Источники излучений и детекторы в ядерной геофизике, схемы измерений

Чувствительные элементы для измерения радиоактивности

Чувствительные элементы (их называют также детекторами) - служат для определения интенсивности и энергетического спектра ядерных излучений путем преобразования энергии радиоактивного излучения в электрическую энергию. В аппаратуре для ядерно-геофизических исследований в качестве чувствительных элементов используют ионизационные камеры, счетчики Гейгера — Мюллера, полупроводниковые детекторы, сцинтилляционные счетчики, термолюминесцентные кристаллы.

Схемы чувствительных элементов (детекторов) для приборов, используемых при ядерно-геофизических наблюдениях, 1— ионизационная камера; 2 — счетчик Гейгера — Мюллера; 3 — полупроводниковый кри-сталл; 4 — сцинтилляционный счетчик; 5 — термолюминесцентный кристалл; СЦ— сцинтилля-тор; ФЭУ — фотоэлектронный умножитель

В ионизационной камере находятся газ и два электрода, к которым подводят напряжение в несколько сотен вольт. Под действием альфа-, бета-лучей или вторичных заряженных частиц, возникающих при поглощении нейтронов, газ ионизируется, а сво-бодные электроны и ионы движутся к электродам. В результате в цепи возникает ток. Измеряя его или разность потенциалов, можно определить интенсивность излучений, вызывающих ионизацию.

В счетчиках Гейгера-Мюллера, называемых также газоразрядными, в баллоне под пониженным давлением находятся инертный газ и два электрода под высоким напряжением (до 1000 В). При появлении хотя бы одной пары ионов возникает краткий разряд. При облучении баллона гамма-квантами возникают вторичные заряженные частицы (ионы и электроны), и в нем наблюдается система разрядов в виде импульсов тока, которые можно зафиксировать.

Полупроводниковый детектор — твердотельный аналог ионизационной камеры. Ионизирующие частицы, возникающие при облучении детектора, создают в полу-проводнике электронно-дырочные пары, что при воздействии электрического напряже-ния приводит к возникновению тока.

Сцинтилляционный счетчик состоит из сцинтиллятора или люминофора (не-органические или органические кристаллы, жидкие и газообразные сцинтилляторы), способного под действием ионизации вызывать вспышки света. Кванты света, попадая на фотокатод фотоумножителя, выбивают из него электроны. За счет вторичной эмиссии и наличия ряда электродов, находящихся под все большим напряжением, в фото-умножителе возникает лавинообразно увеличивающийся поток электронов. В результате на аноде собирается в 10⁵—10¹⁰ раз больше электронов, чем было выбито из фотокатода, а в цепи возникает электрический ток.

Термолюминесцентный кристалл (например, LiF) обладает способностью под действием ионизации создавать свободные электроны, которые накапливаются за счет дефектов кристаллической решетки кристалла и могут долго храниться. Если нагреть такой кристалл перед фотоумножителем, то он будет испускать свет, пропорцио-нальный принятой ранее дозе облучения.