Rilevatori di incisioni
Quando una particella carica rallenta e si ferma in un solido, l'energia che si deposita lungo il suo binario può causare danni permanenti al materiale. È difficile osservare prove dirette di questo danno locale, anche sotto attento esame microscopico. In alcuni materiali dielettrici, tuttavia, la presenza della pista danneggiata può essere rivelata attraverso l'attacco chimico (erosione) della superficie del materiale usando una soluzione acida o di base. Se le particelle cariche hanno irradiato la superficie in qualche momento in passato, ognuna lascia una scia di materiale danneggiato che inizia in superficie e si estende a una profondità pari all'intervallo della particella. Nei materiali scelti, la velocità di attacco chimico lungo questa pista è superiore alla velocità di attacco della superficie non danneggiata. Pertanto, man mano che l'attacco procede, si forma una fossa nella posizione di ciascuna traccia. Nel giro di poche ore, queste fosse possono diventare abbastanza grandi da poter essere viste direttamente al microscopio a bassa potenza. Una misura del numero di questi pozzi per unità di superficie è quindi una misura del flusso di particelle a cui è stata esposta la superficie.
C'è una densità minima di danno lungo il binario richiesta prima che la velocità di attacco sia sufficiente per creare una fossa. Poiché la densità del danno è correlata al dE / dx della particella, è più alta per le particelle cariche più pesanti. In ogni dato materiale, è richiesto un certo valore minimo per dE / dx prima che si sviluppino le fosse. Ad esempio, nella mica minerale, i pozzi sono osservati solo da ioni pesanti energetici la cui massa è 10 o 20 unità di massa atomica o superiore. Molti materiali plastici comuni sono più sensibili e svilupperanno incisioni per ioni a bassa massa come l'elio (particelle alfa). Alcune materie plastiche particolarmente sensibili come il nitrato di cellulosa svilupperanno fosse anche per i protoni, che sono i meno dannosi per le particelle cariche pesanti. Non sono stati trovati materiali in grado di produrre fosse per le tracce a bassa dE / dx di elettroni veloci. Questo comportamento di soglia rende tali rivelatori completamente insensibili alle particelle beta e ai raggi gamma. Questa immunità può essere sfruttata in alcune applicazioni in cui i flussi deboli di particelle cariche pesanti devono essere registrati in presenza di uno sfondo più intenso di raggi gamma. Ad esempio, molte misurazioni ambientali delle particelle alfa prodotte dal decadimento del gas radon e dei suoi prodotti derivati sono realizzate utilizzando un film plastico per incisioni. Lo sfondo di raggi gamma onnipresenti dominerebbe la risposta di molti altri tipi di rivelatori in queste circostanze. In alcuni materiali è stato dimostrato che la traccia del danno rimane nel materiale per periodi di tempo indefiniti e le fosse possono essere incise molti anni dopo l'esposizione. Le proprietà di attacco, tuttavia, sono potenzialmente influenzate dall'esposizione alla luce e alle alte temperature, quindi è necessario prestare attenzione nel conservare a lungo i campioni esposti per evitare lo sbiadimento delle tracce di danno.
Sono stati sviluppati metodi automatizzati per misurare la densità della fossa di incisione usando stadi del microscopio accoppiati a computer con software di analisi ottica appropriato. Questi sistemi sono in grado di discriminare alcuni "artefatti" come graffi sulla superficie del campione e possono fornire una misurazione ragionevolmente accurata del numero di tracce per unità di area. Un'altra tecnica incorpora pellicole di plastica relativamente sottili, in cui le tracce sono incise completamente attraverso il film per formare piccoli fori. Questi fori possono quindi essere contati automaticamente facendo passare lentamente il film tra una serie di elettrodi ad alta tensione e contando elettronicamente le scintille che si verificano quando passa un foro.
Lamine per attivazione di neutroni
Per le energie di radiazione di diversi MeV e inferiori, particelle cariche ed elettroni veloci non inducono reazioni nucleari nei materiali di assorbimento. Anche i raggi gamma con energia inferiore a pochi MeV non inducono prontamente reazioni con i nuclei. Pertanto, quando quasi ogni materiale viene bombardato da queste forme di radiazione, i nuclei rimangono inalterati e non viene indotta radioattività nel materiale irradiato.
Tra le forme comuni di radiazione, i neutroni sono un'eccezione a questo comportamento generale. Poiché non portano carica, i neutroni di energia anche bassa possono facilmente interagire con i nuclei e indurre una vasta selezione di reazioni nucleari. Molte di queste reazioni portano a prodotti radioattivi la cui presenza può essere successivamente misurata utilizzando rivelatori convenzionali per rilevare le radiazioni emesse nel loro decadimento. Ad esempio, molti tipi di nuclei assorbiranno un neutrone per produrre un nucleo radioattivo. Durante il tempo in cui un campione di questo materiale viene esposto ai neutroni, si accumula una popolazione di nuclei radioattivi. Quando il campione viene rimosso dall'esposizione ai neutroni, la popolazione decadrà con una determinata emivita. In questo decadimento viene emesso quasi sempre un tipo di radiazione, spesso particelle beta o raggi gamma o entrambi, che possono quindi essere contati utilizzando uno dei metodi di rilevamento attivo descritti di seguito. Poiché può essere correlato al livello della radioattività indotta, l'intensità del flusso di neutroni a cui è stato esposto il campione può essere dedotta da questa misurazione della radioattività. Al fine di indurre abbastanza radioattività da consentire misurazioni ragionevolmente accurate, sono necessari flussi di neutroni relativamente intensi. Pertanto, i fogli di attivazione vengono spesso utilizzati come tecnica per misurare i campi di neutroni attorno a reattori, acceleratori o altre intense fonti di neutroni.
Materiali come argento, indio e oro sono comunemente usati per la misurazione di neutroni lenti, mentre ferro, magnesio e alluminio sono possibili scelte per misurazioni di neutroni veloci. In questi casi, l'emivita dell'attività indotta è compresa tra alcuni minuti e alcuni giorni. Al fine di costruire una popolazione di nuclei radioattivi che si avvicina al massimo possibile, l'emivita della radioattività indotta dovrebbe essere più breve del tempo di esposizione al flusso di neutroni. Allo stesso tempo, l'emivita deve essere abbastanza lunga da consentire un conteggio conveniente della radioattività una volta che il campione è stato rimosso dal campo di neutroni.
