سنسورهای تشعشع سنسورهایی هستند که برای اندازه گیری و تشخیص انواع مختلف تشعشعات استفاده می‌شوند.
سنسورهای تشعشع که به عنوان آشکارساز تشعشع یا دزیمتر نیز شناخته می‌شوند، سنسورهایی هستند که برای اندازه‌گیری و تشخیص انواع مختلف تشعشعات استفاده می‌شوند. این سنسورها برای نظارت بر حضور و شدت تشعشع در محیط‌های مختلف، مانند محیط‌های صنعتی، تجهیزات بهداشتی، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و حتی برای تامین ایمنی عمومی و واکنش اضطراری طراحی شده‌اند.
انواع سنسورهای تشعشع
انواع مختلفی از سنسورهای تشعشع وجود دارد که هر کدام به طور خاص برای تشخیص اشکال مختلف تشعشع طراحی شده اند:
شمارشگر گایگر مولر
شمارنده گایگر مولر (GM) نوعی آشکارساز تشعشع است که معمولاً برای تشخیص پرتوهای یونیزه کننده از جمله ذرات آلفا، ذرات بتا و پرتوهای گاما استفاده میشود که بر اساس یونیزاسیون تولید شده در هنگام تعامل تشعشع با محفظه پر از گاز شمارنده عمل میکند.
یک شمارنده GM شامل یک لوله استوانه‌ای است که با یک گاز بی اثر مانند هلیوم یا آرگون پر شده است. لوله معمولاً نفوذ ناپذیر و حاوی مقدار کمی ترکیب مخصوصی از یک گاز بی اثر و هالوژنی مانند ید یا برم میباشد.
در مرکز محفظه، یک سیم نازک به نام آند وجود دارد که در طول لوله امتداد می‌یابد. این سیم در یک ولتاژ مثبت بالا نسبت به پوشش فلزی بیرونی که به عنوان کاتد عمل میکند، نگه داشته میشود.
وقتی پرتوهای یونیزان وارد محفظه می‌شوند، با اتم‌های موجود در گاز برخورد میکنند و باعث خروج الکترون‌ها از مدارشان و در نتیجه یونیزاسیون میشود و یون‌های با بار مثبت و الکترون‌های آزاد ایجاد میکنند.
الکترون‌های آزاد که دارای بار منفی هستند به سمت سیم آند با بار مثبت جذب می‌شوند. همانطور که این الکترون‌ها به سمت آند حرکت میکنند، انرژی کافی از ولتاژ بالا به دست می‌آورند تا با برخورد با سایر اتم‌های گاز باعث یونیزاسیون بیشتر شوند. این یک واکنش زنجیره‌ای ایجاد میکند که به عنوان اثر بهمنی شناخته میشود.
هر رویداد یونیزاسیون در محفظه یک پالس الکتریکی مختصر تولید میکند که توسط مدار الکترونیکی شمارنده شناسایی و تقویت میشود. سپس پالس‌ها شمارش می‌شوند و به عنوان رویدادهای تشعشع ثبت می‌شوند.
به طور سنتی، شمارنده‌های GM برای تولید کلیک‌های قابل شنیدن برای هر رویداد تشعشعی شناسایی‌شده، طراحی میشدند. این کلیلک‌ها پالس الکتریکی صوتی قابل شنیدنی را از طریق بلندگو ایجاد میکنند. اما امروزه بسیاری از شمارنده‌های جنرال موتورز دارای نمایشگرهای دیجیتالی هستند که میزان شمارش تابش یا دوز آن را نشان می‌دهد.
تعداد پالس‌هایی که در واحد زمان شناسایی می‌شوند، نشانه‌ای از شدت تابش یا نرخ شمارش است. با کالیبره کردن شمارنده با منابع رادیواکتیو شناخته شده، میزان شمارش را می‌توان با نرخ دوز تشعشع یا فعالیت مواد رادیواکتیو موجود مرتبط کرد.
شمارنده‌های گایگر مولر (GM) برای تشخیص و اندازه‌گیری پرتوهای یونیزه کننده مؤثر هستند، اما از نظر اندازه‌گیری انرژی و تمایز بین انواع مختلف تشعشعات دارای محدودیت‌هایی هستند. بنابراین، آنها اغلب همراه با آشکارسازهای دیگر برای به دست آوردن اطلاعات دقیق تر در مورد تابش اندازه گیری شده استفاده می‌شوند.
سوسوسنج (سنتیلاتور)
سوسوسنج نوع دیگری از آشکارسازهای تشعشعی هستند که معمولاً برای تشخیص و اندازه گیری پرتوهای یونیزان(یونیزه کننده) از جمله پرتوهای گاما، اشعه ایکس و برخی از انواع ذرات باردار استفاده می‌شوند. این آشکارسازها بر اساس اصل سوسوزن کار میکنند، که شامل تولید فوتون‌های نور در هنگام برهمکنش تابش با یک ماده سوسوزن است.
یک آشکارساز سوسوزن از یک ماده سوسوزن که معمولاً یک کریستال یا پلاستیک حاوی ترکیباتی خاص، تشکیل شده است. این سوسوزن‌ها دارای خاصیت گسیل فوتون‌های نوری در هنگام برهمکنش پرتوهای یونیزه کننده با آنها هستند.
هنگامی که پرتوهای یونیزان وارد مواد سوسوزن می‌شوند، با اتم‌های موجود در ماده تعامل میکنند و باعث تحریک اتم‌ها یا مولکول‌های آن می‌شوند.
در این فرآیند انرژی تابش ورودی به ماده سوسوزن منتقل میشود.
هنگامی که اتم‌ها یا مولکول‌های برانگیخته به حالت اولیه خود باز می‌گردند، انرژی اضافی را به شکل فوتون‌های نور آزاد میکنند. تعداد فوتون‌های ساطع شده متناسب با انرژی ته نشین شده توسط تابش فرودی در مواد سوسوزن است. نور ساطع شده معمولاً دارای طول موج خاصی است که به نوع سوسوزن مورد استفاده بستگی دارد.
یک فتودیتکتور، مانند یک لوله فتو ضربی (PMT) یا یک فتودیود، در مجاورت مواد سوسوزن قرار می‌گیرد. این فتودیکتور برای تبدیل فوتون‌های نور ساطع شده به سیگنال الکتریکی طراحی شده است.
سیگنال الکتریکی تولید شده توسط ردیاب نوری معمولاً توسط مدارهای الکترونیکی تقویت و پردازش میشود. سپس سیگنال تقویت شده را می‌توان آنالیز، شمارش و ثبت کرد تا شدت یا انرژی تشعشع شناسایی شده تعیین شود.
با تجزیه و تحلیل سیگنال‌های الکتریکی تولید شده توسط سوسوسنج، می‌توان ویژگی‌های مختلف تشعشع کشف شده، مانند انرژی، نوع و شدت آن را تعیین کرد. این اطلاعات را می‌توان برای کاربردهای مختلف از جمله نظارت بر تشعشع، تصویربرداری پزشکی و تحقیقات علمی استفاده کرد.
مزایا و کاربردهای سوسوسنج‌ها:
اتاقک یونیزاسیون (اتاقک یونش)
اتاقک‌های یونیزاسیون نوعی آشکارساز تشعشع هستند که برای اندازه گیری و تشخیص تشعشعات یونیزه کننده استفاده میشود. آنها بر اساس اصل یونیزاسیون کار میکنند، جایی که تابش ورودی با مولکول‌های گاز برهمکنش کرده و ذرات باردار ایجاد میکند که قابل اندازه گیری هستند. محفظه‌های یونیزاسیون طراحی ساده‌ای دارند و می‌توانند اندازه گیری‌های دقیقی را در طیف وسیعی از انرژی‌های تشعشعی ارائه دهند.
یک محفظه یونیزاسیون شامل یک محفظه پر از یک گاز، معمولاً هوا یا یک مخلوط گازی خاص است. گاز به عنوان محیطی عمل میکند که تابش از آن عبور میکند و با اتم‌ها یا مولکول‌ها برهم کنش میکند.
هنگامی که پرتوهای یونیزه کننده وارد محفظه می‌شوند، با مولکول‌های گاز برخورد میکنند و باعث یونیزاسیون می‌شوند. این بدان معنی است که الکترون‌ها از اتم‌ها یا مولکول‌ها خارج می‌شوند و یون‌های با بار مثبت و الکترون‌های آزاد ایجاد میکنند.
این محفظه مجهز به دو الکترود است: یک آند با بار مثبت و یک کاتد با بار منفی. این الکترودها یک میدان الکتریکی در داخل محفظه ایجاد میکنند که به جمع آوری الکترون‌های آزاد و یون‌های مثبت ایجاد شده در طول فرآیند یونیزاسیون کمک میکند.
همانطور که الکترون‌ها و یون‌های آزاد تحت تاثیر میدان الکتریکی به سمت الکترودهای مربوطه حرکت میکنند، جریان الکتریکی کمی ایجاد میکنند. این جریان متناسب با مقدار تشعشعی است که وارد محفظه میشود. می‌توان آن را با استفاده از مدارهای الکترونیکی مناسب اندازه گیری کرد.
جریان الکتریکی تولید شده توسط یونیزاسیون معمولاً توسط تجهیزات الکترونیکی تقویت و پردازش میشود. سپس سیگنال تقویت شده را می‌توان آنالیز، شمارش یا ثبت کرد تا شدت یا دوز تابش دریافتی تعیین شود.
با تجزیه و تحلیل سیگنال‌های الکتریکی تولید شده توسط محفظه یونیزاسیون، می‌توان دوز یا شدت تابش را محاسبه کرد. انواع مختلف محفظه‌های یونیزاسیون را می‌توان برای اهداف مختلفی استفاده کرد، از جمله نظارت بر تشعشع، اندازه گیری‌های محیطی، کنترل کیفیت در پرتودرمانی و کاربردهای تحقیقاتی.
مزایا و معایب اتاقک یونیزاسیون:
سنسورهای تشعشع در طیف وسیعی از کاربردها، از جمله ایمنی و حفاظت در برابر تشعشع، نیروگاه‌های هسته‌ای، پرتودرمانی پزشکی، رادیوگرافی و نظارت بر محیط زیست، حیاتی هستند. آنها اندازه گیری و نظارت بر سطوح تشعشع را امکان پذیر میکنند، ایمنی افراد و محیط را تضمین میکنند و به جلوگیری از قرار گرفتن در معرض بیش از حد یا آسیب احتمالی ناشی از منابع تشعشع کمک میکنند.