معرفی اجمالی آشکارساز ها-آشکارساز گایگرمولر

آشکارساز گایگرمولر 

‌آشکارساز گایگرمولر (G-M ) که ‌آشکارساز گایگر نیز نامیده می‌‌شود یکی از شمارند های گازی است که به مقدار زیاد مورد استفاده قرار می‌‌گیرد. این ‌آشکارساز دارای امتیازات زیادی ، نظیر کار آیی زیاد برای ذرات آنها و پالس با ارتفاع بیشتر می‌‌باشد. به علاوه سیستم تقویت کننده نیاز ندارند. یک عیب که برای این ‌آشکارساز وجود دارد این است که تمام پالس_های حاصل از ذرات مختلف دارای یک ارتفاع هستند بنابراین نمی‌‌توان با استفاده از این ‌آشکارساز‌ها درباره انرژی اشعه اطلاعات بدست آورد. استفاده از این آشکارساز ها محدود به استفاده در شمارش می شود به همین دلیل به آنها نام شمارنده گایگر نیز اتلاق می شود.

 

تاریخچه

در سال ۱۹۰۸ ‌آشکارساز‌های گازی برای آشکارسازی اشعه در آزمایشگاه رادفورد بوسیله گایگر برای بهره برداری آماده شدند. کمی‌ بعد این ‌آشکارساز‌ها عملاً برای اندازه گیری اشعه مورد استفاده قرار گرفتند اگرچه ‌آشکارساز‌های سوسوزن برای آشکارسازی اشعه از مدت‌ها قبل بکار می‌‌رفتند. ‌آشکارساز گایگر از یک الکترود سیلندری خارجی و یک الکترود سیمی داخلی تشکیل می‌‌شد که بین آنها اختلاف پتانسیل الکتریکی قرار داده می‌‌شد. گایگر متوجه شد که وقتی یک اشعه در ‌آشکارساز متوقف می‌‌شود جریان الکتریکی دربین دو الکترود جاری می‌‌گردد که به وسیله یک الکترومتر با حساسیت متوسط قابل اندازه گیری است.

مکانیزم کار ‌آشکارساز گایگرمولر

در ‌آشکارساز گایگر ، الکترون‌های منفی بطرف الکترود مرکزی حرکت کرده و تکثیر الکترون که گاهی بهمن الکترونی نامیده می‌‌شود درفاصله کمی از آند انجام می‌‌پذیرد. الکترون‌ها در فاصله زمانی چند میکروثانیه بوسیله آند جمع آوری می‌‌شوند. فوتون‌های بوجود آمده در نتیجه بازگشت اتم‌های تحریک شده به حالت عادی یونیزاسیون را در طول سیم مرکزی (آند) ‌آشکارساز توسعه می‌‌دهند این یک اختلاف بزرگ بین یک ‌آشکارساز تناسبی و یک ‌آشکارساز گایگر است. توسعه یونیزاسیون در طول ‌آشکارساز و حرکت آهسته یون‌های مثبت به طرف کاتد اثرات جالبی روی زمان تفکیک دارد. وقتی که پوشش یون‌های مثبت از ناحیه مرکزی خارج شده به طرف کاتد حرکت می‌‌کند، میدان الکتریکی اطراف قسمت مرکزی را به صورت حفاظ می‌‌پوشاند در حقیقت این وضع میدان را کاهش داده و تابش دیگری که وارد ‌آشکارساز می‌‌شود نمی‌‌تواند بهمن دیگری در ‌آشکارساز بوجود آورد مگر اینکه این پوشش یون‌های مثبت به نزدیکی کاتد برسد هر چه یون‌های (مثبت) دورتر می‌‌شوند میدان افزایش یافته و بالاخره وقتی بوسیله کاتد جمع می‌‌شوند، میدان مقدار اولیه خود را بدست می‌‌آورد. منحنی مشخصاتی شمارش برحسب ولتاژ در ‌آشکارساز گایگر اطلاعات زیادی درباره ‌آشکارساز به دست می‌‌دهد. منحنی مشخصاتی را می‌‌توان با قرار دادن یک چشمه رادیواکتیو با نیمه عمر زیاد در مجاورت ‌آشکارساز و به دست آوردن شمارش در زمان معین برای ولتاژهای مختلف متصل به ‌آشکارساز به دست آورد.

گاز مورد استفاده در ‌آشکارساز

هر گازی را می‌‌توان برای ‌آشکارساز بکاربرد ، با وجود این ، اجرای بهتر وقتی نتیجه می‌‌شود که گاز مصرفی خواص زیر را داشته باشد

1. پتانسیل کار نباید خیلی بزرگ باشد.
2. در گاز نباید یون‌های منفی تشکیل گردد.
3. گاز نباید دارای ترازهای انرژی فوق پایدار باشد. این تراز های به تراز هایی گفته می شود که الکترون های اتمی بعد از تحریک شدن تمایل چندانی به بازگشت به حالت پایه را ندارند.

بعضی از گازها نظیر کلر و هوا دارای میل ترکیبی زیاد با الکترون هستند و به آسانی یون‌های منفی بوجود می‌‌آورند چنین گازهایی برای استفاده در ‌آشکارساز‌ها خوب نیستند. سرعت حرکت یک یون منفی تقریباً با سرعت حرکت یک یون مثبت برابر است. اگر یک یون منفی در فاصله‌ای نسبتاً دور از الکترود مرکزی تشکیل شود این یون وقتی به ناحیه با میدان الکتریکی زیاد می‌‌رسد که یون‌های مثبت به الکترود بیرونی رسیده‌اند میدان الکتریکی داخل ‌آشکارساز مجددا مقدار کافی را به دست خواهد آورد تا بهمن الکتریکی دوم به وجود آید.

بنابراین یون منفی یک پالس بوجود خواهد آورد که همراه با پالس ایجاد شده توسط اشعه تابش خواهد بود. این پالس بوجود آمده را یک پالس ساختگی یا مصنوعی نامند. پالس‌های همراه یا ساختگی ممکن است در نتیجه وجود ترازهای فوق پایدار نیز بوجود آیند چنین ترازهایی ، ترازهای تحریکی اتمی با عمر طولانی می‌‌باشند.

این حالت در بر خورد الکترون‌های با انرژی زیاد ایجاد می‌‌شود بازگشت به حالت عادی این ترازها منجر به تابش فوتون‌ها خواهد شد فوتون‌هایی که بدین ترتیب بوجود می‌‌آیند می‌‌توانند در نتیجه پدیده فوتوالکتریک الکترون آزاد نمایند. اگر چنین اتفاقی بعد از جمع آوری یون‌های مثبت بیفتد، یک پالس همراه با پالس اصلی بوجود خواهد آمد.

آشکارسازی ذرات آلفا و بتا بوسیله ‌آشکارساز‌های گایگر

‌آشکارساز گایگر قادر است حتی با یک زوج یون ایجاد شده در داخل آن یک پالس خروجی بدهد بنابراین اگر اشعه بتواند وارد حجم حساس آن شود شمرده خواهد شد بدین ترتیب ‌آشکارساز‌های گایگر برای تابش‌های یونیزان که انرژی آنها تا حداقل ۳۰ الکترون ولت باشد دارای کارایی یا راندمان ۱۰۰% می‌‌باشند به هر حال ، این کارایی وقتی به دست می‌‌آید که چشمه بتواند در داخل ‌آشکارساز قرار داده شود حتی در چنین حالتی تصحیح مربوط به اثرات دیواره انجام شود (تجزیه چشمه رادیواکتیو در مجاورت دیواره) شمارش با قرار دادن چشمه در داخل ‌آشکارساز روشی است که بخصوص برای چشمه‌های حجمی با انرژی کم بکار می‌‌رود وقتی که چشمه رادیواکتیو در بیرون ‌آشکارساز قرار داده می‌‌شود باید بخصوص به ضخامت دریچه ‌آشکارساز توجه شود. از آنجا که برد ذرات آلفا و بتا خیلی کوچک می‌‌باشد، ‌آشکارساز‌ها باید دارای دریچه خیلی نازک باشند.

آشکارسازی اشعه ایکس و اشعه گاما بوسیله ‌آشکارساز‌های گایگر و مولر

اشعه ایکس به دلیل داشتن انرژی کم در مقایسه با اشعه گاما ، دارای سطح مقطع جذب زیاد در پدیده فوتوالکتریک می‌‌باشد بنابراین لازم است که کنتور دارای دریچه نازک باشد. ‌آشکارساز‌های با دریچه نازک که برای بتا بکار می‌‌روند می‌‌توانند در مورد اشعه ایکس نیز مورد استفاده قرار گیرند گاهی اوقات دریچه‌ها از برلیم ساخته می‌‌شوند. از آنجا که برلیم ماده‌ای با عدد اتمی کوچک است، سطح مقطع جذب پدیده فتوالکتریک در آن نسبتا کوچک می‌‌باشد.

بنابراین قسمت قابل توجهی از اشعه ایکس وارد ‌آشکارساز‌هایی که دریچه آنها از برلیم است می‌‌شوند. در مورد اشعه ایکس تا انرژی ۲۰kev کارایی یا راندمان آشکارسازی خیلی خوب را می‌‌توان به دست آورد. ‌آشکارساز‌های گازی را می‌‌توان برای آشکارسازی اشعه گاما نیز بکار برد. به هرحال کار این چنین ‌آشکارساز‌هایی به دلایل زیر کمتر از اشعه ایکس می‌‌باشد.

هر چه انرژی اشعه گاما افزایش یابد، سطح مقطع جذب پدیده‌های فتوالکتریک و کامپتون کاهش می‌‌یابد و قسمتی از اشعه گاما که الکترون ثانویه در گاز داخل ‌آشکارساز بوجود می‌‌آورد بطور سریع کاهش پیدا می‌‌کند. بنابراین نتیجه کار تابع الکترون‌های ایجا شده در دیواره آشکارساز خواهد بود که گاز داخل را یونیزه نماید.