Радиационные преобразователи

Радиационные измерительные преобразователи, иначе называемые счетчиками (детекторами) радиоактивного излучения, служат для преобразования энергии ядерного излучения в электрическую энергию. В геофизической аппаратуре преимущественно применяются преобразователи, основанные на явлении ионизации газов при прохождении через них ядерного излучения (газоразрядные преобразователи) или люминесценции некоторых веществ под действием ядерного излучения (сцинтилляционные преобразователи).

Газоразрядные преобразователи

В газоразрядном преобразователе происходит непосредственное преобразование энергии ядерного излучения в электрические импульсы. Преобразователь (рис.) представляет собой цилиндрический стеклянный баллон 1, в котором помещены два электрода – металлическая нить 2, расположенная по оси баллона и являющаяся анодом, и металлический цилиндр 3 (или металлизированная внутренняя поверхность баллона), являющаяся катодом. Баллон заполнен газом под низким давлением. Газоразрядные преобразователи различаются механизмом переноса ионов в электрическое поле электродов.

Рис. Устройство и схема включения газоразрядного преобразователя

Газоразрядные преобразователи, применяющиеся в геофизической аппаратуре, служат для измерения интенсивности гамма-излучения и плотности потока нейтронов и работают в пропорциональной области вольт-амперной характеристики (пропорциональные преобразователи) и в области Гейгера (преобразователи Гейгера-Мюллера).

Пропорциональные газоразрядные преобразователи (пропорциональные счетчики), баллон которых заполнен трехфтористым бором, используют преимущественно для измерения плотности тепловых нейтронов. При работе таких преобразователей нейтроны захватываются атомами бора, и выделяющиеся альфа-частицы вызывают ионизацию газа. Для измерения нейтронов надтепловых энергий пропорциональные преобразователи окружают слоем водородосодержащей среды (парафин, полиэтилен), а затем – тонким слоем кадмия, обладающего большим сечением захвата тепловых нейтронов и пропускающего к преобразователю только надтепловые нейтроны. Они замедляются водородосодержащей средой до тепловых скоростей и фиксируются преобразователем.

Газоразрядные преобразователи Гейгера – Мюллера применяют при измерении интенсивности гамма-излучения. В качестве газового наполнителя баллона таких преобразователей используют инертный газ (аргон, гелий), в которых добавляют пары высокомолекулярных органических соединений (этиловый спирт, этиловый эфир) или галогенов (хлор, бром). Такая добавка способствует гашению непрерывного разряда: положительные ионы, образовавшиеся в процессе ионизации инертного газа, нейтрализуются при столкновении с молекулами высокомолекулярного соединения или галогенов и не вызывают вторичной электронной эмиссии с катода.

При работе газоразрядного преобразователя за счет газового разряда усиливается ионизационный ток, повышается чувствительность преобразователя и создается принципиальная возможность измерения каждого попавшего гамма-кванта или нейтрона.

Разрешающей способностью преобразователя называется колическтво ионизирующих частиц N_max, отмечаемых преобразователем в единицу времени. Этот параметр связан с «мертвым временем» и «временем восстановления»соотношением

.

Под эффективностью газоразрядного преобразователя понимается отношение числа частиц, отмеченных преобразователем, к общему числу частиц, прошедших через его объем. Повышение эффективности, необходимое для увеличения точности преобразования и производительности исследований, обычно достигается увеличением рабочей поверхности катода, т.е. параллельным соединением газоразрядных преобразователей.

К недостаткам газоразрядных радиационных преобразователей относятся:

1) невысокая эффективность счета и малая разрешающая способность;

2) постоянство амплитуды выходных импульсов независимо от энергии гамма-квантов, что не позволяет использовать их для изучения энергетического спектра излучения;

3) ограниченный срок службы, связанный с необратимым распадом молекул многоатомного наполнителя.