Szcintillációs detektor: a működés elve

A szcintillációs detektorok az elemi részecskék regisztrálására tervezett mérőberendezések egyik típusa. Különlegességük, hogy az olvasás a fényérzékeny rendszerek használata miatt következik be. Ezeket az eszközöket először 1944-ben használták. az urán sugárzásának mérése. A működő szer típusától függően többféle érzékelő létezik.

Kinevezés

A szcintillációs detektorokat széles körben használják a következő célokra:

• a sugárszennyezés nyilvántartása a környezet;
• radioaktív anyagok elemzése és egyéb fizikai-kémiai vizsgálatok;
• alkalmazás mint összetettebb detektorrendszerek elindításának eleme;
• anyagok spektrometriás vizsgálata;
• jelzőkomponens a sugárvédelmi rendszerekben (például dozimetriás berendezés, amelyet arra terveztek, hogy értesítse a tengeri hajónak a radioaktív szennyeződés zónájába való belépését).

A mérők mind a sugárzás magas színvonalú regisztrálását, mind az energia mennyiségének mérését eredményezhetik.

Eszköz detektorok

A szcintillációs sugárzás detektor alapkészülékét az alábbi ábra mutatja.

A berendezés fő elemei a következők:

• fényszorzó;
• : egy szcintillátor, amely a kristályrács gerjesztését látható fénnyé alakítja, és optikai átalakítóba továbbítja;
• optikai kapcsolat az első két eszköz között;
• feszültség stabilizátor;
• elektronikus rendszer elektromos impulzusok rögzítésére.

Típusok

A következő osztályozás létezik a fő típusok közül szcintillációs detektorok a sugárzás hatására fluoreszkáló anyag típusa szerint:

• Szervetlen Alkáli-halogenid számlálók. Ezeket használják alfa, béta, gamma és neutron sugárzás regisztrálása. Az iparban többféle egykristályt állítanak elő: nátrium-jodid, cézium, kálium és lítium, cink-szulfid, alkáliföldfémek volfrámjai. Speciális szennyeződésekkel aktiválódnak.
• Szerves egykristályok és átlátszó oldatok. Az első csoportba tartoznak: antracén, tolán, transz-sztilbén, naftalin és más vegyületek, a második-terfenil, antracén naftalin keverékei, szilárd műanyag oldatok. Időmérésre és gyors neutronok regisztrálására használják. Aktiváló adalékanyagokat nem adnak a szerves szcintillátorokhoz.
• Gázközeg (He, Ar, Kr, Xe). Ilyen detektorok elsősorban arra használják, hogy regisztrálja a nehéz magok hasadási töredékeit. A sugárzás hullámhossza az ultraibolya spektrumban van, ezért megfelelő fotodiódákat igényelnek.

Legfeljebb 100 keV kinetikus energiájú szcintillációs neutrondetektorokhoz 10 tömegszámú bór izotóppal aktivált cink-kénkristályok és ⁶Li. Az alfa-részecskék regisztrálásakor a cink-szulfidot vékony rétegben, átlátszó szubsztrátumon alkalmazzák.

A szerves vegyületek közül a szcintillációs műanyagok váltak a legelterjedtebbé. Ezek a lumineszcens anyagok oldatai nagy molekulatömegű műanyagokban. Leggyakrabban a szcintillációs műanyagok polisztirol alapon készülnek. Vékony lemezeket használnak az alfa-és béta-sugárzás regisztrálására, vastag lemezeket pedig a gamma - és Röntgensugárzáshoz. Átlátszó polírozott hengerek formájában kaphatók. Más típusú szcintillátorokkal összehasonlítva a műanyagoknak számos előnye van:

• rövid expozíciós idő;
• mechanikai sérülésekkel szembeni ellenállás, nedvesség;
• a jellemzők állandósága magas adagok sugárterhelés;
• alacsony költség;
• könnyű gyártás;
• magas regisztrációs hatékonyság.

Fotoszorzók

Ennek a berendezésnek a fő funkcionális összetevője egy fotomultiplikátor. Ez egy üvegcsőbe szerelt elektródák rendszere. A külső mágneses mezőktől való védelem érdekében nagy mágneses áteresztőképességű anyagból készült fémházba helyezik. Emiatt az elektromágneses interferencia árnyékolt.

A fotomultiplikátorban a fényvillanás elektromos impulzussá alakul, a szekunder elektron-emisszió eredményeként pedig elektromos áram erősödik. Az aktuális érték a dynodes számától függ. Az elektronok fókuszálása az elektrosztatikus mező miatt következik be, az elektródák alakjától és a köztük lévő potenciáltól függően. Kificamodott töltött részecskék felgyorsulnak az interelektróda térben, és a következő dinódához jutva újabb emissziót okoznak. Emiatt az elektronok száma többször növekszik.

Szcintillációs detektor: a működés elve

A számlálók a következőképpen működnek:

1. A töltött részecske belép a szcintillátor működő anyagába.
2. Kristály, oldat vagy gázmolekulák ionizációja és gerjesztése történik.
3. A molekulák fotonokat bocsátanak ki, és a másodperc milliomod része után visszatérnek egyensúlyi állapotba.
4. A fotomultiplikátorban a fény villanása "felépül" és eléri az anódot.
5. Az anód áramkörben az elektromos áramot erősítik és mérik.

Az működési elv a szcintillációs detektor a lumineszcencia jelenségén alapul. Ezeknek az eszközöknek a fő jellemzője a konverziós hatékonyság – a fényvillanás energiájának aránya a részecske által a szcintillátor hatóanyagában elvesztett energiához.

Előnyök és hátrányok

A szcintillációs sugárzásérzékelők előnyei a következők:

• magas regisztrációs hatékonyság, különösen a nagy energiájú rövidhullámú gamma-sugarak tekintetében;
• jó időfelbontás, vagyis az a képesség, hogy külön képet adjon két objektumról (eléri a 10-et^-10 sz);
• a detektált részecskék energiájának egyidejű mérése;
• a különböző formájú számlálók gyártásának lehetősége, a műszaki megoldás egyszerűsége.

Ezeknek a számlálóknak a hátrányai az alacsony energiájú részecskékkel szembeni alacsony érzékenység. Ha a spektrométerek részeként használják őket, a kapott adatok feldolgozása sokkal bonyolultabbá válik, mivel a spektrum összetett formában van.