Scintillationstællerprincip konstruktion og arbejde

Hvad er Scintillation

scintillationstælleren er en enhed, der bruges til at detektere og måle strålingsenergien.

Scintillationstælleren i sin enkleste form blev først introduceret af Rutherford og hans kollega, mens han studerede luminansen, der blev ophidset i CNS af alfapartikler. Når de udsættes for alfapartikler, producerer scintillationer, der blev talt med et mikroskop med lav effekt.

det således udtænkte instrument blev kaldt Spintheriscope. Processen med at tælle scintillationer er en kedelig proces. Øjet begrænser antallet til omkring 100 pr.

opfindelsen af fotomultiplikatorrørene og en bedre forståelse af de luminescerende egenskaber ved organiske og uorganiske stoffer har fjernet denne ulempe, og scintillationstælleren bruges nu i vid udstrækning til at studere nukleare strålinger.

princippet om Scintillationstæller

en simpel scintillationstæller blev først introduceret af Karan og Barca i 1994. De producerede impulser detekteres i konventionelle elektroniske kredsløb efter passende amplifikation. Pulser produceret af alfapartikler blev detekteret af SNS, fosfor med en effektivitet på 100%.

senere Kallman (1947) udvidede sin anvendelse på detektion af liter og liter-stråler ved hjælp af anthracen og naphthalen gennemsigtige krystaller som fluorescerende medier. Hofstadter opdagede, at Nal havde bedre effektivitet og større intensitet for det arbejde, som var at tælle med.

konstruktion af Scintillationstæller

den komplette scintillationstæller består af tre grundlæggende dele:

1. det scintillerende materiale eller fosfor producerer en lille lysglimt, når en ladet partikel rammer den.
2. fotomultiplikatorrøret registrerer lysflashen og producerer en elektrisk puls.
3. forstærkere og elektroniske kredsløb registrerer og tæller de elektriske impulser fra fotomultiplikatorrøret.

mikroskopets opgave i en simpel scintillator erstattes af et fotomultiplikatorrør. Dette rør har mange elektroner kort dynoder, som gradvist højere potentialer anvendes som vist i figuren.

fotoelektronerne accelereres i det elektrostatiske felt mellem katoden og den første dynode, som har et positivt potentiale med hensyn til katoden. De accelererede elektroner giver nok energi til elektroner i dynoden til at skubbe nogle af dem ud.

der kan være så mange som 10 sekundære elektroner for hver elektron, der rammer dynoden. Denne multiplikationsproces fortsætter, indtil den sidste dynode får en lavine af elektroner, som endelig indsamles af anoden.

udgangsstrømmen eller pulsen ved anoden kan være mere end en million gange større end den strøm, der oprindeligt blev udsendt fra katoden.

bearbejdning af Scintillationstæller

blokdiagrammet for scintillationstælleren er vist i figuren. S er en kilde, der udsender ioniserende stråling for at producere kortvarige lysglimt i fosforet placeret foran fotokatoden i et fotomultiplikatorrør.

multiplikationsprocessen finder sted for at producere en lavine af elektroner, som endelig opsamles af anoden. En stor puls på flere titus millivolt produceres ved udgangen.

forforstærker forstærker disse signaler, og derefter føres de til diskriminatoren, hvis funktion er at fjerne lavenergiimpulser, og derefter tælles de i skalaren. Strøm til de forskellige faser leveres af den stabiliserede strømforsyning.

produktion af en scintillationsblink ved de indkommende ioniserende partikler og efterfølgende generering af en elektrisk puls i en fotomultiplikator er opdelt i fem forskellige begivenheder.

1. den indfaldende stråling absorberes først i fosformaterialet, og dets atomer eller molekyler er spændte.
2. de ophidsede atomer eller molekyler af fosforens fluorescerende materiale henfalder og producerer let flash af kort varighed.
3. de udsendte fotoner overføres til fotomultiplikatorens fotokatode.
4. fotoelektroner produceres på grund af absorption af lysfotoner.
5. Elektronmultiplikation finder sted meget hurtigt, og alle disse operationer finder sted med på cirka 10-8 sekunder.

de elektriske impulser produceret af fotomultiplikatorrør er proportional med energien fra indfaldende fotoner. Således scintillation tæller registrerer stråling samt måle energien af stråling.

et typisk Lutra-strålespektrum opnået med cs137-kilde er vist i figur.

vi ved, at stråler af stråler interagerer med materie hovedsageligt på tre måder:

1. fotoelektrisk effekt.
2. Compton-effekt.
3. Parproduktion ( produktion af positron-elektronpar).

fotoelektrisk effekt og Compton-effekt er vigtigst for, at solstråler har energi op til 2 MeV. Imidlertid, den fotoelektriske effekt er faktisk udnyttet, fordi når Kristian ray hændelse på et materiale, fotoelektron udsendes.

fotoelektronets energi er lig med energien fra den absorberede solstråle. I den fotoelektriske effekt mister kurr ray al sin energi til elektronen. Derfor producerede kur-stråler af samme energi fotoelektroner af samme energi i en scintillerende krystal. Den elektriske puls, der produceres i et fotomultiplikatorrør, er proportional med energien fra indfaldende kur-stråler.

en scintillationstæller kombineret med en multikanal-analysator er kendt som reol-strålespektrometer. Dette spektrometer er kalibreret ved hjælp af kur-stråler af kendt energi. Bredden af den fulde energitop i halv højde kaldes fuld bredde ved halv maksimum (FHM).

spektrometerets energiopløsning er defineret som forholdet mellem FHM og energien fra de stråler, der svarer til den fulde energitop.

at det, energiopløsning af spektrometer = liter E / Ey

typisk er Liter e / Ey =20% ved Ey = 100 k eV.

når Kurt rays-energier er meget tæt på hinanden, er scintillationstælleren ikke i stand til at adskille dem. i i sådanne tilfælde anvendes halvledertæller.

typer af Scintillationstæller anvendt

1. natriumiodid.
2. Sulfid.
3. Csl.
4. anthracen og stilben.
5. plast og flydende Scintillatorer.
6. gasser.

natriumiodid (thallium aktiveret)

dette er den mest almindeligt anvendte scintillator i undersøgelsen af Kurt-stråler. I en sammenligning af GM-tælleren er effektiviteten af LARP-ray-detektion meget stor. Det har en ulempe, det er er hygroskopisk og skal derfor forsegles i en aluminiumsdåse med reflekterende eller diffuserende vægge.

sulfid

det anvendes i vid udstrækning til påvisning af de partikler, der har korte intervaller. Det kan ikke bruges i tykke lag, fordi det hurtigt bliver uigennemsigtigt for sin egen stråling.

Csl

dette er ikke hygroskopisk og foretrækkes derfor frem for natriumiodid.

anthracen og stilben

disse er organiske fosfor, der har en hurtigere henfaldstid end de uorganiske fosfor. For tunge partikler har disse meget dårlig effektivitet. Disse er nyttige til påvisning af luspartikel. Anthracen giver højeste udbytte af fotoner omkring 15 for hver 1000 eV.

plastiske og flydende Scintillatorer

i disse scintillatorer overføres eksitationsenergien fra opløsningsmidlet til det opløste stof. Dette udsender derefter stråling i et bølgelængdeområde, for hvilket opløsningsmidlet er gennemsigtigt. Disse bruges i Counter teleskoper, som generelt anvendes i høj energi fysik.

gasser

til tælling af tunge ladede partikler i nærvær af lurer-stråling anvendes Ksenon, som udsender stråling i ultraviolet område.

den høje effektivitet af detektion, kort opløsningstid, linearitet som reaktion i en bred vifte af energien fra indfaldende stråling er nogle af fordelene ved scintillationstælleren, der gør dette instrument bedre end den konventionelle G. M. counter.

det mest fremragende træk ved scintillationstælleren over den proportionale tæller er dens ekstremt korte varighedsimpulser og højere opløsning.

anvendelser af Scintillationstæller

• det er mest effektivt til tælling af liter-stråler.
• med sin store størrelse og meget gennemsigtige fosfor viser den meget høj effektivitet.
• da pulshøjden er proportional med energien fra den indfaldende stråling, bruges den til undersøgelse af energifordelingen af nukleare strålinger.
• det er i stand til en hurtig tællehastighed, fordi den døde tid og opløsningstid er i størrelsesordenen 10-19 sek. mod 10-5 SEK. i G. M.-tælleren.