Общая характеристика детекторов излучений. При проведении исследований в зависимости от вида решаемых задач используются различного типа детекторы излучений» а также разнообразная радиометрическая аппаратура. Детекторы можно разделить по принципу работы на детекторы косвенного и прямого измерения исследуемого излучения. К детекторам косвенного измерения относятся детекторы из фольги или из проволоки. Они изготовляются из таких химических элементов, которые становятся радиоактивными при захвате нейтронов. Образование радиоактивных нуклидов происходит по схеме 
Таблица 10.1. Физические характеристики некоторых детекторов
где
—нуклид, входящий в состав материала детектора^ X— радиоактивное ядро, образовавшееся при захвате нейтрона;
z+iY — стабильное ядро.
Метод регистрации наведенной активности детекторов, облученных в активной зоне, называется нейтронно-активационным методом. Этот метод в практическом применении к измерению нейтронного поля в активной зоне реактора описан в § 7.2.
Физические характеристики некоторых детекторов, используемых при нейтронно-активационном анализе, приведены в табл. 10.1.
К детекторам прямого измерения исследуемых излучений относятся ионизационные камеры, газоразрядные и сцинтилляционные счетчики, камеры деления, камеры абсолютного счета и др.
Техника регистрации излучений определяется типом радиоактивного распада, уровнем активности, размером и массой излучателей. Из-за различия в свойствах излучения и параметрах источников техника регистрации очень разнообразна. Как правило, работа детектора основана на свойствах излучения образовывать ионы, оставлять в среде следы и т. д.
Ионизационные методы регистрации основаны на явлении электропроводности ионизированных газов. Таким образом, детектором может быть любой газонаполненный прибор работающий в режиме, обеспечивающем регистрацию ионизирующих частиц, по возникновению разрядного тока.
Если электропроводность возникает под действием внешнего ионизатора, то процесс газового разряда называется несамостоятельным. Электрический разряд в газе, продолжающийся после прекращения действия внешнего ионизатора,. называется самостоятельным газовым разрядом.
Величина силы тока при газовом разряде зависит от напряжения, приложенного к электродам газоразрядной трубки, потока ионизирующих частиц и их ионизирующей способности. Зависимость разрядного тока от напряжения, приложенного к электродам, называется вольт-амперной характеристикой (рис. 10.5).
Кривые на рис. 10.5 построены для постоянных потоков а- и (5- частиц. Вся вольт-амперная характеристика в зависимости от напряжения может быть разделена на шесть областей, первые четыре из которых относятся к несамостоятельному разряду и две последние — к самостоятельному.
Рис. 10.5. Вольт-амперная характеристика ионизационного детектора
Для детектирования излучения используются лишь вторая, третья и пятая области вольт-амперной характеристики.
Мощность дозы или интенсивность излучения измеряется по среднему значению ионизационного тока или подсчетом числа
импульсов ионизированного газа. Соответственно различают три: режима работы ионизационной камеры: токовый, импульсный к: флуктуационный, каждому из которых соответствует своя схема включения.
Флуктуационный режим работы ионизационной камеры является промежуточным между токовым и импульсным и используется для регистрации нейтронов, когда их поток велик для применения импульсных методов, но еще мал для того, чтобы применять токовый режим.
Дадим краткую характеристику некоторых детекторов, применяемых в технике измерения ионизирующих излучений.
Ионизационные камеры и камеры деления.
Вторая область, где разрядные токи не зависят от приложенного напряжения, называется областью насыщения, а детектор — ионизационной камерой. .
Детектирование а-, у-частиц и других носителей заряда происходит вследствие непосредственной ионизации этими частицами наполняющего камеру газа. у-Излучение детектируется ионизационными камерами благодаря ионизации газа вторичными электронами, образующимися при взаимодействии у-квантов со стенками камеры. .
Для детектирования тепловых нейтронов используются вторичные эффекты — образование заряженных частиц в результате реакций радиационного захвата нейтронов либо реакций деления. При радиационном захвате нейтрона образующиеся в результате реакции заряженные частицы (а или у) ионизируют газ, наполняющий камеру, чем и обеспечивается регистрация нейтронов.
Наибольшее распространение для регистрации нейтронов в присутствии 7-фона получили специальные компенсированные ионизационные камеры типа КНК. Основные характеристики камер типа КНК приведены в табл. 10.2.
Таблица 10.2. Характеристики нейтронных ионизационных камер типа КНК
Наряду с ионизационными камерами типа КНК при проведении работ на реакторе ИР-100 использовались также камеры деления. Для осуществления реакции деления на электроды этих камер наносят чувствительное покрытие, содержащее делящийся нуклид. Ионизация газа, которым наполнена камера, осуществляется положительно заряженными осколками деления. Характеристики камер деления типа КНТ даны в табл. 10.3.
Газоразрядные счетчики.
Третья область вольт-амперной характеристики называется областью пропорциональности, так как здесь сила разрядного тока остается пропорциональной первичной ионизации (верхняя и нижняя кривые идут параллельно) и растет пропорционально приложенному напряжению. В этой области работают пропорциональные счетчики.
Пятая область, где начинается самостоятельный разряд, называется областью Гейгера, а работающие в этой области детекторы — счетчиками Гейгера — Мюллера. В этой области сила разрядного тока не зависит от рода и свойств ионизирующих частиц (кривые сливаются в одну).
Пропорциональные счетчики предназначены для анализа энергетического распределения ионизирующих излучений, а счетчики Гейгера — Мюллера — для измерения плотности потока или мощности дозы излучения.
Таблица 10.3. Характеристики камер деления типа КНТ
В зависимости, от вида излучения газоразрядные счетчики делятся на а-, р-, у-счетчики, рентгеновские и нейтронные счетчики.
Газоразрядные счетчики работают в импульсном режиме, когда каждая зарегистрированная частица вызывает на входе электронной схемы импульс тока, и в токовом режиме, когда на вход электронной схемы поступает усредненный ток или напряжение, соответствующие плотности потока или мощности дозы излучения, воспринимаемого счетчиком.
Электронно-эмиссионные детекторы нейтронов (ЭДН).
Электронно-эмиссионные детекторы применяются для регистрации нейтронов. Принцип работы ЭДН достаточно прост и основан на свойстве приобретения зарядов противоположного знака элементами детектора. В результате вылета быстрых электронов из радиоактивного центрального электрода (эмиттера) он заряжается положительно, а оболочка детектора —отрицательно. Одно из основных достоинств ЭДН — отсутствие источника питания, без которого ионизационные камеры работать не могут.
Электроны образуются в веществе эмиттера в результате взаимодействия с нейтронами. Одним из возможных типов взаимодействия является (л, у)-реакция с веществом эмиттера с последующим образованием p-активного нуклида. Последний, распадаясь, становится источником электронов. Из сказанного ясно, что подобный вариант ЭДН, получивший название р-эмиссионного детектора нейтронов (БЭДН), имеет инерционность, определяемую периодом p-распада образующегося радиоактивного нуклида. Поэтому в качестве эмиттера используются вещества, образующие короткоживущие нуклиды.
Чувствительность БЭДН меньше чувствительности борных ионизационных камер и камер деления на 2—3 порядка. В результате ток от БЭДН, даже установленных в активную зону мощных реакторов, обычно не превышает 1—10 мкА. Это заставляет принимать специальные меры по подавлению различных электрических помех.
Таблица 10.4. Технические характеристики ЭДН
Присущего БЭДН недостатка — инерционности — нет у ЭДН, в которых электроны образуются мгновенно после захвата нейтрона в веществе эмиттера в результате взаимодействия захватного у-кванта с веществом самого эмиттера. Появление быстрого электрона может быть обусловлено либо внутренней конверсией 7-кванта, либо комптон- и фотоэффектом. В этом случае детектор можно назвать КЭДН. Такие детекторы безынерционны подобно ионизационным камерам, но ток от них на 3—4 порядка меньше, чем от ионизационных камер, и на 1—2 порядка меньше, чем от БЭДН, имеющих, например, родиевый эмиттер.
Простота конструкции ЭДН позволяет изготовлять их диаметром не более 2—3 мм, что особенно важно при использовании их для внутриреакторного контроля энергораспределения. Кроме того, применяя материалы эмиттера и коллектора с высокой температурой плавления и изоляцию из оксида магния, алюминия или бериллия,, удается создать высокотемпературные детекторы нейтронов, работающие при температурах до 700—800°С и при давлениях, равных нескольким сотням атмосфер.
Технические характеристики некоторых ЭДН приведены в табл. 10.4.
Все перечисленные выше детекторы вместе с регистрирующей аппаратурой использованы при проведении учебных и экспериментельных исследований на реакторе и уран-водных физических сборках.
