Detektor scintilacije: princip rada

Detektori scintilacije su jedan od tipova mjerne opreme dizajnirane za registraciju elementarnih čestica. Njihova posebnost je da se očitavanje dešava usled upotrebe fotoosetljivih sistema. Prvi put su ovi uređaji korišteni 1944. godine. za mjerenje zračenja uranijuma. Postoji nekoliko tipova detektora u zavisnosti od vrste radnog sredstva.

Sastanak

Detektori scintilacije se široko koriste za sljedeće svrhe:

• Registracija radijacionog zagađenja životne sredine;
• analiza radioaktivnih materijala i drugih fizičko-hemijskih studija;
• aplikacija kao element za pokretanje složenijih detektorskih sistema;
• spektrometrijsko ispitivanje supstanci;
• signalna komponenta u sistemima za zaštitu od zračenja (na primjer, dozimetrijska oprema dizajnirana da obavijesti o ulasku morskog plovila u zonu radioaktivne kontaminacije).

Mjerači mogu proizvesti i visokokvalitetnu registraciju zračenja i mjeriti količinu njegove energije.

Detektori uređaja

Osnovni uređaj detektora scintilacionog zračenja prikazan je na donjoj slici.

Glavni elementi opreme su sljedeći:

• photomultiplier;
• scintilator dizajniran da pretvori pobudu kristalne rešetke u vidljivu svjetlost i prenese je u optički konverter;
• optički kontakt između prva dva uređaja;
• stabilizator napona;
• elektronski sistem za snimanje električnih impulsa.

Vrste

Postoji sljedeća klasifikacija od glavnih tipova detektora scintilacije prema vrsti supstance koja fluorescira pod uticajem zračenja:

• Neorganski alkalni halidni brojači. Korišćeni su za registraciju alfa, beta, gama i neutronskog zračenja. U industriji se proizvodi nekoliko vrsta monokristala: natrijum jodid, cezijum, kalijum i litijum, cink sulfid, tungstati zemnoalkalnih metala. Aktivirani su posebnim nečistoćama.
• Organski monokristali i prozirna rješenja. U prvu grupu spadaju: antracen, tolan, trans-stilben, naftalen i druga jedinjenja, druga-terfenil, mešavine antracena sa naftalenom, čvrsti rastvori u plastici. Koriste se za mjerenje vremena i za registraciju brzih neutrona. Aktivirajući aditivi se ne dodaju organskim scintilatorima.
• Plinski medij (He, Ar, Kr, Xe). Takvi detektori uglavnom se koriste za registrirajte fragmente fisije teških jezgara. Talasna dužina zračenja je u ultraljubičastom spektru, pa su im potrebne odgovarajuće fotodiode.

Za detektore scintilacionih neutrona sa kinetičkom energijom do 100 keV, kristali sumpora cinka aktivirani su izotopom bora masenog broja 10 i ^{6 su korišteni}Li. Prilikom registracije alfa čestica, cink sulfid se nanosi u tankom sloju na prozirnu podlogu.

Među organskim spojevima, scintilacijska Plastika postala je najrasprostranjenija. Oni su rastvori luminiscentnih supstanci u visokomolekularnoj plastici. Najčešće se scintilacijske plastike izrađuju na bazi polistirena. Tanke ploče se koriste za registraciju alfa i beta zračenja, a guste ploče se koriste za gama i rendgenske zrake. Dostupni su u obliku prozirnih poliranih cilindara. U poređenju sa drugim vrstama scintilatora, plastični imaju niz prednosti:

• kratko vrijeme ekspozicije;
• otpornost na mehanička oštećenja, vlagu;
• konstantnost karakteristika na visokom doze izlaganja radijaciji;
• niska cijena;
• jednostavnost proizvodnje;
• visoka efikasnost registracije.

Fotomultiplikatori

Glavna funkcionalna komponenta ove opreme je fotomultiplikator. To je sistem elektroda montiranih u staklenu cijev. Da bi se zaštitio od spoljnih magnetnih polja, postavlja se u metalno kućište od materijala sa visokom magnetnom propusnošću. Zbog toga su elektromagnetne smetnje zaštićene.

U fotomultiplikatoru, svetlosni blic se pretvara u električni impuls, a električna struja se takođe pojačava kao rezultat sekundarne emisije elektrona. Trenutna vrijednost ovisi o broju dinoda. Fokusiranje elektrona nastaje uslijed elektrostatičkog polja ovisno o obliku elektroda i potencijalu između njih. Dislodged nabijene čestice oni ubrzavaju u međuelektrodnom prostoru i, dođu do sljedećeg dinoda, uzrokuju drugu emisiju. Zbog toga se broj elektrona povećava nekoliko puta.

Detektor scintilacije: princip rada

Brojači rade na sljedeći način:

1. Nabijena čestica ulazi u radnu supstancu scintilatora.
2. Dolazi do jonizacije i ekscitacije molekula kristala, rastvora ili gasa.
3. Molekuli emituju fotone i vraćaju se u ravnotežno stanje nakon milionitog dijela sekunde.
4. U fotomultiplikatoru, bljesak svjetlosti se "nakuplja" i udara u anodu.
5. U anodnom krugu, električna struja se pojačava i mjeri.

U princip rada detektor scintilacije zasnovan je na fenomenu luminescencije. Glavna karakteristika ovih uređaja je efikasnost konverzije – odnos energije blica svetlosti i energije izgubljene od strane čestice u aktivnoj supstanci scintilatora.

Prednosti i mane

Prednosti detektora scintilacijskog zračenja uključuju sljedeće:

• visoka efikasnost registracije, posebno u pogledu kratkotrajnih gama zraka sa visokom energijom;
• dobra rezolucija vremena, odnosno mogućnost davanja zasebne slike dva objekta (dostiže 10^-10 s);
• istovremeno mjerenje energije otkrivenih čestica;
• , mogućnost izrade šaltera različitih oblika, jednostavnost tehničkih rješenja.

Nedostaci ovih brojača su niska osetljivost na čestice sa niskom energijom. Kada se koriste kao dio spektrometara, obrada dobijenih podataka postaje mnogo komplikovanija, jer spektar ima složen oblik.