आनुपातिक काउंटर

आनुपातिक काउंटर ऐसा गैसीय आयनीकरण संसूचक उपकरण है जिसका उपयोग आयनकारी विकिरण के आवेशित कण को मापने के लिए किया जाता है। मुख्य विशेषता संसूचक आउटपुट पल्स का उत्पादन करके घटना विकिरण के इलेक्ट्रॉन वोल्ट को मापने की क्षमता होती है, जो आयनकारी घटना के कारण संसूचक द्वारा अवशोषित विकिरण ऊर्जा के समानुपाती होती है। इसलिए संसूचक का नाम व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है जहां घटना विकिरण के ऊर्जा स्तर ज्ञात होने चाहिए, जैसे कि अल्फा कण एवं बीटा कण के मध्य भेदभाव, या एक्स-रे विकिरण अवशोषित अंश का स्थिर माप होता है।

तार सिलेंडर गैसीय विकिरण संसूचक के लिए प्रारम्भ वोल्टेज के विरुद्ध आयन जोड़ी की भिन्नता का कथानक।

आनुपातिक काउंटर गीजर-मुलर ट्यूब एवं आयनीकरण कक्ष के तंत्र के संयोजन का उपयोग करता है, एवं इनके मध्य मध्यवर्ती वोल्टेज क्षेत्र में कार्य करता है। साथ में प्लॉट सह-अक्षीय सिलेंडर व्यवस्था के लिए आनुपातिक काउंटर ऑपरेटिंग वोल्टेज क्षेत्र दर्शाता है।

संचालन

असतत टाउनसेंड हिमस्खलन की उत्पत्ति आनुपातिक काउंटर में होती है।

हिमस्खलन क्षेत्र की सीमा दिखाते हुए, एनोड पर विद्युत क्षेत्र की शक्ति का कथानक।

आनुपातिक काउंटर में चैम्बर की भरण अक्रिय गैस होती है जो घटना विकिरण द्वारा आयनित होती है, एवं प्रत्येक पल्स डिस्चार्ज को समाप्त करने के लिए शमन गैस होती है, जिसमे सामान्य मिश्रण 90% आर्गन, 10% मीथेन होती है, जिसे P-10 के रूप में जाना जाता है। गैस में प्रवेश करने वाला आयनकारी कण अक्रिय गैस के परमाणु से टकराता है एवं इसे इलेक्ट्रॉन एवं धनात्मक आवेशित आयन उत्पन्न करने के लिए आयनित करता है, जिसे सामान्यतः आयन जोड़ी के रूप में जाना जाता है। जैसा कि आयनकारी कण कक्ष के माध्यम से यात्रा करता है, यह स्वयं प्रक्षेपवक्र के साथ आयन जोड़े का चिन्ह त्याग देता है, जिसकी संख्या गैस के अंदर पूर्ण रूप से बंद होने पर कण की ऊर्जा के समानुपाती होता है। सामान्यतः 1 MeV रुका हुआ कण लगभग 30,000 आयन जोड़े बनाता है।

कक्ष ज्यामिति एवं प्रारम्भ वोल्टेज ऐसा होता है, कि अधिकांश कक्षों में विद्युत क्षेत्र की शक्ति अर्घ्य होती है एवं आयन कक्ष के रूप में कार्य करता है। चूंकि, आयन जोड़े के पुन: संयोजन को प्रतिबंधित करने के लिए अधिक शक्तिशाली होते है एवं सकारात्मक आयनों को कैथोड की ओर इलेक्ट्रॉनों को एनोड की ओर प्रवाहित होने का कारण बनता है। यह आयन प्रवाहित क्षेत्र होता है। एनोड तार के निकट के क्षेत्र में, टाउनसेंड हिमस्खलन उत्पन्न करने के लिए क्षेत्र की शक्ति अधिक बड़ी हो जाती है। यह हिमस्खलन क्षेत्र एनोड तार से मिलीमीटर का अंश होता है, जो स्वयं अत्यधिक अल्प व्यास का होता है। इसका उद्देश्य प्रत्येक आयन जोड़ी द्वारा उत्पन्न हिमस्खलन के गुणन प्रभाव का उपयोग करना है। यह हिमस्खलन क्षेत्र है।

घटना विकिरण के कारण प्रत्येक मूल आयनकारी केवल हिमस्खलन उत्पन्न करती है। यह मूल घटनाओं की संख्या एवं कुल आयन धारा के मध्य आनुपातिकता सुनिश्चित करने के लिए होता है। इस कारण, आनुपातिक संचालन सुनिश्चित करने के लिए प्रारम्भ वोल्टेज, कक्ष की ज्यामिति एवं एनोड तार का व्यास महत्वपूर्ण होता हैं। यदि हिमस्खलन यूवी फोटोन के कारण स्व-गुणित होने लगते हैं जैसा कि वे गीजर-मुलर ट्यूब में करते हैं, तो काउंटर सीमित आनुपातिकता के क्षेत्र में प्रवेश करता है जब तक कि उच्च प्रारम्भ वोल्टेज पर एनोड को घेरने वाली गैस के पूर्ण आयनीकरण के साथ गीजर डिस्चार्ज तंत्र नहीं होता है।

इसलिए, यह कहा जा सकता है कि आनुपातिक काउंटर में दो भिन्न-भिन्न आयनीकरण क्षेत्रों की प्रमुख विशेषता है।

1. आयन प्रवाहित क्षेत्र कक्ष के बाहरी आयतन में संख्या आयन जोड़े का निर्माण घटना विकिरण ऊर्जा के अनुपात में होता है।
2. हिमस्खलन क्षेत्र एनोड के निकट के क्षेत्र में स्थानीय हिमस्खलन को बनाए रखते हुए आयन जोड़ी धाराओं का आवेश प्रवर्धन होता है।

आवेश प्रवर्धन की प्रक्रिया संसूचक के संकेत-ध्वनि अनुपात में अधिक सुधार करती है एवं आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक प्रवर्धन को अर्घ्य करती है।

संक्षेप में, आनुपातिक काउंटर कक्ष में दो आयनीकरण तंत्रों का सरल संयोजन है जो व्यापक रूप से उपयोग प्राप्त करता है।

गैस मिश्रण

सामान्यतः संसूचक उत्कृष्ट गैस से भरा होता है। उनके निकट सबसे अर्घ्य आयनीकरण वोल्टेज होता है एवं रासायनिक रूप से अल्प नहीं है। सामान्यतः नियोन, आर्गन, क्रीप्टोन या क्सीनन का उपयोग किया जाता है। अर्घ्य ऊर्जा वाले एक्स-रे हल्के नाभिक (नियॉन) के साथ सबसे उचित रूप से जाने जाते हैं, जो उच्च-ऊर्जा फोटॉनों के प्रति अर्घ्य संवेदनशील होते हैं। उच्च-ऊर्जा एक्स-रे या उच्च वांछित दक्षता के लिए क्रिप्टन या क्सीनन का चयन किया जाता है।

प्रायः मुख्य गैस को शमन योज्य के साथ युग्मित किया जाता है। लोकप्रिय मिश्रण P10 (10% मीथेन, 90% आर्गन) होते है।

विशिष्ट कार्य दबाव में 1 वातावरण (लगभग 100 केपीए) होते है।

गुणन द्वारा संकेत प्रवर्धन

बेलनाकार आनुपातिक काउंटर के विषय में, हिमस्खलन के कारण होने वाले सिग्नल के गुणा, M को निम्नानुसार प्रतिरूप किया जा सकता है।

$\ln M={\frac {V}{\ln(b/a)}}{\frac {\ln 2}{\Delta V_{\lambda }}}\left[\ln \left({\frac {V}{pa\ln(b/a)}}\right)-\ln K\right]$

जहाँ a एनोड वायर त्रिज्या है, b काउंटर की त्रिज्या है, p गैस का दबाव है, एवं V ऑपरेटिंग वोल्टेज है। K उपयोग की गई गैस का गुण है एवं हिमस्खलन उत्पन्न करने के लिए आवश्यक ऊर्जा को गैस के दबाव से संबंधित करता है। अंतिम कार्यकाल $\Delta V_{\lambda }$ हिमस्खलन के कारण वोल्टेज में परिवर्तन देता है।

अनुप्रयोग

स्पेक्ट्रोस्कोपी

कक्ष के माध्यम से यात्रा करने वाले आवेशित कण की ऊर्जा एवं निर्मित कुल आवेश के मध्य आनुपातिकता आवेशित कण स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए आनुपातिक काउंटरों को उपयोगी बनाता है। इलेक्ट्रोड के मध्य कुल आवेश (विद्युत प्रवाह का समय अभिन्न) को मापकर, कण की गतिज ऊर्जा का निर्धारण कर सकते हैं क्योंकि घटना आयनीकरण आवेशित कण द्वारा निर्मित आयन जोड़े की संख्या इसकी ऊर्जा के समानुपाती होता है। आनुपातिक काउंटर का ऊर्जा संकल्प, चूंकि, सीमित है क्योंकि प्रारंभिक आयनीकरण घटना एवं पश्चात में 'गुणन' घटना दोनों सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव के अधीन हैं, जो औसत संख्या के वर्गमूल के समान मानक विचलन द्वारा विशेषता होती है। चूंकि, व्यवहार में ये उतने बड़े नहीं हैं, जो इन उतार-चढ़ाव को अर्घ्य करता है।आर्गन के विषय में, यह प्रयोगात्मक रूप से लगभग 0.2 होता है।

फोटॉन की जानकारी ज्ञात करना

गामा-किरणों जैसे उच्च ऊर्जा फोटॉनों की जानकारी ज्ञात करने के लिए आनुपातिक काउंटर भी उपयोगी होते हैं, ये प्रवेश द्वार की खिड़की में प्रवेश कर सकें। वे वायुमंडलीय दबाव पर या उसके निकट कार्य करने वाली पतली दीवार वाली ट्यूबों का उपयोग करके 1 केवी ऊर्जा स्तर से नीचे एक्स-रे की जानकारी प्राप्त करने के लिए भी उपयोग किए जाते हैं।

रेडियोधर्मी संदूषण की जानकारी प्राप्त करना

कर्मियों, समतल सतहों, उपकरण एवं कपड़ों की वस्तुओं पर रेडियोधर्मी संदूषण की परिक्षण के लिए बड़े क्षेत्र के प्लानर संसूचकों के रूप में आनुपातिक काउंटरों का बड़े स्तर पर उपयोग किया जाता है। हाथ से पकड़े जाने वाले उपकरणों के लिए पोर्टेबल गैस की आपूर्ति प्रदान करने की कठिनाइयों के कारण यह सामान्य रूप से स्थापित उपकरण के रूप में होता है। वे बड़े क्षेत्र की जानकारी प्राप्त करने वाले के साथ निर्मित होते हैं जैसे कि धातुयुक्त माइलर जो कि जानकारी प्राप्त करने वाले कक्ष की दीवार बनाता है एवं कैथोड का अंश होता है। प्राप्त करने की दक्षता को अनुकूलित करने के लिए एनोड तार को संसूचक कक्ष के अंदर जटिल प्रविधि के रूट में उपयोग किया जाता है। वे सामान्यतः अल्फा कण एवं बीटा कणों की जानकारी प्राप्त करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, एवं प्रत्येक कण द्वारा कक्ष में एकत्र ऊर्जा के अनुपात में पल्स आउटपुट प्रदान करके उनके मध्य भेदभाव को सक्षम कर सकते हैं। उनके निकट बीटा के लिए उच्च दक्षता होती है, किन्तु अल्फा के लिए अर्घ्य होता है। अल्फा के लिए दक्षता में प्रवेश के कण विकिरण प्रभाव के कारण होते है, चूंकि सतह से दूरी का शोध भी महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है, एवं आदर्श रूप से अल्फा विकिरण का स्रोत संसूचक से 10 मिमी से अर्घ्य होना चाहिए।

ये कक्ष परिवेशीय वायुमंडलीय दबाव से अधिक अर्घ्य सकारात्मक दबाव पर कार्य करते हैं। गैस को सदन में प्रतिबंधित किया जा सकता है, या निरन्तर परिवर्तित किया जा सकता है, जिस स्थिति में उन्हें गैस-प्रवाह आनुपातिक काउंटर के रूप में जाना जाता है। गैस प्रवाह प्रकारों का यह लाभ होता है, कि वे माइलर आवरण में अल्प छिद्रो को सहन कर सकते हैं जो उपयोग में हो सकते हैं, किन्तु उन्हें निरंतर गैस आपूर्ति की आवश्यकता होती है।

एप्लिकेशन के उपयोग पर मार्गदर्शन

यूनाइटेड किंगडम में स्वास्थ्य एवं सुरक्षा कार्यकारी (एचएसई) ने संबंधित आवेदन के लिए उचित विकिरण माप उपकरण का चयन करने पर उपयोगकर्ता मार्गदर्शन व्याख्या की गयी है। [1] Archived 2020-03-15 at the Wayback Machine यह सभी विकिरण उपकरण प्रौद्योगिकियों को सम्मिलित करता है एवं आनुपातिक काउंटरों के उपयोग के लिए उपयोगी तुलनात्मक मार्गदर्शिका होती है।

यह भी देखें

• गैसीय आयनीकरण संसूचक
• सूक्ष्म स्वरूप गैसीय संसूचक
• बहुतार आनुपातिक कक्ष

संदर्भ

• Glenn F Knoll. Radiation Detection and Measurement, third edition 2000. John Wiley and sons, ISBN 0-471-07338-5.
• G.Charpak and F.Sauli; Sauli, F (1984). "High-resolution Electronic Particle Detectors". Annual Review of Nuclear Science. Annual Reviews Inc. 34 (1): 285–350. Bibcode:1984ARNPS..34..285C. doi:10.1146/annurev.ns.34.120184.001441.
• E. Mathieson, Induced charge distributions in proportional detectors, https://web.archive.org/web/20081011022244/http://www.inst.bnl.gov/programs/gasnobledet/publications/Mathieson's_Book.pdf

बाहरी संबंध

पेटेंट

• U.S. Patent 3,092,747, एस. फाइन, आनुपातिक काउंटर
• U.S. Patent 2,499,830, ई. डब्ल्यू मोलॉय, वायु आनुपातिक काउंटर