Säteilyn havaitseminen

Ionisoivan säteilyn havaitseminen tapahtuu tarkoitusta varten rakennetuilla instrumenteilla, koska ionisoivaa säteilyä ei voi ihmisaistein havaita. Tavallisimpia säteilyilmaisimia eli -detektoreita ovat Geiger-putket, puolijohdeilmaisimet, tuikeilmaisimet ja verrannollisuuslaskurit. Riippuen sovelluksesta ja havaitsemistavasta, säteilystä voidaan havaita vain sen määrä (esim. Geiger-putkella) tai tutkia tarkemmin sen energiasisältöä eli mitata sen spektri (esim. puolijohdeilmaisimella).

Geigerputki – perinteinen säteilyilmaisin

Geiger–Müller-putkiMuokkaa

Geiger–Müller-putkia (lyh. Geiger-putki) käytetään säteilyn havaitsemiseen perinteisissä Geigermittareissa. Geiger-putki havaitsee säteilyä, kun säteilykvantti (esim. fotoni tai alfahiukkanen) ionisoi kaasua, jolla putki on täytetty. Putkessa on erittäin voimakas sähkökenttä, jonka johdosta irronnut elektroni kiihtyy ja saavuttaa riittävästi energiaa ionisoidakseen lisää kaasun atomeja (tai molekyylejä). Vastaavasti näistä ionisaatioista syntyvät elektronit rupeavat ionisoimaan lisää atomeja, ja tämä ionisaatiovyöry päättyy vasta kun tietty määrä atomeja on ionisoitu. Tämän ominaisuuden ansiosta kukin säteilykvantti aiheuttaa aina samanlaisen pulssin, ja siksi Geiger-putkea voidaan käyttää säteilyn määrän mittaamiseen. [1]

PuolijohdeilmaisinMuokkaa

Puolijohdeilmaisin on sähköteknisiltä ominaisuuksiltaan estosuuntaan kytketyn diodin kaltainen. Puolijohdemateriaalin miltei kaikki elektronit ovat valenssielektroneja eli ne ovat yksittäiseen atomiin sitoutuneita. Kun valenssielektroni saa tarpeeksi energiaa, voi se siirtyä johtavuusvyölle, jota myöten se pääsee liikkumaan kiteessä. Puolijohdeilmaisimessa tarvitun energian lähde on yleensä havaitun hiukkasen tai kvantin, aiheuttama ionisaatio, joskin energia voi tulla myös lämpöliikkeestä. Diodeissa on p- ja n-tyypin puolijohteiden rajapinta eli tyhjennysalue. Tyhjennysalueella syntynyt elektroni-aukko-pari ohjautuu sekä rajapinnan itsensä että ulkoisesti aiheutetun sähkökentän ansiosta pois tyhjennysalueelta. Kun diodi on kiinnitetty virtapiiriin, elektroni-aukko-parin ajautuminen aiheuttaa havaittavan virtasignaalin. Tavallisia säteilymittareissa käytettäviä puolijohteita ovat pii ja germanium. Suurta tarkkuutta vaativissa säteilymittauksissa puolijohdeilmaisimia joudutaan jäähdyttämään erittäin mataliin lämpötiloihin esimerkiksi nestemäisen typen avulla lämmöstä aiheutuvan kohinan pienentämiseksi.[2]

TuikeilmaisinMuokkaa

 
Kaaviokuva säteilyn havaitsemisesta tuikeilmaisimen ja valomonistinputken avulla. Säteily saapuu vasemmalta.

Tuikeilmaisimien toiminta perustuu säteilypulssien tuikeaineessa aiheuttamiin heikkoihin valovälähdyksiin, jotka syntyvät, kun säteilykvantti virittää tuikemateriaalin molekyylien elektroneja. Perinteisesti välähdykset on havaittu valomonistinputkilla, joissa valoherkästä fotokatodista irtoaa elektroneja valon osuessa siihen. Elektronit kiihdytetään sarjalla dynodeja, joita on tavallisesti 10–14 kappaletta. Elektronin osuessa dynodiin, emittoi se joukon uusia elektroneja, joten pulssin voimakkuus voimistuu joka askelella. Anodille saapuva elektronipulssi on verrannollinen havaitun säteilypulssin energiaan. Tuikeilmaisimen lähettämät heikot virtapulssit ohjataan esivahvistimelle, joka muuntaa sen jännitepulssiksi. Uudempi tapa havaita tuikeaineessa syntyvä valo on erilaisten puolijohdeilmaisimien avulla.[3]

VerrannollisuuslaskuriMuokkaa

Kuten Geigermittari, myös verrannollisuuslaskuri koostuu kaasutäytteisestä säiliöstä ja sen sisään tuotetusta sähkökentästä. Erona Geiger-putkeen verrannollisuuslaskurissa käytettävä sähkökenttä on heikompi, jolloin elektronivyöry ei ole yhtä voimakas. Ensimmäisessä ionisaatiossa syntyneet elektronit saavuttavat riittävästi energiaa uusien ionisaatioiden aiheuttamiseen vasta saavuttuaan elektrodin lähelle. Elektronivyöry ei ole yhtä suuri jokaiselle säteilytapahtumalle, vaan se riippuu ilmaisimelle saapuneen säteilyn energiasta. Verrannollisuuslaskureissa kuitenkin myös heikot säteilytapahtumat ovat havaittavissa, toisin kuin ionisaatiokammiossa, jossa sähkökenttä on vielä heikompi.[4]

Katso myösMuokkaa

LähteetMuokkaa

  1. Knoll, Glenn F.: Radiation detection and measurement. Hoboken, N.J.: John Wiley, 2010. 612350364. ISBN 978-0-470-13148-0, 0-470-13148-9. Teoksen verkkoversio (viitattu 14.7.2020).
  2. Storey, Neil,: Electronics : a systems approach. Harlow, England: Pearson Educated. 984744721. ISBN 978-1-292-11411-8, 1-292-11411-8. Teoksen verkkoversio (viitattu 14.7.2020).
  3. Birks, J. B.: The Theory and Practice of Scintillation Counting. Pergamon Press. 894510607. ISBN 978-1-4831-5606-4, 1-4831-5606-0. Teoksen verkkoversio (viitattu 14.7.2020).
  4. Knoll, Glenn F.: Radiation detection and measurement. Hoboken, N.J.: John Wiley, 2010. 612350364. ISBN 978-0-470-13148-0, 0-470-13148-9. Teoksen verkkoversio (viitattu 14.7.2020).
Tämä fysiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.