Сцинтилационният детектор: принцип на действие

Сцинтилационните детектори са един от видовете измервателни уреди за регистриране на елементарни частици. Те се характеризират с използването на светлочувствителни системи. Тези инструменти са използвани за първи път през 1944 г. за. за измерване на урановата радиация. Съществуват няколко вида детектори в зависимост от вида на използвания агент.

Цел

Сцинтилационните детектори се използват широко за следните цели:

• Откриване на радиационно замърсяване околна среда;
• анализ на радиоактивни материали и други физико-химични изследвания
• Използвайте като задействащ елемент за по-сложни детекторни системи;
• Спектрометричен анализ на вещества;
• Сигнален компонент в система за радиационна защита (напр. дозиметър, предназначен да дава индикация, когато кораб навлезе в замърсена зона).

Измервателните уреди могат да извършват качествена регистрация на излъчването и да измерват големината на неговата енергия.

Дизайн на детектора

Схема на сцинтилационен детектор на радиация е показана по-долу.

Основните компоненти на апарата са

• фотоумножителна тръба;
• Сцинтилатор, предназначен да преобразува възбуждането на кристална решетка във видима светлина и да я предава на оптичен преобразувател;
• Оптичен контакт между първите две устройства
• регулатор на напрежението;
• Електронна система за запис на електрически импулси.

Видове

Съществува следната класификация Основни видове сцинтилационни детектори според вида на веществото, което флуоресцира при излагане на радиация:

• Неорганични алкални халогенидни броячи. Те се използват за регистриране на алфа, бета, гама и неутронно лъчение. Няколко вида монокристали се произвеждат в промишлеността: натриев йодид, цезий, калий и литий, цинков сулфид, волфрам на алкалоземни метали. Те се активират от специални примеси.
• Органични монокристали и прозрачни разтвори. Първата група включва антрацен, толан, трансстилбен, нафталин и други съединения, а втората група включва терфенил, смеси на антрацен с нафталин, твърди разтвори в пластмаси. Те се използват за измерване на времето и за регистриране на бързи неутрони. Органичните сцинтилатори не съдържат активиращи добавки.
• Газови среди (He, Ar, Kr, Xe). Такива детектори се използват в главно за за откриване на фрагменти от делене на тежки ядра. Дължината на вълната на лъчението е в ултравиолетовия спектър, което изисква съответен фотодиод.

За сцинтилационни неутронни детектори с кинетична енергия до 100 keV се използват кристали от цинков сулфид, активирани от изотоп на бор с масово число 10 и ⁶Li. За откриване на алфа частици върху прозрачна основа се нанася тънък слой цинков сулфид.

Сред органичните съединения сцинтилационните пластмаси са най-разпространени. Те представляват разтвори на луминесцентен материал в пластмаси с високо молекулно тегло. Най-разпространените сцинтилационни пластмаси са на базата на полистирол. Тънките плочи се използват за откриване на алфа и бета радиация, а дебелите - за гама и рентгенови лъчи. Предлагат се като прозрачни полирани цилиндри. Пластмасовите сцинтилатори имат редица предимства пред другите видове сцинтилатори:

• кратко време на луминесценция;
• устойчивост на механични повреди, влажност
• стабилна работа за дълги периоди от време; - стабилна работа за дълги периоди от време дози на облъчване устойчивост на радиация;
• ниска цена;
• лекота на производство;
• висока ефективност на запис.

Фотоумножители

Основният функционален компонент на този апарат е фотоумножителната тръба. Той се състои от система от електроди, монтирани в стъклена тръба. За защита от външни магнитни полета той е затворен в метален корпус от материал с висока магнитна проницаемост. Това води до екраниране на електромагнитните смущения.

Във фотоумножителната тръба светлинните проблясъци се преобразуват в електрически импулси, а електрическият ток се усилва чрез вторично излъчване на електрони. Големината на тока зависи от броя на динодите. Електроните се фокусират чрез електростатично поле, което зависи от формата на електродите и потенциала между тях. Нокаутиран заредени частици се ускоряват в междуелектродното пространство и, достигайки до следващия динод, предизвикват нова емисия. По този начин броят на електроните се увеличава няколко пъти.

Сцинтилационен детектор: принцип на действие

Броячите работят по следния начин:

1. Заредена частица навлиза в работното вещество на сцинтилатора.
2. Настъпва йонизация и възбуждане на молекулите на кристала, разтвора или газа.
3. Молекулите излъчват фотони и след милионна част от секундата се връщат в равновесно състояние.
4. Във фотоумножителната тръба светкавицата се "натрупва" и попада върху анода.
5. Анодната верига усилва и измерва електрическия ток.

въз основа на принцип на работа Явлението луминесценция е в основата на сцинтилационния детектор. Основната характеристика на тези уреди е ефективността на преобразуване, която представлява съотношението между енергията на светлинните проблясъци и енергията, загубена от частиците в активния материал на сцинтилатора.

Предимства и недостатъци

Някои от предимствата на сцинтилационните детектори на радиация са

• висока ефективност на откриване, особено за късовълнови високоенергийни гама лъчи;
• Добра времева разделителна способност, т.е. двата обекта могат да се изобразяват поотделно (до 10 пъти); - Добра времева разделителна способност, т.е. възможност за разделяне на двата обекта^-10 с);
• Измерване на енергията на откритата частица в същото време;
• Могат да се произвеждат различни форми на броячи, а техническото решение е лесно за използване.

Недостатъците на тези броячи са ниската им чувствителност към частици с ниска енергия. Използването им в спектрометрите затруднява значително обработката на данните, тъй като спектърът е сложен.