الكواشف الإشعاعية
يعتمد مبدأ الكشف عن الإشعاعات المؤينة في معظم الكواشف على تأيين أو إثارة الإشعاعات المؤينة لذرات أو جزئيات مادة الكاشف عند مرور الإشعاعات المؤينة فيها. وعند التأين يتم إنتاج الأزواج الإلكترونية الأيونية في الكواشف الغازية أو الإلكترونية التجوفية في أشباه الموصلات ويعتمد عدد الأزواج المتكونة على نوع مادة الكاشف وعلى طاقات الإشعاعات الساقطة.
1. الكواشف الغازية
كواشف الاشعاع التي تعمل بالغاز هي تلك التي يحتوي الحجم الحساس فيها علي غاز. تعتمد الكواشف الغازية في عملها على عملية التأين التي تحدث أثناء تفاعل الإشعاع الساقط مع جزيئات الغاز داخل الكاشف، حيث يتم تجميع أزواج الإلكترونات والأيونات المتولدة أثناء عمليات ألتأين على طول مسار الإشعاع في الغاز بتطبيق جهد كهربائي مناسب بين قطبي الكاشف.
يوجد ثلاثة انواع رئيسية من الكواشف الغازية:
1- غرفه التأين Ionization Chamber
2- العداد التناسبي Proportional Counter
3- عداد غايغر ميولر G-M Counter
وتعتمد جميعها على تجميع الشحنة الكهربائية الخارجة من الكاشف نتيجة تجميع الشحنات المتكونة داخل غرفة الكاشف.
1.1 عملية التأين :
عندما تمر الجسيمات الساقطة خلال الغاز يحدث عملية تفاعل بين جزيئات الغاز والاشعاع الساقط ، ومن ثم تتهيج او تتأين الجزيئات على طول المسار الذي يسلكه الإشعاع الساقط ، وينتج عن عملية التأين أيون موجب والكترون سالب ويقال نتج زوج الأيون والإلكترون الذي يشكل المصدر الرئيسي لتكوين الشحنة الكهربائية التي يتم تجميعها من غرفه الـتأين مباشرة. وتعتمد كمية الشحنة الكهربائية على عدد الأزواج الأيونية – الإلكترونية. وتتولد الأيونات أما مباشره نتيجة الإشعاع الساقط أو بشكل ثانوي . فعند زيادة الجهد الكهربائي فان ألإلكترونات التي تنتج أثناء عملية التأين تكتسب طاقة كافية لإحداث أزواج أيونية جديدة تسمى الأيونات الناتجه من عملية التأين الثانوية، إضافة إلى الأزواج الناتجه عن عملية التأين المباشر الأولية ولاتحدث عملية التأين إلا إذا كان الإشعاع الساقط يحمل كمية من الطاقة تساوي طاقة تأين الجزيء الذي يتفاعل معه.
2.1 تأثير الجهد الكهربائي على الكوشف الغازية :
لنفرض انه طبق جهد كهربائي على كاشف غازي يتعرض لمصدر مشع بشدة ثابتة حيث يتم رصد معدل تغير شدة التيار مع تغير الجهد الكهربائي. ويمكن تقسيم أثر الجهد الكهربائي الى المناطق التالية انظر الشكل (1) الذي يوضح العلاقة بين فرق الجهد والتيار الناتج . ويعرف هذا المنحنى باسم المنحنى المميز للكواشف الغازية .
منطقة رقم 1 :
في هذه المنطقه تتحرك الأيونات المتكونة بسبب الإشعاع الساقط ببطء لضعف فرق الجهد المطبق على الكاشف مع ارتفاع في معدل التحام الأيونات الموجبة بالألكترونات . وبزيادة فرق الجهد يأخذ معدل الألتحام بالتناقص وتزداد سرعة الأيونات بأتجاه الأقطاب حتى يصبح معدل ألإلتحام مساويا للصفر عندما يكون فرق الجهد مساويا Vl وتسمي هذه المنطقة منطقة الإلتحام(recombination region) .
منطقة رقم 2 :
في هذه المنطقة تكون شدة التيار ثابتة بغض النظر عن الزيادة في فرق الجهد نظرا لإن معدل الإلتحام يساوي صفر ولايو جد زيادة في عملية التأين. وتسمى هذه بمنطقة التأين (ionization region).
منطقة رقم 3:
مع زيادة فرق الجهد تكتسب الإلكترونات الناتجه عن عملية التأين طاقة كافية لإحداث تأينات ثانوية ممــــا يضاعف كمية الشحنة ويتناسب التيارالخارج من الكاشف مع الطاقة التي يودعهـــــا الإشعاع الساقط داخل الكاشف . وتسمي منطقة التناسب proportional region.
منطقة رقم 4 :
يكون فرق الجهد في هذه المنطقة كبيرأ جدا بالدرجه التي تجعل زوج الأيون والإلكترون لديه القدرة على توليد تفريعة ضخمة من أزواج ألأيونات والإلكترونات الثـــانوية وبالتالــــي يؤدي الى خروج نبضـــة بارتفاع وشــكل ثابت لايعتمد على طاقــــة الإشـــعاع الساقــــط ولا نوعيـــتة . وتســمى منطقــــة غايغـــر مولر Geiger - Mueller region)).
3.1 كواشف غرفة التأين : Ionization Chambers
تعمل غرفة التأين بطريقتين :
أولا : طريقة التيار (Current Mode )
تعتمد هذه الطريقة على التجميع الفعال للشحنة المتولدة داخل حجم معين عندما يتعرض لمعدل ثابت من الإشعاع الساقط وبتطبيق الجهد الكهربائي المناسب مما يؤدي إلى مرور تيار كهربائي في الدائرة الكهربائية الخارجية للكاشف . وبقياس شدة هذا التيار يمكن تعيين كمية الإشعاعات الساقطة على الكاشف . وتستخدم الغرف التي تعمل بطريقة قياس شدة التيار في :
1- قياس التعرض نتيجة لإشعاعات جاما .
2- المسح الإشعاعي بغرض المراقبة لمناطق التلوث الإشعاعي .
يعتمد مبدأ الكشف عن الإشعاعات المؤينة في معظم الكواشف على تأيين أو إثارة الإشعاعات المؤينة لذرات أو جزئيات مادة الكاشف عند مرور الإشعاعات المؤينة فيها. وعند التأين يتم إنتاج الأزواج الإلكترونية الأيونية في الكواشف الغازية أو الإلكترونية التجوفية في أشباه الموصلات ويعتمد عدد الأزواج المتكونة على نوع مادة الكاشف وعلى طاقات الإشعاعات الساقطة.
1. الكواشف الغازية
كواشف الاشعاع التي تعمل بالغاز هي تلك التي يحتوي الحجم الحساس فيها علي غاز. تعتمد الكواشف الغازية في عملها على عملية التأين التي تحدث أثناء تفاعل الإشعاع الساقط مع جزيئات الغاز داخل الكاشف، حيث يتم تجميع أزواج الإلكترونات والأيونات المتولدة أثناء عمليات ألتأين على طول مسار الإشعاع في الغاز بتطبيق جهد كهربائي مناسب بين قطبي الكاشف.
يوجد ثلاثة انواع رئيسية من الكواشف الغازية:
1- غرفه التأين Ionization Chamber
2- العداد التناسبي Proportional Counter
3- عداد غايغر ميولر G-M Counter
وتعتمد جميعها على تجميع الشحنة الكهربائية الخارجة من الكاشف نتيجة تجميع الشحنات المتكونة داخل غرفة الكاشف.
1.1 عملية التأين :
عندما تمر الجسيمات الساقطة خلال الغاز يحدث عملية تفاعل بين جزيئات الغاز والاشعاع الساقط ، ومن ثم تتهيج او تتأين الجزيئات على طول المسار الذي يسلكه الإشعاع الساقط ، وينتج عن عملية التأين أيون موجب والكترون سالب ويقال نتج زوج الأيون والإلكترون الذي يشكل المصدر الرئيسي لتكوين الشحنة الكهربائية التي يتم تجميعها من غرفه الـتأين مباشرة. وتعتمد كمية الشحنة الكهربائية على عدد الأزواج الأيونية – الإلكترونية. وتتولد الأيونات أما مباشره نتيجة الإشعاع الساقط أو بشكل ثانوي . فعند زيادة الجهد الكهربائي فان ألإلكترونات التي تنتج أثناء عملية التأين تكتسب طاقة كافية لإحداث أزواج أيونية جديدة تسمى الأيونات الناتجه من عملية التأين الثانوية، إضافة إلى الأزواج الناتجه عن عملية التأين المباشر الأولية ولاتحدث عملية التأين إلا إذا كان الإشعاع الساقط يحمل كمية من الطاقة تساوي طاقة تأين الجزيء الذي يتفاعل معه.
2.1 تأثير الجهد الكهربائي على الكوشف الغازية :
لنفرض انه طبق جهد كهربائي على كاشف غازي يتعرض لمصدر مشع بشدة ثابتة حيث يتم رصد معدل تغير شدة التيار مع تغير الجهد الكهربائي. ويمكن تقسيم أثر الجهد الكهربائي الى المناطق التالية انظر الشكل (1) الذي يوضح العلاقة بين فرق الجهد والتيار الناتج . ويعرف هذا المنحنى باسم المنحنى المميز للكواشف الغازية .
منطقة رقم 1 :
في هذه المنطقه تتحرك الأيونات المتكونة بسبب الإشعاع الساقط ببطء لضعف فرق الجهد المطبق على الكاشف مع ارتفاع في معدل التحام الأيونات الموجبة بالألكترونات . وبزيادة فرق الجهد يأخذ معدل الألتحام بالتناقص وتزداد سرعة الأيونات بأتجاه الأقطاب حتى يصبح معدل ألإلتحام مساويا للصفر عندما يكون فرق الجهد مساويا Vl وتسمي هذه المنطقة منطقة الإلتحام(recombination region) .
منطقة رقم 2 :
في هذه المنطقة تكون شدة التيار ثابتة بغض النظر عن الزيادة في فرق الجهد نظرا لإن معدل الإلتحام يساوي صفر ولايو جد زيادة في عملية التأين. وتسمى هذه بمنطقة التأين (ionization region).
منطقة رقم 3:
مع زيادة فرق الجهد تكتسب الإلكترونات الناتجه عن عملية التأين طاقة كافية لإحداث تأينات ثانوية ممــــا يضاعف كمية الشحنة ويتناسب التيارالخارج من الكاشف مع الطاقة التي يودعهـــــا الإشعاع الساقط داخل الكاشف . وتسمي منطقة التناسب proportional region.
منطقة رقم 4 :
يكون فرق الجهد في هذه المنطقة كبيرأ جدا بالدرجه التي تجعل زوج الأيون والإلكترون لديه القدرة على توليد تفريعة ضخمة من أزواج ألأيونات والإلكترونات الثـــانوية وبالتالــــي يؤدي الى خروج نبضـــة بارتفاع وشــكل ثابت لايعتمد على طاقــــة الإشـــعاع الساقــــط ولا نوعيـــتة . وتســمى منطقــــة غايغـــر مولر Geiger - Mueller region)).
3.1 كواشف غرفة التأين : Ionization Chambers
تعمل غرفة التأين بطريقتين :
أولا : طريقة التيار (Current Mode )
تعتمد هذه الطريقة على التجميع الفعال للشحنة المتولدة داخل حجم معين عندما يتعرض لمعدل ثابت من الإشعاع الساقط وبتطبيق الجهد الكهربائي المناسب مما يؤدي إلى مرور تيار كهربائي في الدائرة الكهربائية الخارجية للكاشف . وبقياس شدة هذا التيار يمكن تعيين كمية الإشعاعات الساقطة على الكاشف . وتستخدم الغرف التي تعمل بطريقة قياس شدة التيار في :
1- قياس التعرض نتيجة لإشعاعات جاما .
2- المسح الإشعاعي بغرض المراقبة لمناطق التلوث الإشعاعي .