sarcin-mas. Dat fiind c pentru toate particulelesubatomice ncrcate electric i cu via lung, sarcina lor este cea a unui

electron, iar raza de curbur este astfel proporional cu impulsul. n fotografia urmtoare se vd traseele unor particule n camera cu bule.

Camera cu bule e plasata ntr-un cmp magnetic omogen iperpendicular pe figur, astfel nct traiectoriile apar curbate ca urmare aforei Lorentz ce acioneaz asupra lor.

Traseele care parcurg camera orizontal i sunt puin curbate n sus,aparin unui fascicul de protoni.


18/19

18

Traseele spirale (n sus i n jos) aparin unui electron i unui pozitron, produica pereche sub influena unei radiaii gamma care nu este vizibila n imagine


19/19

BIBLIOGRAFIE

19

E. Badarau, I. Popescu - "Gaze ionizate", Editura tehnic, 1965

M. Oncescu - "Fizica", Ed. didactica i pedagogic, 1975

D. Poenaru, N. Vlcov - "Msurarea radiaiilor nucleare cu dispozitive

semiconductoare", Ed. Academiei, 1967

K.Mihin - "Fizica nuclear experimental", Ed. Tehnica, 1982

Internet - wikipedia.org

detectori radiatii nucleare

Documents