Scintillasjonsdetektorer er en av typene måleutstyr designet for å oppdage elementærpartikler. Deres funksjon er at lesing skjer ved bruk av lysfølsomme systemer. For første gang ble disse instrumentene brukt i 1944 for å måle strålingen av uran. Det finnes flere typer detektorer avhengig av typen virkemiddel.
Destination
Scintillasjonsdetektorer er mye brukt til følgende formål:
- registrering av strålingsforurensning av miljøet;
- analyse av radioaktive materialer og andre fysiske og kjemiske studier;
- bruk som et element for å starte mer komplekse detektorsystemer;
- spektrometrisk studie av stoffer;
- signalkomponent i strålebeskyttelsessystemer (for eksempel dosimetrisk utstyr designet for å varsle om at et skip går inn i en sone med radioaktiv forurensning).
Tellere kan produsere både kvalitetsregistreringstråling og mål energien.
Detektorarrangement
Den grunnleggende strukturen til en scintillasjonsstrålingsdetektor er vist i figuren nedenfor.
Hovedelementene i utstyret er som følger:
- fotomultiplikator;
- scintillator designet for å konvertere eksitasjonen av krystallgitteret til synlig lys og overføre det til den optiske omformeren;
- optisk kontakt mellom de to første enhetene;
- spenningsstabilisator;
- elektronisk system for registrering av elektriske impulser.
Typer
Det er følgende klassifisering av hovedtypene scintillasjonsdetektorer i henhold til typen stoff som fluorescerer når de utsettes for stråling:
- Uorganiske alkalihalogenidmålere. De brukes til å registrere alfa-, beta-, gamma- og nøytronstråling. Flere typer enkeltkrystaller produseres i industrien: natriumjodid, cesium, kalium og litium, sinksulfid, jordalkalimetallwolframater. De aktiveres med spesielle urenheter.
- Organiske enkeltkrystaller og transparente løsninger. Den første gruppen inkluderer: antracen, tolan, transstilben, naftalen og andre forbindelser, den andre gruppen inkluderer terfenyl, blandinger av antracen med naftalen, faste løsninger i plast. De brukes til tidsmålinger og for å oppdage raske nøytroner. Aktiverende tilsetningsstoffer i organiske scintillatorer er det ikkebidra.
- Gassmedium (He, Ar, Kr, Xe). Slike detektorer brukes hovedsakelig til å oppdage fisjonsfragmenter av tunge kjerner. Bølgelengden til strålingen er i det ultrafiolette spekteret, så de krever passende fotodioder.
For scintillasjonsnøytrondetektorer med kinetisk energi opp til 100 keV, brukes sinksulfidkrystaller aktivert med en borisotop med massetall 10 og 6Li. Ved registrering av alfapartikler påføres sinksulfid i et tynt lag på et gjennomsiktig underlag.
Blant organiske forbindelser er scintillasjonsplast den mest brukte. De er løsninger av selvlysende stoffer i høymolekylær plast. Oftest lages scintillasjonsplast på basis av polystyren. Tynne plater brukes til å registrere alfa- og betastråling, og tykke plater brukes til gamma- og røntgenstråler. De produseres i form av gjennomsiktige polerte sylindre. Sammenlignet med andre typer scintillatorer har plastscintillatorer flere fordeler:
- kort blinktid;
- motstand mot mekanisk skade, fuktighet;
- konstans av egenskaper ved høye doser av strålingseksponering;
- lavpris;
- lett å lage;
- høy registreringseffektivitet.
Photomultipliers
Den funksjonelle hovedkomponenten til dette utstyret er en fotomultiplikator. Det er et system med elektroder monterti et glassrør. For å beskytte mot eksterne magnetiske felt, er den plassert i et metallhus laget av et materiale med høy magnetisk permeabilitet. Dette skjermer elektromagnetisk interferens.
I fotomultiplikatoren omdannes lysblinken til en elektrisk impuls, og den elektriske strømmen forsterkes også som følge av sekundæremisjonen av elektroner. Strømmen avhenger av antall dynoder. Fokuseringen av elektroner skjer på grunn av det elektrostatiske feltet, som avhenger av formen på elektrodene og potensialet mellom dem. De utslåtte ladede partiklene akselereres i interelektroderommet og, når de faller på neste dynode, forårsaker de en annen utslipp. På grunn av dette øker antallet elektroner flere ganger.
Scintillasjonsdetektor: hvordan det fungerer
Tellere fungerer slik:
- Ladet partikkel kommer inn i arbeidsstoffet til scintillatoren.
- Ionisering og eksitasjon av krystall-, løsnings- eller gassmolekyler forekommer.
- Molekyler sender ut fotoner og etter milliondeler av et sekund kommer de tilbake til likevekt.
- I fotomultiplikatoren "forsterkes" lysglimt og treffer anoden.
- Anodekretsen forsterker og måler den elektriske strømmen.
Prinsippet for drift av scintillasjonsdetektoren er basert på fenomenet luminescens. Hovedkarakteristikken til disse enhetene er konverteringseffektiviteten - forholdet mellom energien til et lysglimt og energien tapt av en partikkel i det aktive stoffet i scintillatoren.
Fordeler og ulemper
Fordelene med scintillasjonsstrålingsdetektorer inkluderer:
- høy deteksjonseffektivitet, spesielt for høyenergi-kortbølgegammastråler;
- god tidsoppløsning, det vil si muligheten til å gi et separat bilde av to objekter (det når 10-10 s);
- samtidig måling av energien til påviste partikler;
- mulighet for å produsere disker i ulike former, enkel teknisk løsning.
Ulempen med disse tellerne er den lave følsomheten for partikler med lav energi. Når de brukes som en del av spektrometre, blir behandlingen av de innhentede dataene mye mer komplisert, siden spekteret har en kompleks form.
