آشكارساز تناسبی چیست؟
آشكارساز تناسبی نوعی آشكارساز گازی با دو الكترود ، یكی استوانه و یكی سیمی در راستای محور استوانه است.
وقتی آشكارساز در ناحیه‌ای (ازلحاظ ولتاژ بین الكترودها) كار كند كه در آن شماره یونهای ایجاد شده ، متناسب با انرژی اشعه باشد. در این صورت آشكارساز تناسبی نام دارد. ولتاژ اعمال شده در این آشكارساز بیشتر از ولتاژ اعمال شده در اتاقك یونیزاسیون میباشد كه ولتاژ اعمال شده بین دو الكترود به اندازه‌ای بزرگ است كه الكترون یونش یافته یك اتم انرژی كافی درحركت به سوی الكترود آند بدست می‌‌آورد و انرژی الكترون به اندازه‌ای است كه موجب یونش اتمهایی در مسیر خود می‌شود.
مشخصات و طرز كار آشكارساز تناسبی
آشكارساز تناسبی از یك الكترود سیلندری و یك رشته سیم مركزی كه معمولا از تنگستن میباشد، ساخته میشوند. به دلیل وضع هندسی دستگاه میدان الكتریكی در فاصله x از سیم برابر است با (E=V/xLn(b/a كه درآن V ولتاژ وصل شده بین الكترودها و a و b به ترتیب شعاعهای سیم و الكترود خارجی می‌‌باشند. میدان الكتریكی در نزدیك رشته سیم خیلی بزرگتر است و با فاصله از سیم نسبت عكس دارد. بنابراین بیشترین تكثیر در نزدیكی سیم مركزی انجام می‌‌پذیرد. حدود نصف از زوجهای یون در فاصله‌ای برابر با متوسط طول آزاد و 99% زوجهای یون در هفت برابر متوسط طول آزاد از الكترود مركزی تشكیل می‌گردند. زمان جمع آوری الكترون‌ها خیلی كوچك است. به هرحال چون الكترون‌ها خیلی نزدیك به الكترود مركزی ایجاد میشوند، v? مربوط به جمع آوری الكترون در الكترود مركزی خیلی كوچك میباشد.
بنابراین سهم بیشتر سقوط پتانسیل مربوط به یونهای مثبت است. وجود این كه یونهای مثبت كندتر از الكترون‌ها هستند، پس از عبور مسافت كمی از سیم مركزی بیشترین سقوط پتانسیل را درفاصله زمانی كوتاه بوجود می‌‌آورند. درنتیجه ، پالس مربوط به رسیدن یك زوج یون ابتدا خیلی سریع و سپس به كندی صعود مینماید. گاهی اوقات وقتی محل تشكیل هر یك از یونها نسبت به الكترود مركزی متفاوت باشد، زمان تشكیل پالس‌ها نامشخص خواهدبود. در چنین حالتی زمان لازم برای الكترون‌های مختلف در رسیدن به ناحیه تكثیر یكسان نخواهد بود. تقویت كننده‌های مرحله اول یونها را جمع آوری می‌كنند تا این نامعلومی را كاهش دهند.
زمان تفكیك
در آشكارساز تناسبی ، یونیزاسیون محدود به ناحیه اطراف مسیر اشعه میباشد. فرض كنیم كه تابش 1 در زمان t1 وارد شمارنده می‌شود و تابش مشابه 2 در یك ناحیه دیگر در زمان t2 وارد آشكارساز می‌شود. در الكترود جمع كننده سقوط پتانسیل خواهیم داشت. اگر تقویت كننده دستگاه آشكارساز بتواند این تغیییر ولتاژ را به عنوان دو علامت الكتریكی تشخیص دهد و اگر این كمترین زمان جدایی باشد كه این تشخیص امكانپذیر می‌گردد، در این صورت t2-t1 زمان تفكیك
(Resolving time) برای آشكارساز تناسبی است. بنابراین زمان تفكیك (T) تابع سیستم الكتریكی است.
اگر زمان تفكیك صفر باشد، تغییر تعداد شمارش برحسب تغییر تعداد تابش باید یك خط مستقیم باشد. به هرحال اگر زمان تفكیك بینهایت باشد، این منحنی در سیستم مختصات y-x به محور x متمایل شده و بالاخره آن را قطع خواهد نمود. یعنی وقتی تعداد تابشهایی كه وارد آشكارساز میشوند افزایش یابد، تعداد شمارش ثبت شده ابتدا افزایش می‌یابد و بعد از رسیدن به یك ماكزیمم به طرف صفر میل میكند. در این میزان شمارش صفر ، ولتاژ الكترود جمع كننده ثابت می‌‌ماند. زیرا كه میزان جمع آوری یونها برابر میزان نشت یونها خواهد بود.
آشكارساز تناسبی حساس نسبت به محل ورود اشعه
یكی از تفاوتهای اساسی بین آشكارساز تناسبی و آشكارساز گایگر مولر این است كه در آشكارساز تناسبی ، یونیزاسیون محدود به ناحیه كوچكی در اطراف مسیر ذره تابشی است. در صورتی كه در آشكارساز گایگر یونیزاسیون در تمام حجم آشكارساز انجام می‌شود. بنابراین در آشكارسازهای تناسبی ، امكان این كه اطلاعاتی در مورد محل اشعه تابشی بدست آوریم، وجود دارد.
در این نوع از آشكارسازها ، آند از یك سیم با مقاومت زیاد (معمولا رشته كوارتز با پوششی از كربن) تشكیل می‌شود. فرض كنیم ذره تابشی در وضعیت x یونهایی در مجاورت آند ایجاد مینماید. این یونها بوسیله آند جمع آوری شده و باعث جاری شدن جریان در دو جهت در طول آند خواهد شد. مقدار جریانی كه از هر جهت جاری می‌شود تابع مقاومت در مسیر میباشد. به دلیل تفاوت جریان در دو انتهای آند پالسهای ایجاد شده در دو انتهای آند در ارتفاع و زمان صعود متفاوت خواهند بود. تفاوت در زمان صعود ، به دلیل تفاوت در ثابت زمانی ، معمولا برای بدست آوردن اطلاعات درباره محل اشعه بكار می‌رود.
شمارش نوترون با آشكارساز تناسبی
علاوه بر اینكه می‌توان از آشكارساز تناسبی برای آشكارسازی ذرات آلفا و بتا استفاده نمود. این آشكارساز می‌تواند در آشكارسازی نوترونها نیز مورد استفاده قرار گیرند. یك آشكارساز واقعی نوترون معمولا گاز BF خالص و یا مخلوطی از BF3 و یكی از گازهای استاندارد آشكارسازهای گازی ، میباشد. وقتی كه نوترون حرارتی بوسیله هسته جذب می‌شود، دو ذره یونیزه كننده قوی یكی ذره آلفا و دیگری هسته لیتیم كه در جهت مخالف حركت ذره آلفا حركت میكند، رها میشوند. پالسهای ایجاد شده بوسیله محصولات واكنش هسته‌ای در مقایسه با پالسهای بوجود آمده بسیله تابشهای نظیر اشعه گاما ، دارای ارتفاع نسبتا بزرگ است.
رابطه ارتفاع پالس با نوع ذره
نكته‌ای كه وجود دارد رابطه ارتفاع پالس و نوع ذره است. ارتفاع پالسهای ایجاد شده با ذرات یونیزه كننده سنگین مانند ذرات آلفا ، ممكن است بطور قابل ملاحظه‌ای از پالسهای بوجود آمده بوسیله الكترون‌های با انرژی برابر ، متفاوت باشد. این اختلاف تابع نوع اشعه است كه معمولا برای آشكارسازهای گازی ، كوچك میباشد. در مورد آشكارسازهای تناسبی و یونیزاسیون و آشكارساز نیم رسانا این حالت وجود دارد.
منبع:رادیواکتیو
تهیه کننده: مژده اصولی
تنظیم برای تبیان: محسن مرادی
