Detekcja promieniowania jądrowego jest ściśle związana z jego oddziaływaniem z materią. W detektorach wykorzystuje się procesy fizyczne zachodzące w ośrodku do zarejestrowania cząstki lub kwantu promieniowania, określenia energii, kierunku przejścia. Do rejestracji promieniowania wykorzystuje się najróżniejsze detektory, niektóre z nich zostaną tu omówione.

Rodzaje detektorów:

Dużą grupę detektorów promieniowania jądrowego stanowią liczniki jonizacyjne. Zasada ich działania polega na rejestracji przepływu prądu przez jony wytworzone w gazie między okładkami kondensatora podczas przejścia cząstki jonizującej gaz. Przejście cząstki naładowanej wywołuje impuls prądu, który może zostać zarejestrowany. Jest on wynikiem powstawania w gazie wypełniającym kondensator jonów i elektronów, które przechodzą do elektrod. Ponieważ jony są znacznie wolniejsze od elektronów wytworzony impuls składa się z dwóch części: elektronowej - szybko narastającej i jonowej - narastającej powoli.

Rysunek poglądowy na zasadę działania detektora jonizacyjnego

Wykorzystywane są różne typy liczników jonizacyjnych:

• Komory jonizacyjne - w tych detektorach liczba wytworzonych jonów jest proporcjonalna do  traconej przez czÄ…stkÄ™ energii. Impulsy rejestrowane w komorach jonizacyjnych sÄ… maÅ‚e, wiÄ™c stosuje siÄ™ do rejestracji czÄ…stek silnie jonizujÄ…cych. Komory jonizacyjne majÄ… ksztaÅ‚t cylindrycznego lub pÅ‚askiego kondensatora.
• Liczniki proporcjonalne - pierwotnie wytworzone jony w takich licznikach majÄ… na tyle dużą energiÄ™, że sÄ… w stanie same jonizować kolejne atomy gazu. Powstaje w ten sposób efekt lawinowy, dziÄ™ki czemu zwiÄ™ksza siÄ™ wysokość rejestrowanego impulsu. Wysokość uzyskanego impulsu jest proporcjonalna do pierwotnej liczby wytworzonych jonów.
• Licznik Geigera-Müllera - chyba najbardziej znany ze wszystkich detektorów również zalicza siÄ™ do grupy detektorów jonizacyjnych. Za pomocÄ… tego licznika nie ma możliwoÅ›ci okreÅ›lenia energii czÄ…stki, gdyż impulsy pochodzÄ…ce od czÄ…stek o różnych energiach majÄ… jednakowÄ… amplitudÄ™. Detektor ten rejestruje jedynie przejÅ›cie przez niego danej czÄ…stki, ponieważ pracuje przy wysokich napiÄ™ciach i zachodzÄ…ca akcja lawinowa w nim przebiega niezależnie od jonizacji pierwotnej. W tych detektorach elektroda dodatnia jest cienkim drucikiem, a elektroda ujemna otaczajÄ…cym jÄ… cylindrem.

Licznik scyntylacyjny - w tym detektorze rejestracja promieniowania jądrowego polega na obserwacji błysków scyntylacyjnych. Metoda ta należy do najstarszych. Początkowo błyski obserwowano gołym okiem. Obecnie wykorzystuje się fotopowielacze i sprzężoną z nim aparaturę elektroniczną. Licznik ten umożliwia określenie energii rejestrowanego promieniowania. Ma on również inne zalety w porównaniu do detektorów o działaniu jonizacyjnym, gdyż impulsy są znacznie krótsze co pozwala na rejestrację strumieni o większym natężeniu, a poza tym pracują z bardzo dobrą wydajnością sięgającą 100% dla cząstek cięższych i 10% dla promieniowania gamma.

Układ dwóch liczników scyntylacyjnych do badania efektu Comptona

Liczniki półprzewodnikowe - w tego typu detektorach cząstka naładowana może przekazać część swojej energii na przenoszenie elektronów do pasma przewodnictwa, co powoduje powstanie pary elektron-dziura. Detektory półprzewodnikowe mają bardzo dobrą energetyczną zdolność rozdzielczą. W ostatnich latach buduje się półprzewodnikowe detektory paskowe, które umożliwiają dodatkowo rejestrację położenia cząstki. Detektory półprzewodnikowe mają specjalne układy chłodzące ponieważ muszą pracować w niskich temperaturach.

Domek pomiarowy i zbiornik z ciekłym azotem dla detektora półprzewodnikowego, CLOR

Liczniki Czerenkowa - umożliwiają rejestrację przejścia przez ośrodek szybkiej cząstki naładowanej, poprzez detekcję promieniowania Czerenkowa. Cząstka naładowana, przechodząc przez ośrodek dielektryczny, wywołuje jego polaryzację. Stan polaryzacji zmienia się w czasie ruchu cząstki, a zatem zmienia się również pole elektromagnetyczne, na skutek czego występuje promieniowanie elektromagnetyczne. Cząstka musi być dostatecznie szybka, aby jej prędkość była większa od prędkości fazowej promieniowania elektromagnetycznego w tym ośrodku.

Komora projekcji czasowej - to jeden z najbardziej interesujących detektorów stosowanych w eksperymentach wysokich energii. Jest to detektor, który pozwala na odtworzenie torów cząstek w trzech wymiarach. Obecnie taki detektor wykorzystywany jest w eksperymencie STAR w laboratorium BNL w Stanach Zjednoczonych. W przyszłości w CERN-ie bedzie działał detektor w eksperymencie ALICE, który również będzie wykorzystywał komorę projekcji czasowej. Więcej informacji o samej komorze projekcji czasowej TPC oraz eksperymentach STAR i ALICE można znaleźć na stronach tych eksperymentów: http://www.star.bnl.gov/, oraz http://alice.web.cern.ch/Alice/AliceNew/.

Super detektor dla eksperymentu ALICE w CERN, wewnÄ…trz TPC - komora projekcji czasowej

Źródła: Detekcja (wykrywanie) promieniowania jądrowego, http://www.atomistyka.pl