31.2: Kugundua mionzi na Detectors

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza kanuni ya kazi ya tube ya Geiger.
• Kufafanua na kujadili detectors mionzi.

Inajulikana kuwa mionzi ya ionizing inatuathiri lakini haina kusababisha msukumo wa neva. Magazeti hubeba hadithi kuhusu waathirika wanyofu wa sumu ya mionzi ambao hugonjwa na ugonjwa wa mionzi, kama vile kuchoma na mabadiliko ya hesabu ya damu, lakini ambao hawajawahi kujisikia mionzi moja kwa moja. Hii inafanya kugundua mionzi kwa vyombo zaidi ya chombo muhimu cha utafiti. Sehemu hii ni maelezo mafupi ya kugundua mionzi na baadhi ya matumizi yake.

Maombi ya Binadamu

Kugundua kwanza moja kwa moja ya mionzi ilikuwa sahani ya picha ya Becquerel. Filamu ya picha bado ni detector ya kawaida ya mionzi ionizing, kutumika mara kwa mara katika matibabu na meno x rays. Mionzi ya nyuklia pia alitekwa kwenye filamu, kama vile kuonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Utaratibu wa kufichua filamu na mionzi ya ionizing ni sawa na ile kwa photons. Kiwango cha nishati kinaingiliana na emulsion na hubadilisha kemikali, na hivyo hufunua filamu. Quantum hutoka\(\alpha\) -chembe,\(\beta\) -chembe, au photon, ikiwa ina zaidi ya eV chache ya nishati zinazohitajika kushawishi mabadiliko ya kemikali (kama vile mionzi yote ionizing). Mchakato huo sio ufanisi wa 100%, kwani sio mionzi yote ya tukio inayoingiliana na sio mwingiliano wote unaozalisha mabadiliko ya kemikali. Kiasi cha filamu giza ni kuhusiana na mfiduo, lakini giza pia inategemea aina ya mionzi, ili absorbers na vifaa vingine lazima kutumika kupata nishati, malipo, na taarifa ya utambulisho wa chembe.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Beji za filamu zina filamu sawa na ile iliyotumiwa katika filamu hii ya meno ya x-ray na imewekwa kati ya absorbers mbalimbali ili kuamua uwezo wa kupenya wa mionzi pamoja na kiasi. (mikopo: Werneuchen, Wikimedia Commons)

Detector nyingine ya kawaida ya mionzi ni tube ya Geiger. Sauti ya kubonyeza na ya kupiga kelele tunayosikia katika maonyesho na makala, pamoja na katika maabara yetu ya fizikia, kwa kawaida ni pato la sauti la matukio yaliyotambuliwa na counter Geiger. Hizi detectors kiasi inexpensive mionzi ni msingi rahisi na sturdy Geiger tube, inavyoonekana schematically katika Kielelezo\(\PageIndex{1b}\). Silinda inayoendesha na waya pamoja na mhimili wake imejaa gesi ya kuhami ili voltage inayotumiwa kati ya silinda na waya inazalisha karibu hakuna sasa. Mionzi ya ionizing inayopitia tube hutoa jozi za ion za bure ambazo huvutiwa na waya na silinda, na kutengeneza sasa inayoonekana kama hesabu. Hesabu ya neno inamaanisha kuwa hakuna taarifa juu ya nishati, malipo, au aina ya mionzi yenye counter rahisi ya Geiger. Hawana kuchunguza kila chembe, kwani mionzi fulani inaweza kupita bila kuzalisha ionization ya kutosha ili kugunduliwa. Hata hivyo, hesabu za Geiger ni muhimu sana katika kuzalisha pato la haraka ambalo linaonyesha kuwepo na kiwango cha jamaa cha mionzi ya ionizing.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): (a) Heiger counters kama hii ni kutumika kwa ajili ya ufuatiliaji wa haraka wa viwango vya mionzi, kwa ujumla kutoa tu jamaa nguvu na si kutambua aina au nishati ya mionzi. (mikopo: TimVickers, Wikimedia Commons) (b) Voltage inayotumika kati ya silinda na waya katika tube ya Geiger husababisha ions na elektroni zinazozalishwa na mionzi inayopitia silinda iliyojaa gesi ili kuelekea kwao. Sasa kusababisha ni wanaona na kusajiliwa kama hesabu.

Njia nyingine ya kugundua mionzi inarekodi mwanga zinazozalishwa wakati mionzi inakabiliana na vifaa. Nishati ya mionzi inatosha kusisimua atomi katika nyenzo ambazo zinaweza kuwaka, kama vile fosforasi inayotumiwa na kundi la Rutherford. Vifaa vinavyoitwa scintillators hutumia mchakato mgumu zaidi wa ushirikiano wa kubadilisha nishati ya mionzi kuwa nuru. Scintillators inaweza kuwa kioevu au imara, na wanaweza kuwa na ufanisi sana. Pato lao la mwanga linaweza kutoa taarifa kuhusu nishati, malipo, na aina ya mionzi. Mwangaza wa mwanga wa Scintillator ni mfupi sana kwa muda, kuwezesha kugundua idadi kubwa ya chembe kwa muda mfupi. Detectors ya Scintillator hutumiwa katika aina mbalimbali za utafiti na maombi ya uchunguzi. Miongoni mwa hizi ni kugundua kwa vifaa vya satellite vyema vya mionzi kutoka kwa galaxi za mbali, uchambuzi wa mionzi kutoka kwa mtu anayeonyesha mizigo ya mwili, na kutambua chembe za kigeni katika maabara ya kasi.

Mwanga kutoka kwa skintillator hubadilishwa kuwa ishara za umeme na vifaa kama vile tube ya photomultiplier iliyoonyeshwa kwa kimapenzi katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\). Vipande hivi vinategemea athari ya photoelectric, ambayo huongezeka katika hatua katika kukimbia kwa elektroni, kwa hiyo jina la photomultiplier. Mwanga unaoingia kwenye photomultiplier hupiga sahani ya chuma, ikitoa elektroni inayovutiwa na tofauti nzuri ya uwezo kwenye sahani inayofuata, ikitoa nishati ya kutosha kuondokana na elektroni mbili au zaidi, na kadhalika. Pato la mwisho la sasa linaweza kufanywa sawia na nishati ya mwanga inayoingia kwenye tube, ambayo ni sawa na nishati iliyowekwa kwenye scintillator. Maelezo ya kisasa sana yanaweza kupatikana kwa scintillators, ikiwa ni pamoja na nishati, malipo, kitambulisho cha chembe, mwelekeo wa mwendo, na kadhalika.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Photomultipliers hutumia athari ya photoelectric kwenye photocathode ili kubadilisha pato la mwanga la scintillator kwenye ishara ya umeme. Kila dynode mfululizo ina uwezo mkubwa zaidi kuliko wa mwisho na huvutia elektroni zilizoondolewa, kuwapa nishati zaidi. Idadi ya elektroni huongezeka kwa kila dynode, na kusababisha sasa ya pato inayoonekana kwa urahisi.

Detectors ya mionzi ya hali imara hubadilisha ionization zinazozalishwa katika semiconductor (kama yale yaliyopatikana kwenye chips za kompyuta) moja kwa moja kwenye ishara ya umeme. Semiconductors inaweza kujengwa ambayo haifanyi sasa katika mwelekeo fulani. Wakati voltage inatumiwa katika mwelekeo huo, sasa inapita tu wakati ionization inazalishwa na mionzi, sawa na kile kinachotokea kwenye tube ya Geiger. Zaidi ya hayo, kiasi cha sasa katika detector imara-hali ni karibu kuhusiana na nishati zilizoingia na, kwa kuwa detector ni imara, inaweza kuwa na ufanisi mkubwa (tangu mionzi ionizing kusimamishwa katika umbali mfupi katika yabisi chembe chache kutoroka kugundua). Kama ilivyo na scintillators, habari za kisasa sana zinaweza kupatikana kutoka kwa detectors imara-hali.

PHET EXPLORATIONS: MIONZI DATING MCHEZO

Jifunze kuhusu aina tofauti za dating dating, kama vile carbon dating na Phet Radioactive Dating Game. Kuelewa jinsi kuoza na maisha ya nusu hufanya kazi ili kuwezesha dating kufanya kazi. Kucheza mchezo kwamba vipimo uwezo wako wa mechi ya asilimia ya kipengele dating kwamba bado na umri wa kitu.

Muhtasari

• Detectors mionzi ni msingi moja kwa moja au moja kwa moja juu ya ionization iliyoundwa na mionzi, kama ni madhara ya mionzi juu ya vifaa hai na inert.

faharasa

Geiger tube

kawaida sana mionzi detector kwamba kwa kawaida inatoa pato audio

photomultiplier

kifaa kinachobadilisha mwanga kuwa ishara za umeme

detector ya mi

kifaa kinachotumiwa kuchunguza na kufuatilia mionzi kutoka kwa mmenyuko wa mionzi

mng'ao

njia ya kugundua mionzi ambayo inarekodi mwanga zinazozalishwa wakati mionzi inakabiliana na vifaa

detectors imara-hali ya mionzi

semiconductors fabricated moja kwa moja kubadili mionzi tukio katika umeme