Công nghệ đo bức xạ

Máy dò theo dõi

Khi một hạt tích điện chậm lại và dừng lại trong chất rắn, năng lượng mà nó tích tụ dọc theo vết của nó có thể gây ra thiệt hại vĩnh viễn trong vật liệu. Rất khó để quan sát bằng chứng trực tiếp về thiệt hại cục bộ này, ngay cả khi kiểm tra bằng kính hiển vi cẩn thận. Tuy nhiên, trong một số vật liệu điện môi nhất định, sự hiện diện của rãnh bị hư hỏng có thể được bộc lộ thông qua quá trình ăn mòn hóa học (xói mòn) bề mặt vật liệu bằng cách sử dụng dung dịch axit hoặc bazơ. Nếu các hạt tích điện đã chiếu xạ bề mặt tại một thời điểm trong quá khứ, thì mỗi hạt để lại một vệt vật liệu bị hư hỏng bắt đầu ở bề mặt và kéo dài đến độ sâu bằng phạm vi của hạt. Trong các vật liệu được lựa chọn, tốc độ ăn mòn hóa học dọc theo rãnh này cao hơn tốc độ ăn mòn của bề mặt không bị hư hại. Do đó, khi quá trình ăn mòn tiến triển, một hố được hình thành tại vị trí của mỗi rãnh. Trong vòng vài giờ, những cái hố này có thể trở nên đủ lớn để có thể nhìn thấy chúng trực tiếp dưới kính hiển vi năng lượng thấp. Một phép đo số lượng các hố này trên một đơn vị diện tích sau đó là một phép đo thông lượng hạt mà bề mặt đã tiếp xúc.

Có một mật độ thiệt hại tối thiểu dọc theo đường đua được yêu cầu trước khi tốc độ ăn mòn đủ để tạo ra một cái hố. Bởi vì mật độ thiệt hại tương quan với dE / dx của hạt, cao nhất đối với các hạt tích điện nặng nhất. Trong bất kỳ tài liệu nào, một giá trị tối thiểu nhất định cho dE / dx là bắt buộc trước khi hố sẽ phát triển. Ví dụ, trong mica khoáng sản, các hố chỉ được quan sát từ các ion nặng năng lượng có khối lượng là 10 hoặc 20 đơn vị khối lượng nguyên tử hoặc lớn hơn. Nhiều vật liệu nhựa thông thường nhạy hơn và sẽ phát triển các lỗ etch cho các ion có khối lượng thấp như helium (hạt alpha). Một số chất dẻo đặc biệt nhạy cảm như cellulose nitrate sẽ phát triển các lỗ ngay cả đối với các proton, những chất ít gây tổn hại nhất trong các hạt tích điện nặng. Không có vật liệu nào được tìm thấy sẽ tạo ra các hố cho các rãnh dE / dx thấp của các electron nhanh. Hành vi ngưỡng này làm cho các máy dò như vậy hoàn toàn không nhạy cảm với các hạt beta và tia gamma. Khả năng miễn dịch này có thể được khai thác trong một số ứng dụng trong đó các dòng hạt yếu mang điện tích yếu sẽ được đăng ký với sự có mặt của các tia gamma cường độ cao hơn. Ví dụ, nhiều phép đo môi trường của các hạt alpha được tạo ra bởi sự phân rã của khí radon và các sản phẩm con gái của nó được thực hiện bằng cách sử dụng màng nhựa-etch. Bối cảnh của tia gamma có mặt khắp nơi sẽ chi phối phản ứng của nhiều loại máy dò khác trong những trường hợp này. Trong một số vật liệu, theo dõi thiệt hại đã được chứng minh là tồn tại trong vật liệu trong thời gian không xác định và hố có thể được khắc nhiều năm sau khi tiếp xúc. Tuy nhiên, các đặc tính khắc có khả năng bị ảnh hưởng khi tiếp xúc với ánh sáng và nhiệt độ cao, do đó, cần thận trọng trong việc lưu trữ các mẫu bị phơi nhiễm kéo dài để tránh làm mờ các rãnh hư hỏng.

Phương pháp tự động đã được phát triển để đo mật độ hố etch bằng cách sử dụng các giai đoạn kính hiển vi kết hợp với máy tính có phần mềm phân tích quang học thích hợp. Các hệ thống này có khả năng phân biệt đối xử ở mức độ nào đó đối với các đồ tạo tác của Wap, chẳng hạn như vết trầy xước trên bề mặt mẫu và có thể cung cấp một phép đo chính xác hợp lý số lượng rãnh trên một đơn vị diện tích. Một kỹ thuật khác kết hợp các màng nhựa tương đối mỏng, trong đó các rãnh được khắc hoàn toàn qua màng để tạo thành các lỗ nhỏ. Những lỗ này sau đó có thể được tự động đếm bằng cách truyền phim từ từ giữa một tập hợp các điện cực cao áp và tia lửa đếm điện tử xảy ra khi một lỗ đi qua.

Lá kích hoạt neutron

Đối với năng lượng bức xạ của một số MeV trở xuống, các hạt tích điện và electron nhanh không gây ra phản ứng hạt nhân trong vật liệu hấp thụ. Tia gamma có năng lượng dưới một vài MeV cũng không dễ dàng gây ra phản ứng với hạt nhân. Do đó, khi gần như bất kỳ vật liệu nào bị bắn phá bởi các dạng bức xạ này, hạt nhân vẫn không bị ảnh hưởng và không có phóng xạ được tạo ra trong vật liệu được chiếu xạ.

Trong số các dạng phổ biến của bức xạ, neutron là một ngoại lệ đối với hành vi chung này. Bởi vì chúng không mang điện tích, neutron thậm chí có năng lượng thấp có thể dễ dàng tương tác với các hạt nhân và tạo ra nhiều lựa chọn các phản ứng hạt nhân. Nhiều trong số các phản ứng này dẫn đến các sản phẩm phóng xạ mà sự hiện diện của chúng sau này có thể được đo bằng các máy dò thông thường để cảm nhận các bức xạ phát ra trong sự phân rã của chúng. Ví dụ, nhiều loại hạt nhân sẽ hấp thụ neutron để tạo ra hạt nhân phóng xạ. Trong thời gian một mẫu vật liệu này tiếp xúc với neutron, một quần thể hạt nhân phóng xạ tích tụ. Khi mẫu được loại bỏ khỏi phơi nhiễm neutron, quần thể sẽ phân rã với chu kỳ bán rã nhất định. Một số loại bức xạ hầu như luôn được phát ra trong sự phân rã này, thường là các hạt beta hoặc tia gamma hoặc cả hai, sau đó có thể được tính bằng một trong các phương pháp phát hiện hoạt động được mô tả dưới đây. Bởi vì nó có thể liên quan đến mức độ phóng xạ cảm ứng, cường độ của dòng neutron mà mẫu đã tiếp xúc có thể được suy ra từ phép đo phóng xạ này. Để tạo ra đủ lượng phóng xạ để cho phép đo chính xác một cách hợp lý, cần phải có các dòng neutron tương đối mãnh liệt. Do đó, các lá kích hoạt thường được sử dụng như một kỹ thuật để đo các trường neutron xung quanh lò phản ứng, máy gia tốc hoặc các nguồn neutron cường độ cao khác.

Các vật liệu như bạc, indi và vàng thường được sử dụng để đo các neutron chậm, trong khi đó sắt, magiê và nhôm là những lựa chọn khả thi cho các phép đo neutron nhanh. Trong những trường hợp này, thời gian bán hủy của hoạt động cảm ứng nằm trong khoảng vài phút đến vài ngày. Để xây dựng một quần thể hạt nhân phóng xạ đạt tới mức tối đa có thể, thời gian bán hủy của phóng xạ cảm ứng phải ngắn hơn thời gian tiếp xúc với dòng neutron. Đồng thời, chu kỳ bán rã phải đủ dài để cho phép đếm phóng xạ thuận tiện một khi mẫu đã được loại bỏ khỏi trường neutron.