Датчики радиации

Введение

Использование радиоактивных материалов позволило создать новые установки и аппараты, использующиеся в различных областях человеческой деятельности. Эффективность их использования не вызывает сомнений.
Однако, их использование несет потенциальную опасность при нарушении правил эксплуатации или техногенных катастрофах. Своевременно выявить неполадки и обеспечить постоянный мониторинг радиационной обстановки позволяют датчики радиоактивности.
Основной составной частью любого дозиметра считается датчик радиоактивности, которые помогают производить оперативный мониторинг радиационной обстановки.
Актуальность темы реферата заключается в том, что от качества и эффективности датчика радиации в дозиметре зависит скорость получения данных, величина погрешности.
Цель работы – более полное изучение датчиков радиации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть типы датчиков радиации, принцип действия датчиков радиоактивности – полупроводниковых, прямого заряда и с ионизационной камерой.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из пяти источников литературы.


1. Типы датчиков радиации
Датчики радиации по своему назначению и своей конструкции стоит разделить на 2 типа:
• Цилиндрические, которые напоминают продолговатую трубку-баллон в виде цилиндра;
• Торцевые датчики радиации, которые имеют значительную рабочую торцевую поверхность и ионизационную камеру прямоугольной, либо круглой формы.
Датчики могут быть рассчитаны на измерение отдельного спектра излучения (альфа, бета, гамма) либо на их разные сочетания, что зависит от поставленных задач. Первый тип дозиметров ‒ с цилиндрическим датчиком подходит для обнаружения и регистрации бета- и гамма-излучения. Такой тип излучения обладает достаточным количеством энергии и большой проникающей способностью, поэтому ионизационная камера датчика способна их регистрировать.1
Торцевые датчики используются для более точного и эффективного определения гамма-излучения. Во входном окне торцевых датчиков находятся металлические фильтры. Они применяются для увеличения площади катода и отсекания альфа-бета излучения. Такие конструкции разрешают более точно определить уровень радиационной загрязненности по гамма-излучению. К торцевым датчикам можно отнести такие как Бета-2М, Бета-1М и многие другие

.
В зависимости от принципа работы, датчики радиации делятся на:
• Датчики радиации – ионизационные камеры, в их конструкцию входят газонаполненные камеры, различные по своему исполнению. Принцип работы основан на регистрации электрических возмущений, возникающих в газоразрядной камере при прохождении сквозь нее различных заряженных частиц. Как правило, ионизационные камеры нашли свое применение для обнаружения гамма и бета излучения. Газоразрядные датчики имеют простую конструкцию и малую стоимость. Они не особо хорошо регистрируют альфа излучения. Счетчик Гейгера-Мюллера является самым распространенным видом газоразрядного датчика. Он широко используется в профессиональных, а также в большинстве бытовых дозиметрах.
• Сцинтилляционные кристаллы - это кристаллы неорганического или органического происхождения. Принцип работы сцинтилляционного кристалла основан на регистрации фотонов. Если сквозь кристалл проходят заряженные частицы, такие как альфа частицы, нейтроны, протоны и электроны, то вышеуказанные фотоны генерируются в кристалле. Могут применяться для регистрации всех видов радиации. Они очень точны и чувствительны, поэтому нашли широкое применение в поисковых приборах. Также они имеют большую стоимость и немаленькие габариты.
• Твердотельные полупроводниковые детекторы - состоят из кристаллов и полупроводникового материала. Принцип работы твердотельного полупроводникового детектора заключается в изменении электропроводимости материала, когда через него проходят заряженные частицы, такие как нейтроны, протоны и электроны. Могут применяться для регистрации всех видов радиации. Твердотельные полупроводниковые детекторы имеют небольшую стоимость, небольшие габариты, а также маленькую точность.2
•

2. Принцип действия датчиков радиоактивности
2.1 Полупроводниковые датчики радиоактивности
В полупроводниковых датчиках радиоактивности чувствительным элементом является обедненная носителями электрического заряда зона полупроводника. Проходя через эту зону энергия излучения продуцирует новые носители зарядов. Количество возникающих зарядов в полупроводниковых датчиках радиоактивности связано с характеристиками радиоактивного излучения.
Конструктивно полупроводниковая структура полупроводниковых датчиков радиоактивности состоит из двух соединенных полупроводников с различными типами проводимости.
В обесточенном состоянии (Рисунок 2.1,а) дырки и электроны полупроводниковых датчиков радиоактивности диффундируют через переход в противоположных направлениях.

Рисунок 2.1 - Распределение носителей заряда
а – без внешнего поля, б – в электрическом поле

Внешнее электрическое поле (Рисунок 2.1,б) полупроводниковых датчиков радиоактивности концентрирует дырки у отрицательного электрода, а электроны – у положительного