Säteilymittaustekniikka

Track-etsausilmaisimet

Kun varautunut hiukkanen hidastuu ja pysähtyy kiinteässä aineessa, sen radan varrella oleva energia voi aiheuttaa pysyviä vaurioita materiaaliin. Tästä paikallisesta vauriosta on vaikea havaita suoraa näyttöä edes huolellisella mikroskooppitutkimuksella. Tietyissä dielektrisissä materiaaleissa vaurioituneen radan läsnäolo voidaan kuitenkin paljastaa materiaalin pinnan kemiallisella syövytyksellä (eroosio) käyttämällä happoa tai emäsliuosta. Jos varautuneet hiukkaset ovat säteilyttäneet pintaa jonkin aikaa aikaisemmin, niin jokainen jättää vaurioituneen materiaalin jäljen, joka alkaa pinnalta ja ulottuu hiukkasen etäisyyttä vastaavalle syvyydelle. Valituissa materiaaleissa kemiallinen etsausnopeus tällä radalla on suurempi kuin vahingoittumattoman pinnan etsausnopeus. Siksi syövytyksen edetessä kunkin radan sijaintiin muodostuu kuoppa. Muutamassa tunnissa nämä kuopat voivat tulla riittävän suuriksi, jotta ne voidaan nähdä suoraan pienitehoisella mikroskoopilla. Näiden kaivojen lukumäärän mittaus pinta-alayksikköä kohti on sitten hiukkasvuon mitta, jolle pinta on altistettu.

Radalla on vaurioiden vähimmäistiheys, joka vaaditaan, ennen kuin etsausnopeus on riittävä kuopan muodostamiseksi. Koska vaurioiden tiheys korreloi hiukkasen dE / dx: n kanssa, se on korkein raskaimmin varautuneille hiukkasille. Missä tahansa materiaalissa vaaditaan tietty vähimmäisarvo dE / dx: lle, ennen kuin kuopat kehittyvät. Esimerkiksi mineraalisessa kiillessä kaivoja havaitaan vain energisistä raskaista ioneista, joiden massa on vähintään 10 tai 20 atomimassan yksikköä. Monet yleiset muovimateriaalit ovat herkempiä ja kehittävät etsauskuoppia pienipainoisille ioneille, kuten heliumille (alfahiukkasille). Jotkut erityisen herkät muovit, kuten selluloosanitraatti, kehittävät kuoppia jopa protoneille, jotka vahingoittavat vähiten raskasvaraisia ​​hiukkasia. Ei ole löydetty materiaaleja, jotka tuottavat kuoppia nopeiden elektronien mataliin dE / dx-raitoihin. Tämä kynnyskäyttäytyminen tekee tällaisista ilmaisimista täysin herkät beetahiukkasille ja gammasäteille. Tätä immuniteettiä voidaan hyödyntää joissain sovelluksissa, joissa raskaiden varautuneiden hiukkasten heikot vuodot on rekisteröitävä gammasäteiden voimakkaamman taustan läsnä ollessa. Esimerkiksi monet radonikaasun ja sen tytäryhtiöiden hajoamisen tuottamien alfahiukkasten ympäristömittaukset tehdään muovisella track-etch-kalvolla. Kaikkialla läsnä olevien gammasäteiden tausta hallitsisi monien muun tyyppisten ilmaisimien vasteita näissä olosuhteissa. Joissakin materiaaleissa vahinkoradan on osoitettu pysyvän materiaalissa määräämättömän ajan, ja kaivokset voidaan syövyttää useita vuosia altistumisen jälkeen. Valotus ja korkeat lämpötilat voivat kuitenkin vaikuttaa syövytysominaisuuksiin, joten paljaiden näytteiden pitkäaikaisessa varastoinnissa on noudatettava varovaisuutta, jotta vaurioratojen haalistuminen voidaan estää.

Etsauskuopan tiheyden mittaamiseksi on kehitetty automatisoituja menetelmiä käyttämällä mikroskoopin vaiheita kytkettynä tietokoneisiin, joissa on sopiva optinen analyysiohjelmisto. Nämä järjestelmät kykenevät jossain määrin syrjimään "esineitä", kuten naarmuja näytteen pinnalla, ja ne voivat tarjota kohtuullisen tarkan kappaleiden määrän pinta-alayksikköä kohden. Toinen tekniikka sisältää suhteellisen ohuet muovikalvot, joissa telat syövytetään kokonaan kalvon läpi pienten reikien muodostamiseksi. Nämä reiät voidaan sitten laskea automaattisesti siirtämällä kalvo hitaasti suurjänniteelektrodisarjan väliin ja laskemalla elektronisesti kipinöitä, jotka esiintyvät reiän kulkiessa.

Neutroniaktivointikalvot

Useiden MeV: n ja alempien säteilyenergioiden tapauksessa varatut hiukkaset ja nopeat elektronit eivät indusoi ydinreaktioita absorboivissa materiaaleissa. Gammasäteet, joiden energia on alle muutaman MeV, eivät myöskään indusoi helposti reaktioita ytimien kanssa. Siksi, kun nämä säteilymuodot pommittavat melkein mitä tahansa materiaalia, ytimet pysyvät ennallaan ja säteilytetyssä materiaalissa ei indusoida radioaktiivisuutta.

Yleisimmistä säteilymuodoista neutronit ovat poikkeus tähän yleiseen käyttäytymiseen. Koska jopa matalan energian neutroneilla ei ole varausta, ne voivat helposti vuorovaikutuksessa ytimien kanssa ja indusoida laajan valikoiman ydinreaktioita. Monet näistä reaktioista johtavat radioaktiivisiin tuotteisiin, joiden läsnäoloa voidaan myöhemmin mitata tavanomaisilla ilmaisimilla niiden rappeutumisen säteilyn havaitsemiseksi. Esimerkiksi, monentyyppiset ytimet absorboivat neutronia tuottamaan radioaktiivisen ytimen. Ajan kuluessa, jolloin tämän materiaalin näyte altistetaan neutroneille, radioaktiivisten ytimien populaatio kertyy. Kun näyte poistetaan neutronialtistumiselta, populaatio vähenee annetulla puoliintumisajalla. Tähän rappeutumiseen lähetetään melkein aina jonkin tyyppistä säteilyä, usein beetahiukkasia tai gammasäteitä tai molempia, jotka voidaan sitten laskea käyttämällä yhtä alla kuvattua aktiivista ilmaisumenetelmää. Koska se voi olla yhteydessä indusoidun radioaktiivisuuden tasoon, neutronivuon intensiteetti, jolle näyte on altistunut, voidaan päätellä tästä radioaktiivisuuden mittauksesta. Jotta riittävän radioaktiivisuus saadaan aikaan kohtuullisen tarkan mittauksen mahdollistamiseksi, tarvitaan suhteellisen voimakkaita neutronivuotoja. Siksi aktivointikalvoja käytetään usein tekniikkana mittaamaan neutronikenttiä reaktorien, kiihdyttimien tai muiden voimakkaiden neutronilähteiden ympärillä.

Materiaaleja, kuten hopeaa, indiumia ja kultaa, käytetään yleisesti hitaiden neutronien mittaamiseen, kun taas rauta, magnesium ja alumiini ovat mahdollisia vaihtoehtoja nopeiden neutronimittausten tekemiseen. Näissä tapauksissa indusoidun aktiivisuuden puoliintumisaika on välillä muutama minuutti - muutama päivä. Jotta voitaisiin muodostaa radioaktiivisten ydinpopulaatio, joka lähestyy maksimaalista mahdollista, indusoidun radioaktiivisuuden puoliintumisajan tulisi olla lyhyempi kuin neutronivuon altistumisaika. Samanaikaisesti puoliintumisajan on oltava riittävän pitkä, jotta radioaktiivisuus voidaan laskea kätevästi, kun näyte on poistettu neutronikentästä.