6. Detektorok 120
6.2. Detekt´ al´ asi hat´ asfok
ori´asi a hat´ot´avols´aga, de hi´aba jut el a detektorba, ott sem hagy ´erz´ekelhet˝o nyomot.
A sug´arz´as ´erz´ekel´es´evel kapcsolatban k¨ul¨onb¨oz˝o szempontok j´atszanak szerepet.
• Van, amikor csak a sug´arz´as l´et´ere vagy nem l´et´ere vagyunk k´ıv´ancsiak. Ilyen-kor elegend˝o a r´eszecsk´eket csak megsz´aml´alni, a sug´arz´as t¨obbi param´etere nem
´
erdekes. Ezek a r´eszecskesz´aml´al´ok.
• Van, amikor a r´eszecsk´ek ir´anya, ill. az anyagban befutott ´utjuk ´erdekes. Ezek a r´eszecsk´ek nyom´at l´athat´ov´a t´ev˝o detektorok, vagy nyomk¨ovet˝o detektorok.
• Van, amikor olyan detektorokat kell haszn´aljunk, amelyek a r´eszecsk´ek energi´aj´at is meg tudj´ak m´erni. Ezeket spektrom´etereknek nevezz¨uk.
A detektorok fel´ep´ıt´ese ´es bonyolults´aga is sz´eles sk´al´an mozog. Vannak egyszer˝u de-tektorok, ´es vannak sokf´ele detektorelemb˝ol ¨osszetett, igen nagy bonyolults´ag´u, ¨osszetett detektorok. Ez´ert a r´eszecsk´ek ´erz´ekel´es´ere haszn´alt berendez´esek fajt´ai igen sokf´el´ek.
6.2. Detekt´ al´ asi hat´ asfok
Miel˝ott az egyes detektorfajt´akat r´eszletesebben szem¨ugyre venn´enk, vizsg´aljuk meg, hogy mi t¨ort´enik a sug´arz´asokkal ´utjuk sor´an, am´ıg el´erik a detektorokat.
Egy radioakt´ıv forr´as r´eszecsk´eket bocs´at ki, amelyeket majd ´erz´ekelni (detekt´alni) fogunk. Nem minden r´eszecsk´et tudunk azonban ´erz´ekelni, amit a forr´as kibocs´at, hiszen k¨ozben a k¨ovetkez˝o dolgok t¨ort´enhetnek vele:
• Elbomlik (ha a kibocs´atott r´eszecske nem stabil. Ilyen pl. a neutron)
• Elker¨uli a detektort (
”elmegy” mellette)
• ”Eltal´alja” ugyan a detektort, de k¨olcs¨onhat´as n´elk¨ul ´athalad rajta, ´es ´ıgy nem keletkezik ´erz´ekelhet˝o jel.
6.1. Defin´ıci´o (Teljes detekt´al´asi hat´asfok) Azt az ar´anyt, amely megmutatja, hogy az ¨osszes kibocs´atott r´eszecske h´anyad r´esz´et detekt´aljuk, teljes detekt´al´asi hat´asfoknak nevezz¨uk.
teljes hat´asfok = detekt´alt r´eszecskesz´am
kibocs´atott r´eszecskesz´am (6.1) A teljes detekt´al´asi hat´asfok k´et t´enyez˝ob˝ol tev˝odik ¨ossze: a geometriai hat´asfokb´ol, ´es a detektor bels˝o (intrinsic) hat´asfok´ab´ol.
6.2.1. Geometriai hat´ asfok
El˝osz¨or tekints¨uk a legegyszer˝ubb esetet, amikor a r´eszecsk´ek nem bomlanak el, ´es nincs ami elnyelje ˝oket (v´akuumban val´o terjed´es). Ilyenkor csak a forr´as ´es a detektor geo-metriai elhelyezked´ese szabja meg azt, hogy a r´eszecsk´ek h´anyad r´esze ´eri el a detektort.
A legegyszer˝ubb eset egy pontszer˝u sug´arforr´as esete.
Vegy¨unk egy pontszer˝u sug´arforr´ast, amelynekAaktivit´asa van, azaz id˝oegys´eg alatt A r´eszecske bocs´at´odik ki v´eletlenszer˝uen a t´er minden ir´any´aba. Mivel nem bomlanak el, ´es semmilyen fizikai mez˝o – elektromos, m´agneses, gravit´aci´os stb. – sincs jelen, ez´ert a kibocs´atott r´eszecsk´ek v´akuumban egyenes vonalban mozognak tov´abb. Ez azt jelenti, hogy b´armely R sugar´u g¨omb fel¨ulet´en – amelyet a forr´as, mint k¨oz´eppont k¨or´e h´uzunk – id˝oegys´eg alatt ugyancsak A r´eszecske kell ´athaladjon (ld. 6.1 ´abra). Ford´ıtson a
Sug´arforr´as R
F detektor
6.1. ´abra. Geometriai hat´asfok
detektorunk F fel¨uletet a sug´arz´as fel´e! Ha id˝oegys´eg alatt A r´eszecske halad ´at az R sugar´u g¨omb 4πR2 fel¨ulet´en, akkor a detektoron ´athaladt r´eszecsk´ek sz´am´anak v´arhat´o
´
ert´eke: F
4πR2. Miut´an A ´es F is ´alland´o, a detekt´alt r´eszecskesz´am a forr´ast´ol val´o t´avols´ag n´egyzet´evel ford´ıtott ar´anyban cs¨okken, azaz t´ızszer akkora t´avols´agban sz´azszor kevesebb r´eszecsk´et ´erz´ekel¨unk.
6.2. Defin´ıci´o (Geometriai hat´asfok) Azt a h´anyadost, amely megmutatja, hogy egy radioakt´ıv forr´asb´ol kibocs´atott r´eszecsk´ek h´anyad r´esze ´eri el a detektort a forr´as-detektor geometriai elrendez´es´enek k¨ovetkezt´eben, geometriai hat´asfoknak nevezz¨uk.
g = detektort el´ert r´eszecskesz´am
kibocs´atott r´eszecskesz´am (6.2) A fenti megfontol´as szerint egyszer˝u esetekben (pontszer˝u forr´as, kis F detektor-fel¨ulet, nagyRforr´as-detektor t´avols´ag) a geometriai hat´asfok j´ol k¨ozel´ıthet˝o a k¨ovetkez˝o k´eplettel: g = F
4πR2. Bonyolultabb esetekben (kiterjedt forr´as, k¨ozeli forr´as-detektor elrendez´es, stb.) a geometriai hat´asfokot csak neh´ez sz´am´ıt´asokkal - n´eh´any eset kiv´ ete-l´evel ´altal´aban szimul´aci´oval - lehet meghat´arozni.
4π sz´aml´al´o
Azokat a detektorokat, amelyekn´el a geometriai hat´asfokg = 1 (azaz a forr´asb´ol kibocs´ a-tott minden r´eszecske el´eri a detektort) 4π sz´aml´al´oknak h´ıvjuk. Ez az elnevez´es onnan ered, hogy az ilyen detektorok teljesen k¨or¨ulfogj´ak a forr´ast az eg´esz 4π t´ersz¨ogben.
Hangs´ulyozni kell, hogy ez m´eg nem jelenti azt, hogy a detektor t´enylegesen ´erz´ekel is minden r´eszecsk´et, hiszen el˝ofordulhat, hogy a detektort ´ert r´eszecske k¨olcs¨onhat´as n´elk¨ul
´
athalad a detektoron! Azt, hogy egy, a detektorra es˝o r´eszecske milyen val´osz´ın˝us´eggel halad ´at vagy hagy nyomot, a r´eszecsk´enek a detektor anyag´aval t¨ort´en˝o k¨olcs¨onhat´asa szabja meg.
6.2.2. Bels˝ o detekt´ al´ asi hat´ asfok
A sug´arz´asoknak az anyaggal t¨ort´en˝o k¨olcs¨onhat´as´aval foglalkoz´o fejezetben l´attuk, hogy vannak olyan sug´arz´asok, amelyek csak kis val´osz´ın˝us´eggel l´epnek k¨olcs¨onhat´asba az anyaggal. Ilyen volt p´eld´aul a gamma-, vagy a neutronsug´arz´as. Ez´ert k¨onnyen elk´ epzel-het˝o, hogy a r´eszecske b´ar el´eri a detektort, m´egsem kelt benne detekt´alhat´o jelet, mivel k¨olcs¨onhat´as n´elk¨ul ´athalad rajta. Annak a val´osz´ın˝us´eg´et, hogy egy r´eszecske, amely el´erte a detektort, jelet is kelt benne, a detektor bels˝o hat´asfok´aval ´ırjuk le.
6.3. Defin´ıci´o (Bels˝o (intrinsic) hat´asfok) Azt a h´anyadost, amely megmutatja, hogy egy detektorra es˝o r´eszecsk´ek h´anyad r´esz´et detekt´aljuk el˝ore meghat´arozott m´odon, a de-tektor bels˝o (intrisic) hat´asfok´anak nevezz¨uk.
i = adott m´odon detekt´alt r´eszecskesz´am
detektort el´ert r´eszecskesz´am (6.3) Fontos az, hogy a bels˝o hat´asfok m´as ´es m´as lehet m´eg ugyanarra a detektorra vo-natkoz´olag is, ha a detekt´al´asnak m´as m´odj´at k¨otj¨uk ki. P´eld´aul, m´as az intrinsic ha-t´asfoka egy gamma-detektornak akkor, ha csak annyit k¨ovetel¨unk meg, hogy egy´altal´an detekt´alja valahogyan a gamma-sug´arz´ast, mintha azt is megk¨ovetelj¨uk, hogy a sug´ ar-z´as energi´aj´at is meg lehessen m´erni vele (azaz a teljes-energia cs´ucsban val´o detekt´al´ast v´alasztjuk ki).
A detektor teljes hat´asfoka teh´at, mint az a defin´ıci´okb´ol k¨onnyen l´athat´o:
t=g·i (6.4)
A detektorok csoportos´ıt´ asa
A jelen fejezetben n´eh´any olyan detektort ismertet¨unk, amelyek az ioniz´al´o sug´arz´asok
´
erz´ekel´es´ere alkalmasak.
Az egyszer˝u detektorokat – funkci´ojuk szerint – h´arom nagy csoportba soroljuk.
• A r´eszecsk´ek nyom´at l´athat´ov´a tev˝o detektorok:
- a szil´ardtest nyomdetektor, - a fotoemulzi´o,
- a k¨odkamra, - a bubor´ekkamra.
• A r´eszecskesz´aml´al´ok:
- ioniz´aci´os kamra,
- proporcion´alis sz´aml´al´o, - GM-cs˝o.
• A spektrom´eterek:
- a szcintill´aci´os detektorok
- a f´elvezet˝o detektorok.
Az ¨osszetett detektorok olyan sokf´el´ek, hogy azok ismertet´ese t´ulny´ulik ennek az anyagnak a keretein. Egyetlen k´epvisel˝oj¨uket eml´ıtj¨uk csak meg a k´es˝obbiekben: a sok-sz´alas proporcion´alis kamr´at (MWPC).