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Wie arbeiten Detektoren?

Ein Detektor ist ein Gerät, das Photonen in ein messbares Signal umwandelt. Sie können als Zähler oder als Strahlungsdetektoren verwendet werden. Sie sind empfindlich gegenüber ionisierender Strahlung und haben eine gute Energieauflösung. Dies macht sie wertvolle Werkzeuge für viele Anwendungen. Lesen Sie weiter, um mehr über Detektoren und wie sie funktionieren.

Detektoren sind empfindlich gegenüber ionisierender Strahlung

Es gibt verschiedene Arten von Strahlungsdetektoren wie Gasdetektoren, Halbleiterdetektoren und Szintillationsdetektoren. Diese Geräte können Strahlungsdosen in Echtzeit messen oder für eine genauere Lektüre weiter verarbeitet werden. Diese Geräte stützen sich auf zwei Grundprinzipien, die wirken: Ionisierung und Anregung. Ersteres verwendet ionisierende Strahlung, um Materie zu beschädigen, indem er Elektronen in den Umlaufbahnen von Elektronen entfernt wird.

Bei einer Strahlung mit konstanter Intensität variiert die Anzahl der in einem Detektor erzeugten Ionenpaare mit der angelegten Spannung. Die Spannung kann jedoch je nach Art der Gas- und Detektorgeometrie stark variieren. Die folgende Abbildung zeigt die verschiedenen Betriebsregionen für Detektoren, die für ionisierende Strahlung empfindlich sind.

Szintillationsdetektoren sind eine Art Detektor mit hervorragender Empfindlichkeit gegenüber Anregungsenergie und einer schnellen Reaktionszeit. Sie werden für eine Reihe von Anwendungen verwendet, darunter energiereiche Physikexperimente, medizinische Forschung und Flughafensicherheit. Sie werden auch in nuklearen Installationen zur Strahlungsempfindung verwendet.

Es wurde gezeigt, dass fortschrittliche Perovskitmaterialien wirksame Strahlungsdetektoren sind. Jüngste Arbeiten haben gezeigt, dass diese Materialien viele potenzielle Anwendungen als Strahlungsdetektoren haben. Es gibt jedoch eine Reihe von Herausforderungen, die sich bewältigt werden müssen, bevor diese Materialien im Handel erhältlich werden. Infolgedessen haben Halogenid -Perovskite das Potenzial, die nächste Generation von Strahlungsdetektoren zu sein.

Ein wesentlicher Faktor bei der Bestimmung, welche Detektoren für verschiedene Zwecke am besten geeignet sind, ist der lineare Dynamikbereich des Geräts. Diese Messmetrik ist wichtig, da sie den Bereich der Röntgendosis zeigt. Ein großer linearer Dynamikbereich sorgt für genaue Messungen und minimiert die Belichtungszeit. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Reaktionsgeschwindigkeit. Je schneller ein Detektor auf einen Strahlungsimpuls reagieren kann, desto niedriger kann die Gesamtstrahlendosis erfasst.

Sie wandeln Photonen in ein messbares Signal um

Photonendetektoren arbeiten, indem sie die Lichtenergie eines einfallenden Photons in ein messbares Signal umwandeln. Die Reaktionszeit der Photonendetektoren ist die Zeit, die der Detektor benötigt, um ein Signal aus einem einfallenden Photon zu erzeugen. Eine schnellere Reaktionszeit ermöglicht es dem Detektor, Änderungen der einfallenden Strahlung schneller zu lösen. Während ein idealer Detektor eine Reaktionszeit ohne Null hat, ist dies in der Praxis schwer zu erreichen. Photonendetektoren sind in zwei Hauptkategorien unterteilt: Photodiodenarrays und Photokathoden. Jede Art von Detektor hat seine eigenen Vor- und Nachteile.

Photonendetektoren sind sehr nützlich für die Spektroskopie. Sie ermöglichen Wissenschaftlern, die Wechselwirkung des Lichts mit Materie zu untersuchen. Die Hauptanforderung eines Spektroskopisten ist die Fähigkeit, Licht zu erkennen und in ein messbares Signal umzuwandeln. Zu diesem Zweck verwenden sie eine Vielzahl von Detektoren. Ein Photonendetektor wandelt das einfallende Photon in ein elektrisches Signal um, das verarbeitet und interpretiert werden kann, um die für die Spektroskopie erforderlichen Informationen zu erhalten.

Photonendetektoren sind normalerweise Festkörpergeräte. Der einfachste Typ wird als Photodiode bezeichnet und basiert auf Halbleiter-P-N-Übergängen. Wenn ein Photon einen P-N-Übergang trifft, wird ein Elektron ausgeworfen. Dieses Elektron wird dann durch ein elektrisches Feld zur Anode beschleunigt, die es sammelt und als Strom liest.

Photonendetektoren verwenden typischerweise Szintillatoren aus kristallinen anorganischen Verbindungen mit charakteristischen Emissionswellenlängen und Relaxationszeiten. Zu den häufig verwendeten Szintillatoren gehören Natriumiodid mit Thallium, das eine Spitzenfluoreszenz von 415 nm und eine Relaxationszeit von 250 Nanosekunden aufweist. Eine neuere Alternative ist Lanthan -Bromid mit Cerium (LABR 3 CE). Dieses Material ist teurer und sehr hygroskopisch.

Sie können als Zähler verwendet werden

Detektoren werden verwendet, um die Strahlungsmenge in einer Probe zu messen. Während der Messung wird die Strahlung ionisiert. Die ionisierten Partikel kollidieren dann mit anderen Gasmolekülen und bilden einen elektrischen Impuls. Der Impuls kann dann auf einem Messgerät erkannt werden und kann als Klick gehört werden. Der Zähler setzt sich in einem Bruchteil einer Sekunde zurück.

Detektoren werden für verschiedene Messungen wie Röntgenbildgebung verwendet. Diese Geräte verwenden das gleiche Prinzip wie proportionale Zähler. Anstelle eines proportionalen Systems verwendet ein Halbleiterdetektor jedoch ein festes halbleitendes Material. Wenn Röntgenstrahlen ein Halbleitermolekül erreichten, befreien sie ein Elektron daraus. Ein Loch hat eine positive Nettoladung und ein Elektron hat eine negative Ladung. Eine Hochspannung wird dann verwendet, um die Elektronen auf ihre negative Seite und ein Loch auf ihre positive Seite zu gewinnen. In diesem Fall werden mehr Elektronenlochpaare erstellt.

Die proportionalen Zähler werden häufig in Verbindung mit einem Szintillationszähler verwendet. Sie lassen die Röntgenphotonen durch ein Fenster eintreten, während die härteren durch ein zweites Fenster verlassen. Dies führt zu Impulsen, die groß genug sind, um aufgezeichnet zu werden.

Eine weitere häufige Art von Zähler ist der Geigerschalter. Sein Name bezieht sich auf die Tatsache, dass es das Vorhandensein eines Teilchens mit sehr geringer Energie messen kann. Typischerweise bestehen diese Zähler aus Tritium, das eine Energie von 0,019 MeV -Emax aufweist. Die in diesen Zähler verwendeten dünnen Fenster bestehen normalerweise aus Mylar oder Glimmer.

Sie haben eine gute Energieauflösung

Eine gute Energieauflösung ist eine Voraussetzung für den effizienten Nachweis kleiner Teilchen. Die Auflösung kann unter Verwendung einer Reihe verschiedener Parameter gemessen und verglichen werden. Die intrinsische Auflösungsgrenze wird durch den Fano -Faktor bestimmt. Die Auflösung ist proportional zur Anzahl der Primärelektronen im Gas. Die Amplifikationsgeometrie und die Gaszusammensetzung spielen ebenfalls eine Rolle bei der Auflösung. Die Messung der Energieauflösung kann die Interpretation experimenteller Daten vereinfachen.

Die Energieauflösung eines Detektors ist ein wichtiger Parameter in der medizinischen Bildgebung. Eine gute Energieauflösung bedeutet, dass der Detektor die Energie der eingehenden Strahlung genau bestimmen kann. Kein Kamerasystem kann jedoch perfekt sein. Ein Kamerasystem kann nur Photonen mit einem bestimmten Energiebereich sehen. Daher wird die Energieauflösung eines Detektors normalerweise als Prozent der Photonenenergie ausgedrückt. Beispielsweise kann ein Detektor mit einer Energieauflösung von zehn Prozent Photonen mit Energiewerten zwischen 133 und 147 keV erfassen.

Hochtemperaturkalorimeter mit hoher Z-Temperatur sind ein weiterer Detektortyp mit einer guten Energieauflösung. Diese Geräte können sehr kleine Partikel mit einer hohen Energieauflösung und Effizienz erkennen. Sie können bei der Suche nach Kernphysik und bei Gammastrahlen-Astrophysik verwendet werden. Sie haben auch Anwendungen in der Umweltüberwachung und Strahlungsmetrologie.

Beispielsweise hat ein NAI (TL) -Tektor eine hohe Erkennungseffizienz und ist eine gute Wahl für die Gammastroskopie. Seine Antwortfunktion ist nichtlinear und hängt von der kristallinen Struktur des Partikels ab. Daher erfordert es eine Energiekalibrierung, um seine Energieauflösung zu bestimmen.

Sie können verwendet werden, um ungewöhnliche Partikel zu finden

Detektoren können auf verschiedene Arten verwendet werden, vom Auffinden von Partikeln im Raum bis zur Bekämpfung von Krebs. Zum Beispiel können sie in der Strahlentherapie verwendet werden, bei der Krebszellen mit hochenergetischen Photonen, Protonen und ganzen Atomen bombardieren. Diese ionisierende Strahlung schädigt die Zellen und ihre DNA und stoppt das Tumorwachstum. Sie können auch verwendet werden, um Viren und andere Fremdpartikel zu erkennen, die Infektionen verursachen können, und Wissenschaftlern helfen, Drogen zu entwickeln, um sie zu bekämpfen.

Detektoren können auch verwendet werden, um Partikel mit ungewöhnlichen Energien oder Zerfallsprodukten zu finden. In der Atlas -Zusammenarbeit werden verschiedene Strategien verwendet, um nach diesen Partikeln zu suchen. Beispielsweise würde ein schwergeladenes LLP Energieablagerungen im Atlas-Tracking-Detektor hinterlassen, mit dem die Masse des Teilchens schließen kann.


Christian Kaiser

Mitglied der EinsatzabteilungMitglied der Einsatzabteilung Freiwillige Feuerwehr Berkach, Betreuer der Jugendfeuerwehr. Die Jugendfeuerwehr ist die Nachwuchsabteilung der

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