Scintillationsdetektorer är en av de typer av mätutrustning som är utformad för att detektera elementära partiklar. Deras egenskap är att läsning sker genom användning av ljuskänsliga system. För första gången användes dessa instrument 1944 för att mäta strålningen av uran. Det finns flera typer av detektorer beroende på typen av fungerande medel.
Destination
Scintillationsdetektorer används ofta för följande ändamål:
- registrering av strålningsföroreningar i miljön;
- analys av radioaktiva material och andra fysikaliska och kemiska studier;
- använd som ett element för att starta mer komplexa detektorsystem;
- spektrometrisk studie av ämnen;
- signaleringskomponent i strålskyddssystem (till exempel dosimetrisk utrustning utformad för att meddela om ett fartygs intåg i en zon med radioaktiv kontaminering).
Räknare kan producera både kvalitetsregistreringstrålning och mät dess energi.
Detektorarrangemang
Grundstrukturen för en scintillationsstrålningsdetektor visas i figuren nedan.
Huvuddelarna i utrustningen är följande:
- fotomultiplikator;
- scintillator utformad för att omvandla excitationen av kristallgittret till synligt ljus och överföra det till den optiska omvandlaren;
- optisk kontakt mellan de två första enheterna;
- spänningsstabilisator;
- elektroniskt system för inspelning av elektriska impulser.
Typer
Det finns följande klassificering av huvudtyperna av scintillationsdetektorer beroende på vilken typ av ämne som fluorescerar när det utsätts för strålning:
- Oorganiska alkalihalogenidmätare. De används för att registrera alfa-, beta-, gamma- och neutronstrålning. Flera typer av enkristaller produceras inom industrin: natriumjodid, cesium, kalium och litium, zinksulfid, alkaliska jordartsmetallvolframater. De aktiveras med speciella föroreningar.
- Ekologiska enkristaller och transparenta lösningar. Den första gruppen inkluderar: antracen, tolan, transstilben, naftalen och andra föreningar, den andra gruppen inkluderar terfenyl, blandningar av antracen med naftalen, fasta lösningar i plast. De används för tidsmätningar och för att detektera snabba neutroner. Aktiverande tillsatser i organiska scintillatorer är det intebidra.
- Gasmedium (He, Ar, Kr, Xe). Sådana detektorer används huvudsakligen för att detektera fissionsfragment av tunga kärnor. Våglängden på strålningen är i det ultravioletta spektrumet, så de kräver lämpliga fotodioder.
För scintillationsneutrondetektorer med en kinetisk energi upp till 100 keV används zinksulfidkristaller aktiverade med en borisotop med masstalet 10 och 6Li. Vid registrering av alfapartiklar appliceras zinksulfid i ett tunt lager på ett transparent underlag.
Bland organiska föreningar är scintillationsplaster de mest använda. De är lösningar av självlysande ämnen i högmolekylära plaster. Oftast tillverkas scintillationsplaster på basis av polystyren. Tunna plattor används för att registrera alfa- och betastrålning och tjocka plattor används för gamma- och röntgenstrålning. De tillverkas i form av transparenta polerade cylindrar. Jämfört med andra typer av scintillatorer har plastscintillatorer flera fördelar:
- kort blixttid;
- motstånd mot mekanisk skada, fukt;
- konstans av egenskaper vid höga doser av strålningsexponering;
- lågpris;
- lätt att göra;
- hög registreringseffektivitet.
Photomultipliers
Den här utrustningens huvudsakliga funktionella komponent är en fotomultiplikator. Det är ett system av monterade elektroderi ett glasrör. För att skydda mot yttre magnetfält placeras den i ett metallhölje av ett material med hög magnetisk permeabilitet. Detta skyddar elektromagnetiska störningar.
I fotomultiplikatorn omvandlas ljusblixten till en elektrisk impuls, och den elektriska strömmen förstärks också som ett resultat av den sekundära emissionen av elektroner. Mängden ström beror på antalet dynoder. Fokuseringen av elektroner sker på grund av det elektrostatiska fältet, vilket beror på formen på elektroderna och potentialen mellan dem. De utslagna laddade partiklarna accelereras i interelektrodutrymmet och, när de faller på nästa dynod, orsakar de en annan emission. På grund av detta ökar antalet elektroner flera gånger.
Scintillationsdetektor: hur det fungerar
Räknare fungerar så här:
- Laddad partikel kommer in i scintillatorns arbetsämne.
- Jonisering och excitation av kristall-, lösnings- eller gasmolekyler inträffar.
- Molekyler sänder ut fotoner och efter miljondelar av en sekund återgår de till jämvikt.
- I fotomultiplikatorn "förstärks" ljusblixten och träffar anoden.
- Anodkretsen förstärker och mäter den elektriska strömmen.
Scintillationsdetektorns funktionsprincip är baserad på fenomenet luminescens. Det huvudsakliga kännetecknet för dessa enheter är omvandlingseffektiviteten - förhållandet mellan energin från en ljusblixt och energin som förloras av en partikel i scintillatorns aktiva substans.
För- och nackdelar
Fördelarna med scintillationsstrålningsdetektorer inkluderar:
- hög detekteringseffektivitet, speciellt för högenergi-kortvågsgammastrålar;
- bra tidsupplösning, det vill säga möjligheten att ge en separat bild av två objekt (den når 10-10 s);
- samtidig mätning av energin hos detekterade partiklar;
- möjlighet att tillverka diskar i olika former, enkel teknisk lösning.
Nackdelarna med dessa räknare är den låga känsligheten för partiklar med låg energi. När de används som en del av spektrometrar blir behandlingen av den erhållna datan mycket mer komplicerad, eftersom spektrumet har en komplex form.
