В.Б. Лукьянов - Радиоактивные индикаторы в химии (1133872), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Счетчики Гейгера — Мюлле-ра обладают различной эффективностью к $- и у-излучению. Эффективностью детектора г к данному виду излучения называют вероятность того, что частица или квант, проникшие в чувствительный объемдетектора, вызовут в нем процессы, позволяющие провести регистрацию этой частицы или кванта. Эффективность е выражается отношениемчисла частиц или квантов / с , вызвавших процессы, позволяющие провести их регистрацию, к полному числу частиц или квантов / п о л н ,попавших в чувствительный сбъем детектора за время регистрации:(2.П)Эффективность часто выражают в процентах.В общем случае число импульсов /113М, измеряемое детектором,несколько меньше числа частиц / с , попавших в него и вызвавшихсоответствующие процессы, так как часть частиц не регистрируетсяиз-за наличия разрешающего времени детектора.
Эффективность отразрешающего времени не зависит. Эффективность счетчиков Гейгера—Мюллера к fi-частицам близка к 100%, так как каждая ^-частица,попавшая в рабочий объем счетчика, практически всегда вызываетакты ионизации газа, а в области Гейгера для возникновения ионнойлавины достаточно появления в счетчике хотя бы одной пары ионов.В отличие от Р-частиц у-кванты обладают очень низкой ионизирующей способностью, и поэтому эффективность счетчика Гейгера—Мюллера к у-квантам составляет от нескольких десятых процента до 1—2%.При регистрации у-квантов ионы внутри счетчика появляются главным образом за счет взаимодействия у-квантов с материалом катода,причем в зависимости от энергии квантов образуются фото- и (или)69s0,0160,0120,0080,00bОLi>>\\\V№.> <*•II***0,90г"А0Л/0,80V^7.0 £0 £4 Д5Ег,МЭвРис.
34. Зависимость эффективностие счетчиков Гейгера—Мюллера отэнергии Y-квантов при оптимальнойтолщине катодов из различных материалов:1 — свинец;2 — алюминий; 3 — латунь••••0,70/111Рис. 35. Изменениеотношениякванскорости счета / 7 "т о в , регистрируемых счетчиком с катодом толщиной d, к скорости счета^опи регистрируемой счетчикомпри оптимальной толщине катодаdOilT,в зависимости от отношения d!domкомптоновские электроны, а если энергия у-квантов выше 1,02 МэВ,то происходит и образование пар электрон-позитрон (см. гл. 1, §2, 4).Эффективность счетчиков Гейгера—Мюллера к 7"к^антам зависитот энергии квантов, материала и толщины катода счетчика.
Чем вышепорядковый номер атомов» составляющих катод, и чем больше толщина катода, тем выше вероятность взаимодействия и, следовательно,эффективность счетчика. Поэтому с ростом толщины катода эффективность к ^-квантам возрастает, при некоторой (оптимальной) толтцинедостигает максимума, а затем уменьшается вследствие того, что поглощается все более значительная доля электронов, образовавшихсяпри взаимодействии у-квантов с веществом катода. Для у-квантов сэнергией в 1 МэВ при оптимальной толщине катода из латуни илиалюминия эффективность счетчика составляет всего 0,5%, а дляY-квантов с энергией в 0,5 МэВ не превышает 0,2 %. Значения эффективности для данных условий измерения можно найти из эмпирических графиков, приведенных на рис. 34 и 35.Различия в механизмах образования ионов под действием заряженных частиц и Y-^вантов находят отражение в особенностях конструктивного оформления счечиков, предназначенных для регистрацииизлучения соответствующего типа и энергии.
Перейдем к рассмотрению этих конструктивных особенностей.Счетчики Гейгера — Мюллера для регистрации(5-частиц. Какбыло сказано, практически каждая р-частица, проникшая в чувствительный объем счетчика, может быть зарегистрирована. Так как р-излучение обладает сравнительно низкой проникающей способностью,стенки счетчиков, предназначенных для регистрации (3-частиц, делают по возможности тонкими. На рис. 36 изображены важнейшие типыР-счетчиков. Для регистрации ^-излучения со средними и высокимизначениями максимальной энергии используют цилиндрическиер-счетчики типа СТС и СБМ со стальными стенками толщиной 40—70жжРис.
36. Счетчики Гейгера—Мюллера:/ — цилиндрический {}- или -у-счетчик: а — общий вид; б —схема устройства: 1 — анод; 2 — катод; 3 — изолятор; // — торцовый счетчик: а — общий вид; б—схема устройства: О — окно; 1 — анод; 2 — катод; 3 — изолятор; /// — счетчик внутреннего наполнения для измерения (J-излученияпаров и газов, введенных внутрь счетчика; IV — 4я-счетчик: 4 — радиоактивный препарат60 мг/см2. Для регистрации ^-излучения низких энергий применяютторцовые счетчики типа СБТ, МСТ, СИ, БФЛ и другие с тонкими слюдяными окошками толщиной 1—5 мг/см2.
Основные характеристикир-счетчиков даны в табл. 3 и 4.ТаблицаТипсчетчикаСТС-5СТС-6СБМ-10Таблица3. Основные параметры некоторых цилиндрических счетчиков^-излученияТолщинастенок,гмг/смРекомендуемоеНаименьшаяДопустимыйрабочеепротяженностьнаклон плато,напряжениеплато счетной% на 1 Вна счетчике, В характеристики, В40—4845-6045—6045045040080801000,1250,1250,15Ресурсработы, импЫО91-Ю9Ы0104. Основные параметры некоторых торцовых счетчиков j^-излучения3720403825ItsЗе1 яоНанменьитяженноссчетной )ристики,СБТ-13МСТ-17СИ-2БСИ-ЗБТ-25-БФЛXРекомсн^рабочее ]женио начике, ВТип счетчикаДиаметрммОКНсHi33-53-53450170017501650135070150150150250111-2,5Допустимыйнаклон плато,% на 1 В0,150,050,050,030,015Ресурсработы, имп1-Ю 1 06-Ю 7МО75-Ю 75-Ю 8Пример 25. Рассчитаем, какая доля р-излучения, испускаемого препаратами фосфора-32 и серы-35, поглощается в стенках счетчика СТС-б.
Толщинустенок счетчика примем равной d = 0,060 г/см2 (табл. 3).Максимальный пробег Rmax ^-излучения 3 5 S в алюминии, рассчитанныйпо формуле (1.12), равен 0,03 г/см2 (см. пример 3). Приближенно можно принять, что пробег р-излучения : j 5 S в материале стенок счетчика (нержавеющаясталь) также будет 0,03 г/см2. Так как для ;J5 S Rmax < ®№ г/см2, то, следовательно, (3-излучение 3 5 S полностью поглощается в стенках счетчика и не регистрируется им.Из табл. П.1 находим, что для (3-излучения 3 2 Р £ ш а х = 1,711 МэВ.
Максимальный пробег ^-излучения 3 2 Р найдем также по формуле (1.12):Ятах = —0,11 -f у 0.0121 4- 0,27-1,7112 ~ 0,785 г/см2. Так как толщинастенок счетчика меньше, чем 0,3 Rm&x Р-излучения 3 2 Р , то можно считать, чтоослабление Р-излучения 3 2 Р происходит в них по экспоненциальному закону[формула (1.20)]. Доля поглощенного излучения А/ равнад / = (/„-/<,)//„= 1-<-->"*.Из табл. П.4 путем линейной интерполяции находим, что массовый коэффициент ослабления <л для фосфора-32 равенСледовательно, для р-излучения32РРассмотренный пример показывает, что счетчик СТС-б не регистрирует р излучение серы-35, и поэтому при регистрации такими счетчиками р-излученияпрепаратов фосфора-32 можно не учитывать наличия в них примеси радионуклидов, испускающих Р-излучение низкой энергии (например, примеси серы-35).Радиоактивность газов (14СО2, НТ и др.) измеряют при помощисчетчиков внутреннего наполнения (см.
рис. 36). Радиоактивный газвместе с газом, наполняющим счетчик, вводят внутрь счетчика. Параметры работы счетчиков внутреннего наполнения зависят от составаи давления наполняющего газа и в каждом отдельном случае должныопределяться экспериментально.Иногда необходимо зарегистрировать все Р-частицы, испускаемыепрепаратом. Такие задачи возникают, например, при экспериментальном определении абсолютной активности препарата. С этой целью используют 4т:-счетчики, которые регистрируют частицы, испускаемыепрепаратом в любом направлении пространства, т. е.
в полный телесный угол 4л. В 4л-счетчиках радиоактивный препарат помещают вспециальном держателе внутрь счетчика, после чего счетчик наполняют рабочей газовой смесью (например, метаном). При работе с 4лцчетчиками стремятся создать такие условия, чтобы коэффициент регистрации можно было считать равным единице.СчетчикиГейгера — Мюллера длярегистрации х ~ к в а н г о в -ВсеР-счетчики регистрируют и у-кванты, но с очень небольшой эффективностью (десятые доли процента и ниже). Поэтому для регистрацииу-квантов применяют специальные 7 " с ч е т ч и к и > имеющие некоторыеконструктивные особенности по сравнению с цилиндрическимир-счетчиками.
Корпус у-счетчиков обычно изготовляют из стекла, навнутренней поверхности которого находится сетка из никеля или тон72кий слой меди или вольфрама. Никелевая сетка или слой металласлужит катодом. У ^-счетчиков толщина стеклянной стенки вместес покрытием, играющим роль катода, составляет примерно 300 мг/см2.Делать у-счетчики с большей толщиной стенок нецелесообразно: еслиместо образования фото- или комптоновского электрона будет расположено слишком глубоко, то электрон не сможет проникнуть в чувствительный объем счетчика и вызвать возникновение ионных лавин.Эффективность 7-счетчика к 7-излучению не превышает 0,03.
Промышленность выпускает разнообразные счетчики для регистрации у-кваитов типов СИ-10БГ, ВС-8, МС-6, СИ-1Г и др.Для того чтобы оценить эффективность ^-счетчика с толщиной стенок d к ^-излучению с энергией £т> можно воспользоваться графиками, приведенными на рис. 34 и 35. Из графика на рис. 34 для данногозначения £ т находят эффективность при оптимальной толщине катода(е о п т ). Далее оценивают максимальный пробег Rmax комптоновскихи фотоэлектронов, приближенно принимая, что их максимальнаяэнергия равна энергии ^-квантов.
Полагая, что оптимальная толщинакатода d0UT должна равняться максимальному пробегу Rmax, рассчитывают отношение d/donT. Наконец, из графика рис. 35^находятпоправку, учитывающую уменьшение эффективности за счет отклонения толщины катода от оптимальной.Пример 26. Оценим эффективность счетчика Гейгера—Мюллера с толщиной стенок 60 мг/см2 к / у и з л У ч е н и ю 51 Сг.Радионуклид 51Сг испускает ^-кванты с энергией 0,32 МэВ (см.
табл. П.1).Из графика рис. 34 находим, что при оптимальной толщине катода эффективность г о п т счетчика Гейгера —Мюллера к у-квантам с энергией 0,32 МэВ составляет приблизительно 0,001 (0,1%). Чтобы оценить, насколько действительная толщина катода отличается от оптимальной, определим максимальный пробег комптоновских электронов с энергией, равной энергии у-квантов. Линейнаяинтерполяция значений RmiiX,приведенных в табл.
П.4, дает /?шах ~d0UTtt« 84 мг/см2. Далее рассчитываем d/dom = 60/84 = 0,7. Из графика (рис. 35)находим, что такому значению d/donT соответствует ///Опт ~ 0,97. Эффективность к у-квантам счетчика с реальной толщиной катода будет равна£ = 'опт (///опт) = 0,001 • 0,97 « 0 , 0 0 1 .Выраженное в долях единицы значение эффективности е входиткак один из сомножителей в величину ф [формула (2.1)]. Так как для7-квантов в не превышает 0,03, значение ф также много меньше 1. Таким образом, при работе с ^-счетчиками Гейгера—Мюллера приходится пользоваться препаратами, имеющими сравнительно высокуюабсолютную активность. В исследованиях методом радиоактивных индикаторов 7-счетчики Гейгера—Мюллера используют редко.7.
Полупроводниковые детекторыРассмотренные ионизационные детекторы имеют ту общую особенность, что в чувствительном объеме происходит взаимодействиерегистрируемого излучения с газами (или парами). Если газ в ионизационном детекторе заменить на твердое вещество, то характер физических процессов, сопровождающих поглощение излучения в чувст73вительном объеме детектора, принципиально сохранится. Существуетцелый ряд причин, по которым такая замена представляется целесообразной. В последнее время все большее распространение получаютионизационные детекторы, в которых рабочей средой служат полупроводниковые материалы (германий, кремний и др.). Такие детекторы получили название полупроводниковых.Полупроводниковые материалы являются достаточно хорошимиизоляторами, что позволяет поддерживать между электродами детектора высокое напряжение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
