Gaz iyonlaştırma sayacı

Gaz iyonlaştırma sayaçları, iyonlaştırıcı parçacıkların varlığını tespit etmek için parçacık fiziğinde ve iyonlaştırıcı radyasyonu ölçmek için radyasyondan korunma uygulamalarında kullanılan radyasyon tespit cihazları.

Bir tel silindir gaz radyasyon sayacı için uygulanan gerilime karşı iyon çifti akımının değişim grafiği.

Radyasyonun iyonlaştırıcı etkisini gaz dolu bir sensör üzerinde kullanır. Bir parçacık bir gaz atomunu veya molekülü iyonize etmek için yeterli enerjiye sahipse, ortaya çıkan elektronlar ve iyonlar ölçülebilen bir mevcut akışa neden olur.

Gaz iyonlaştırma sayaçları, radyasyon saptama ve ölçümü için kullanılan önemli bir cihaz grubunu oluşturur.

Türleri

İyonlaştırıcı radyasyon dedektörlerinin aileleri

Üç temel türde gaz iyonlaştırma dedektörü bulunmaktadır: iyonlaşma odaları, orantılı sayaçlar ve Geiger-Müller tüpleri.

Bunların tümü, hava veya özel bir doldurma gazı ile ayrılmış iki elektrotun aynı temel tasarımına sahiptir. Ancak her biri, toplanan toplam iyon çifti sayısını ölçmek için farklı bir yöntem kullanır.^[1] Elektrotlar arasındaki elektrik alanının gücü, dolum gazının türü ve basıncı, dedektörün iyonlaştırıcı radyasyona tepkisini belirler.

İyonlaşma odası

İyon odasının şematik diyagramı, iyonların kaymasını gösterir. Elektronlar tipik olarak, çok daha küçük kütleleri nedeniyle pozitif iyonlardan 1000 kat daha hızlı kaymaktadır.^[2]

İyonlaşma odaları, düşük elektrik alanı gücünde çalışır ve gaz çarpımı gerçekleşmeyecek şekilde seçilir. İyon akımı, bir iyon ve bir elektrondan oluşan "iyon çiftleri"nin oluşturulmasıyla üretilir. İyonlar katoda sürüklenirken, serbest elektronlar elektrik alanın etkisi altında anotta sürüklenir. Cihaz "iyon odası bölgesinde" kullanılıyorsa, bu akım uygulanan voltajdan bağımsızdır. İyon odaları yüksek radyasyon dozu için tercih edilir çünkü "ölü zamanları" yoktur ve Geiger Muller tüpünün doğruluğunu yüksek doz oranlarında etkileyen bir fenomendir.

Avantajları, gama radyasyonuna gama radyasyonuna iyi bir üniforma tepkisi ve doğru genel doz okumasıdır. Çok yüksek radyasyon hızlarını ölçebilir ve sürekli yüksek radyasyon seviyeleri, dolum gazını bozmaz.

Dezavantajları ise gelişmiş elektrometre devresi gerektiren düşük çıkıştır. İşlem ve doğruluk nemden kolayca etkilenir.^[3]

Orantılı sayaç

Oransal bir sayaçta ayrık Townsend çığlarının oluşumu.

Orantılı sayaçlar, ayrık çığların üretileceği şekilde seçilmiş, biraz daha yüksek bir voltajda çalışır. Her iyon çifti tek bir çığ üretir, böylece radyasyon tarafından biriktirilen enerjiyle orantılı bir çıkış akımı darbesi üretilir. Bu, "orantılı sayaç" bölgesindedir.^[2] "Gaz orantılı dedektör" (GPD), erimi genellikle radyometrik uygulamada kullanılır. Yüklü personel izleme ekipmanlarında olduğu gibi alfa ve beta parçacıklarının tespiti ve ayırt edilmesi için büyük alan yassı dizileri kullanıldığında parçacık enerjisini tespit edebilme özelliğinde yararlıdır.

Avantajları, radyasyon enerjisini ölçme ve spektrografik bilgi sağlama, alfa ve beta partikülleri arasında ayrım yapma ve büyük alan dedektörlerinin oluşturulabilirliğidir.

Geiger-Müller tüpü

Townsend çığlarının yayılmasının UV fotonları ile görselleştirilmesi.

Geiger-Müller tüpleri, Geiger sayaçlarının temel bileşenleridir. Her iyon çiftinin bir çığ oluşturacağı şekilde seçilmiş daha yüksek bir voltajda çalışırlar, ancak UV fotonların yayılmasıyla, anot teli boyunca yayılan çok sayıda çığ oluşur ve bitişik gaz hacmi, tek bir iyon çifti olayından az bir miktarda iyonize olur.^[2] İyolaşma olayları tarafından üretilen akım darbeleri, sayım oranı veya radyasyon dozunun görsel bir gösterimini elde edebilen işleme elektroniğine ve genellikle elde tutulan enstrümanlar söz konusu olduğunda, tıklamalar üreten bir ses cihazıdır.

Avantajları, çok çeşitli ebat ve uygulamalara sahip ucuz ve sağlam bir dedektör olmalarıdır. Büyük çıkış sinyali basit sayma için minimum elektronik işlem gerektiren tüpten üretilir ve enerji dengelenmiş bir tüp kullanırken genel gama dozunu ölçebilir .

Dedektör tipi kullanımı konusunda rehberlik

Birleşik Krallık İş Sağlığı ve Güvenliği Yönetimi, ilgili başvuru için doğru portatif araç hakkında bir rehber notu yayınlamıştır.^[4] Bu, tüm radyasyon enstrüman teknolojilerini kapsar ve bir ölçüm uygulaması için doğru gaz iyonlaştırma dedektör teknolojisinin seçilmesinde faydalıdır.

Günlük kullanımı

İyonlaştırma tipi duman dedektörleri yaygın olarak kullanılan gaz halinde iyonlaşma dedektörleridir. Küçük bir radyoaktif kaynak olan amerikyum, etkili bir şekilde bir iyonlaştırma çemberi oluşturan iki plaka arasındaki akımı koruyacak şekilde yerleştirilir. İyonlaşmanın gerçekleştiği plakaların arasına duman girerse, iyonize gaz nötrleştirilebilir ve böylece düşük akıma neden olur. Akımdaki düşüş yangın alarmını tetikler.

Kaynakça

1. McGregor, Douglas S. "Chapter 8 - Detection and Measurement of Radiation." Fundamentals of Nuclear Science and Engineering, Second Edition. By J. Kenneth Shultis and Richard E. Faw. 2nd ed. CRC, 2007. 202-222. Print.
2. Glenn F Knoll, Radiation detection and measurement, John Wiley and son, 2000. 0-471-07338-5
3. Ahmed, Syed (2007). Physics and Engineering of Radiation Detection. Elsevier. ss. 182. Bibcode:2007perd.book.....A. ISBN 978-0-12-045581-2.
4. "Arşivlenmiş kopya" (PDF). 15 Mart 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 15 Mart 2019.