Scintilačný detektor: princíp činnosti

Scintilačné detektory sú jedným z typov meracích zariadení určených na registráciu elementárnych častíc. Ich zvláštnosťou je, že čítanie sa vyskytuje v dôsledku použitia fotosenzitívnych systémov. Po prvýkrát boli tieto zariadenia použité v roku 1944. na meranie žiarenia uránu. Existuje niekoľko typov detektorov v závislosti od typu pracovného prostriedku.

Stretnutie

Scintilačné detektory sa široko používajú na nasledujúce účely:

• registrácia radiačného znečistenia životného prostredia;
• analýza rádioaktívnych materiálov a iné fyzikálno-chemické štúdie;
• aplikácia ako prvok pre spustenie zložitejších detekčných systémov;
• spektrometrické vyšetrenie látok;
• signalizačný komponent v systémoch radiačnej ochrany (napríklad dozimetrické zariadenie určené na oznamovanie vstupu námorného plavidla do zóny rádioaktívnej kontaminácie).

Merače môžu produkovať kvalitnú registráciu žiarenia a merať množstvo jeho energie.

Detektory zariadení

Základné zariadenie detektora scintilačného žiarenia je znázornené na obrázku nižšie.

Hlavné prvky zariadenia sú nasledovné:

• fotonásobič;
• scintilátor určený na premenu excitácie kryštálovej mriežky na viditeľné svetlo a jej prenos do optického prevodníka;
• optický kontakt medzi prvými dvoma zariadeniami;
• Stabilizátor napätia;
• elektronický systém na zaznamenávanie elektrických impulzov.

Typ

Existuje nasledujúca klasifikácia z hlavných typov scintilačných detektorov podľa typu látky, ktorá fluoreskuje pod vplyvom žiarenia:

• Počítadlá anorganických alkalických halogenidov. Používajú sa Registrovať alfa, beta, gama a neutrónové žiarenie. V priemysle sa vyrába niekoľko typov monokryštálov: jodid sodný, cézium, draslík a lítium, sulfid zinočnatý, volfrámy kovov alkalických zemín. Aktivujú sa špeciálnymi nečistotami.
• Organické monokryštály a transparentné roztoky. Prvá skupina zahŕňa: antracén, tolán, trans-stilbén, naftalén a ďalšie zlúčeniny, druhý-terfenyl, zmesi antracénu s naftalénom, tuhé roztoky v plastoch. Používajú sa na meranie času a na registráciu rýchlych neutrónov. Aktivačné prísady sa do organických scintilátorov nepridávajú.
• Plynové médium (He, Ar, Kr, Xe). Takéto detektory sa používajú hlavne pre na registráciu štiepnych fragmentov ťažkých jadier. Vlnová dĺžka žiarenia je v ultrafialovom spektre, takže vyžadujú vhodné fotodiódy.

Pre scintilačné neutrónové detektory s kinetickou energiou do 100 keV, kryštály zinočnatej síry aktivované izotopom bóru s hmotnostným číslom 10 a ^{6 používa sa}Li. Pri registrácii alfa častíc sa sulfid zinočnatý nanáša v tenkej vrstve na priehľadný substrát.

Medzi organickými zlúčeninami sa scintilačné plasty stali najrozšírenejšími. Sú to roztoky luminiscenčných látok v plastoch s vysokou molekulovou hmotnosťou. Najčastejšie sa scintilačné plasty vyrábajú na báze polystyrénu. Tenké platne sa používajú na registráciu alfa a beta žiarenia a hrubé platne sa používajú na gama a röntgenové lúče. Sú k dispozícii vo forme priehľadných leštených valcov. V porovnaní s inými typmi scintilátorov majú plastové výhody:

• krátka doba expozície;
• odolnosť voči mechanickému poškodeniu, vlhkosti;
• stálosť charakteristík pri vysokej dávkovanie ožiarenia;
• nízke náklady;
• jednoduchosť výroby;
• vysoká účinnosť registrácie.

Fotonásobiče

Hlavnou funkčnou súčasťou tohto zariadenia je fotonásobič. Je to systém elektród namontovaných v sklenenej trubici. Na ochranu pred vonkajšími magnetickými poľami je umiestnený v kovovom puzdre vyrobenom z materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou. Z tohto dôvodu je elektromagnetické rušenie tienené.

Vo fotonásobiči sa svetelný záblesk premení na elektrický impulz a elektrický prúd sa tiež zosilní v dôsledku sekundárnej emisie elektrónov. Aktuálna hodnota závisí od počtu dynód. K zaostreniu elektrónov dochádza v dôsledku elektrostatického poľa v závislosti od tvaru elektród a potenciálu medzi nimi. Prihlásiť sa nabité častice zrýchľujú sa v medzielektródovom priestore a keď sa dostanú k ďalšej dinóde, spôsobia ďalšie emisie. Z tohto dôvodu sa počet elektrónov niekoľkokrát zvyšuje.

Scintilačný detektor: princíp činnosti

Počítadlá fungujú nasledovne:

1. Nabitá častica vstupuje do pracovnej látky scintilátora.
2. Dochádza k ionizácii a excitácii molekúl kryštálov, roztokov alebo plynov.
3. Molekuly emitujú fotóny a po milióntinách sekundy sa vrátia do rovnovážneho stavu.
4. Vo fotonásobiči sa záblesk svetla "nahromadí" a zasiahne anódu.
5. V anódovom obvode sa elektrický prúd zosilňuje a meria.

Na princíp činnosti scintilačný detektor je založený na fenoméne luminiscencie. Hlavnou charakteristikou týchto zariadení je účinnosť konverzie – pomer energie záblesku svetla k energii stratenej časticou v účinnej látke scintilátora.

Výhody a nevýhody

Výhody detektorov scintilačného žiarenia zahŕňajú:

• vysoká účinnosť registrácie, najmä pokiaľ ide o krátkovlnné gama lúče s vysokou energiou;
• dobré časové rozlíšenie, to znamená schopnosť poskytnúť samostatný obraz dvoch objektov (dosahuje 10^-10 s);
• súčasné meranie energie detegovaných častíc;
• , možnosť výroby pultov rôznych tvarov, jednoduchosť technického riešenia.

Nevýhody týchto počítadiel sú nízka citlivosť na častice s nízkou energiou. Keď sa používajú ako súčasť spektrometrov, spracovanie získaných údajov sa stáva oveľa komplikovanejším, pretože spektrum má zložitú formu.