Strålingsmålingsteknologi

Sporetsingsdetektorer

Når en ladd partikkel bremser ned og stopper i et fast stoff, kan energien som den avsetter langs sporet føre til permanent skade i materialet. Det er vanskelig å observere direkte bevis på denne lokale skaden, selv under nøye mikroskopisk undersøkelse. I visse dielektriske materialer kan imidlertid nærværet av det skadede sporet avsløres gjennom kjemisk etsing (erosjon) av materialoverflaten ved bruk av en syre- eller baseløsning. Hvis ladede partikler har bestrålt overflaten på et eller annet tidspunkt i fortiden, etterlater hver en spor av skadet materiale som begynner på overflaten og strekker seg til en dybde som tilsvarer partikkelområdet. I de valgte materialene er den kjemiske etsningshastigheten langs dette sporet høyere enn graden av etsing av den uskadede overflaten. Når etsen skrider frem, blir det derfor dannet en grop i posisjonen til hvert spor. I løpet av få timer kan disse gropene bli store nok til at de kan sees direkte under et lite effektmikroskop. En måling av antall av disse gropene per arealenhet er da et mål på partikkelfluxen som overflaten har blitt utsatt for.

Det er en minimum tetthet av skader langs banen som er nødvendig før etsningshastigheten er tilstrekkelig til å skape en grop. Fordi tettheten av skader korrelerer med partikkelens dE / dx, er den høyest for de tyngst ladede partiklene. I et gitt materiale kreves en viss minimumsverdi for dE / dx før groper vil utvikle seg. For eksempel, i mineral glimmer, blir groper bare observert fra energiske tunge ioner hvis masse er 10 eller 20 atommassenheter eller større. Mange vanlige plastmaterialer er mer følsomme og vil utvikle etsegrop for ioner med lav masse som helium (alfapartikler). Noe spesielt følsom plast som cellulosenitrat vil utvikle groper selv for protoner, som er den minst skadelige for de tunge ladede partiklene. Det er ikke funnet materialer som vil produsere groper for de lave dE / dx-sporene til raske elektroner. Denne terskeloppførselen gjør slike detektorer helt ufølsomme for betapartikler og gammastråler. Denne immuniteten kan utnyttes i noen bruksområder der svake strømmer av tunge ladede partikler skal registreres i nærvær av en mer intens bakgrunn av gammastråler. For eksempel blir mange miljømålinger av alfa-partiklene produsert ved forråtnelse av radongass og datterproduktene sine gjort ved bruk av plastisk ets-film. Bakgrunnen for allestedsnærværende gammastråler ville dominere responsen fra mange andre typer detektorer under disse omstendighetene. I noen materialer er det vist at skinnesporet forblir i materialet i ubestemt tid, og groper kan etses mange år etter eksponeringen. Etsende egenskaper påvirkes imidlertid potensielt av eksponering for lys og høye temperaturer, så det må utvises en viss forsiktighet ved langvarig lagring av utsatte prøver for å forhindre falming av skadesporene.

Automatiserte metoder er utviklet for å måle etsegropstettheten ved bruk av mikroskoptrinn koblet til datamaskiner med passende optisk analyseprogramvare. Disse systemene er i stand til en viss grad av diskriminering av "gjenstander" som riper på prøveoverflaten og kan gi en rimelig nøyaktig måling av antall spor per arealenhet. En annen teknikk inneholder relativt tynne plastfilmer, der sporene er etset fullstendig gjennom filmen for å danne små hull. Disse hullene kan deretter telles automatisk ved å føre filmen sakte mellom et sett med høyspenningselektroder og elektronisk telle gnister som oppstår når et hull passerer.

Neutronaktiveringsfolier

For strålingsenergier fra flere MeV og lavere induserer ikke ladede partikler og raske elektroner kjernefysiske reaksjoner i absorberende materialer. Gamma-stråler med energi under noen få MeV induserer heller ikke lett reaksjoner med kjerner. Derfor, når nesten ethvert materiale blir bombardert av disse former for stråling, forblir kjernene upåvirket og ingen radioaktivitet induseres i det bestrålte materialet.

Blant de vanlige formene for stråling er nøytroner et unntak fra denne generelle oppførselen. Fordi de ikke har noen ladning, kan nøytroner med til og med lav energi lett samvirke med kjerner og indusere et bredt utvalg av kjernefysiske reaksjoner. Mange av disse reaksjonene fører til radioaktive produkter hvis tilstedeværelse senere kan måles ved bruk av konvensjonelle detektorer for å avkjenne strålingen som blir avgitt i forfallet. For eksempel vil mange typer kjerner absorbere et nøytron for å produsere en radioaktiv kjerne. I løpet av tiden som en prøve av dette materialet blir utsatt for nøytroner, akkumuleres en populasjon av radioaktive kjerner. Når prøven fjernes fra nøytroneksponeringen, vil populasjonen forfalle med en gitt halveringstid. Noen stråling sendes nesten alltid ut i dette forfallet, ofte beta-partikler eller gammastråler eller begge deler, som deretter kan telles ved hjelp av en av de aktive deteksjonsmetodene beskrevet nedenfor. Fordi det kan være relatert til nivået av den induserte radioaktiviteten, kan intensiteten av nøytronfluksen som prøven er utsatt for, utledes fra denne radioaktivitetsmåling. For å indusere nok radioaktivitet til å tillate rimelig nøyaktig måling, er relativt intense nøytronflukser nødvendig. Derfor blir aktiveringsfolier ofte brukt som en teknikk for å måle nøytronfelt rundt reaktorer, akseleratorer eller andre intense kilder til nøytroner.

Materialer som sølv, indium og gull brukes ofte til måling av langsomme nøytroner, mens jern, magnesium og aluminium er mulige valg for måling av hurtig nøytron. I disse tilfellene er halveringstiden for den induserte aktiviteten i området fra noen minutter til noen dager. For å bygge opp en populasjon av radioaktive kjerner som nærmer seg maksimalt mulig, bør halveringstiden for den induserte radioaktiviteten være kortere enn eksponeringen for nøytronfluksen. Samtidig må halveringstiden være lang nok til å muliggjøre praktisk uttelling av radioaktiviteten når prøven er fjernet fra nøytronfeltet.