Tehnologia de măsurare a radiațiilor

Detectoare track-etch

Când o particulă încărcată încetinește și se oprește într-un solid, energia pe care o depune de-a lungul pistei sale poate provoca daune permanente în material. Este dificil de observat dovezi directe ale acestei afectări locale, chiar și sub examinare microscopică atentă. În anumite materiale dielectrice, cu toate acestea, prezența pistei deteriorate poate fi evidențiată prin gravură chimică (eroziune) a suprafeței materialului folosind o soluție acidă sau de bază. Dacă particulele încărcate au iradiat suprafața la un moment dat în trecut, atunci fiecare lasă o urmă de material deteriorat care începe la suprafață și se extinde la o adâncime egală cu domeniul particulei. În materialele alese, rata de gravare chimică de-a lungul acestei piste este mai mare decât viteza de gravare a suprafeței nedeteriorate. Prin urmare, pe măsură ce gravura progresează, se formează o groapă în poziția fiecărei șine. În câteva ore, aceste gropi pot deveni suficient de mari, astfel încât să poată fi văzute direct sub un microscop mic. O măsurare a numărului acestor gropi pe unitatea de suprafață este apoi o măsură a fluxului de particule la care a fost expusă suprafața.

Există o densitate minimă de deteriorare de-a lungul șinei care este necesară înainte ca rata de gravare să fie suficientă pentru a crea o groapă. Deoarece densitatea pagubelor se corelează cu dE / dx a particulei, aceasta este cea mai mare pentru particulele cele mai grele încărcate. În orice material dat, o anumită valoare minimă pentru dE / dx este necesară înainte ca dezvoltarea gropilor. De exemplu, în mica minerală, gropile sunt observate numai de la ionii grei energetici a căror masă este de 10 sau 20 de unități de masă atomică sau mai mare. Multe materiale plastice obișnuite sunt mai sensibile și vor dezvolta gropi de etch pentru ioni cu masă scăzută, cum ar fi heliu (particule alfa). Unele materiale plastice deosebit de sensibile, cum ar fi nitratul de celuloză, vor dezvolta gropi chiar și pentru protoni, care sunt cele mai puțin dăunătoare dintre particulele încărcate grele. Nu s-au găsit materiale care să producă gropi pentru liniile joase de dE / dx ale electronilor rapide. Acest comportament de prag face ca acești detectori să fie complet insensibili la particule beta și raze gamma. Această imunitate poate fi exploatată în unele aplicații în care fluxurile slabe de particule grele trebuie înregistrate în prezența unui fundal mai intens de raze gamma. De exemplu, multe măsurători de mediu ale particulelor alfa produse de descompunerea gazelor de radon și a produselor fiice ale acestuia sunt făcute folosind o peliculă de plastic-etch. Fundalul razelor omniprezente ar domina răspunsul multor alte tipuri de detectoare în aceste condiții. În unele materiale, pista de deteriorare s-a dovedit că rămâne în material timp nedeterminat, iar gropile pot fi gravate la mulți ani după expunere. Proprietățile de etanșare sunt totuși potențial afectate de expunerea la temperaturi ridicate și la temperaturi ridicate, astfel încât trebuie păstrată o anumită prudență în depozitarea prelungită a eșantioanelor expuse pentru a preveni decolorarea pistelor de deteriorare.

Au fost dezvoltate metode automate pentru măsurarea densității gropii de gravură folosind stadii de microscop cuplate la calculatoare cu software de analiză optică adecvat. Aceste sisteme sunt capabile de un anumit grad de discriminare împotriva „artefactelor”, cum ar fi zgârieturile pe suprafața eșantionului și pot oferi o măsurare rezonabilă exactă a numărului de piese pe unitatea de suprafață. O altă tehnică încorporează filme din plastic relativ subțiri, în care piesele sunt gravate complet prin film pentru a forma mici găuri. Aceste găuri pot fi apoi numărate automat trecând filmul încet între un set de electrozi de înaltă tensiune și numărând electronic scântei care apar la trecerea unei găuri.

Folii de activare a neutronilor

Pentru energii de radiație de mai multe MeV și mai mici, particulele încărcate și electronii rapide nu provoacă reacții nucleare în materialele absorbante. Razele gamma cu energie sub câteva MeV, de asemenea, nu induc ușor reacții cu nuclee. Prin urmare, când aproape orice material este bombardat de aceste forme de radiații, nucleele rămân neafectate și nu este indusă nicio radioactivitate în materialul iradiat.

Printre formele comune de radiații, neutronii sunt o excepție de la acest comportament general. Deoarece nu poartă nicio sarcină, neutronii cu energie redusă pot interacționa cu ușurință cu nucleele și pot induce o selecție largă de reacții nucleare. Multe dintre aceste reacții duc la produse radioactive a căror prezență poate fi măsurată ulterior folosind detectoare convenționale pentru a sesiza radiațiile emise în descompunerea lor. De exemplu, multe tipuri de nuclee vor absorbi un neutron pentru a produce un nucleu radioactiv. În perioada în care un eșantion din acest material este expus la neutroni, se acumulează o populație de nuclei radioactivi. Când eșantionul este eliminat din expunerea la neutroni, populația va scădea cu un timp de înjumătățire plasmatică dat. Un anumit tip de radiație este aproape întotdeauna emis în această degradare, adesea particule beta sau raze gamma sau ambele, care pot fi apoi numărate folosind una dintre metodele de detectare activă descrise mai jos. Deoarece poate fi legată de nivelul radioactivității induse, din această măsurare de radioactivitate se poate deduce intensitatea fluxului de neutroni la care a fost expus eșantionul. Pentru a induce suficientă radioactivitate care să permită măsurarea rezonabilă exactă, sunt necesare fluxuri de neutroni relativ intense. Prin urmare, foliile de activare sunt frecvent utilizate ca tehnică pentru măsurarea câmpurilor de neutroni din jurul reactoarelor, acceleratoarelor sau a altor surse intense de neutroni.

Materiale precum argintul, indiul și aurul sunt utilizate în mod obișnuit pentru măsurarea neutronilor lente, în timp ce fierul, magneziul și aluminiul sunt alegeri posibile pentru măsurători cu neutroni rapide. În aceste cazuri, timpul de înjumătățire al activității induse este cuprins între câteva minute și câteva zile. Pentru a construi o populație de nuclei radioactivi care să se apropie de maximul posibil, timpul de înjumătățire a radioactivității induse ar trebui să fie mai scurt decât timpul de expunere la fluxul de neutroni. În același timp, timpul de înjumătățire trebuie să fie suficient de lung pentru a permite o numărare convenabilă a radioactivității odată ce eșantionul a fost eliminat din câmpul de neutroni.