Tuikelaskurin periaate rakenne ja työskentely

mikä on tuike

tuikelaskuri on laite, jota käytetään säteilyn energian havaitsemiseen ja mittaamiseen.

Skintillaatiolaskurin yksinkertaisimmillaan otti käyttöön Rutherford työtovereineen tutkiessaan alfahiukkasten ZNS: ssä virittämää luminanssia. Sinkkisulfidilla tai bariumplatinosyanidilla tai kalsium tungstaatilla päällystetty näyttö alfahiukkasille altistuessaan tuottaa skintillaatioita, jotka laskettiin pienitehoisella mikroskoopilla.

näin kehitettyä soitinta kutsuttiin Spintheriskoopiksi. Tuikkujen laskeminen on työläs prosessi. Silmä rajoittaa määrän noin sataan minuutissa.

valomonistinputkien keksiminen ja orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden luminesenssiominaisuuksien parempi ymmärtäminen ovat poistaneet tämän epäkohdan, ja tuikelaskuria käytetään nykyään laajalti ydinsäteilyn tutkimuksessa.

Tuikelaskurin periaate

yksinkertaisen tuikelaskurin ottivat ensimmäisenä käyttöön Karan ja Barca vuonna 1994. Tuotetut pulssit havaitaan tavanomaisissa elektronisissa piireissä sopivan vahvistuksen jälkeen. Alfahiukkasten tuottamat pulssit havaittiin ZNS: llä, fosforilla, jonka hyötysuhde oli 100%.

myöhemmin Kallman (1947) laajensi sovellustaan β-Ja γ-sädetunnistukseen käyttämällä antraseenin ja naftaleenin läpinäkyviä kiteitä fluoresoivina väliaineina. Hofstadter havaitsi, että Nal: llä oli parempi hyötysuhde ja suurempi intensiteetti γ-säteiden laskentatyössä.

Tuikelaskurin rakentaminen

täydellinen tuikelaskuri koostuu kolmesta perusosasta:

1. säihkyvä aine eli fosfori saa aikaan pienen valonvälähdyksen varautuneen hiukkasen osuessa siihen.
2. valomonistinputki tunnistaa valonvälähdyksen ja tuottaa sähköpulssin.
3. vahvistimet ja elektroniset piirit tallentavat ja laskevat valomonistinputken sähköpulssit.

mikroskoopin tehtävä yksinkertaisessa tuikeputkessa korvataan fotomonistinputkella. Tällä putkella on monia elektronikorttidynodeja, joihin sovelletaan asteittain korkeampia potentiaaleja, kuten kuvassa on esitetty.

valosektronit kiihtyvät katodin ja ensimmäisen dynodin välisessä sähköstaattisessa kentässä, mikä on katodiin nähden positiivisella potentiaalilla. Kiihdytetyt elektronit antavat dynodissa oleville elektroneille niin paljon energiaa, että osa niistä poistuu.

jokaista dynodiin osuvaa elektronia kohti voi olla jopa 10 sekundaarista elektronia. Tämä prosessi kertolasku jatkuu, kunnes viimeinen dynodi saa vyöryn elektroneja, jotka lopulta kerätään anodi.

anodilla Lähtövirta tai pulssi voi olla yli miljoona kertaa suurempi kuin katodilta alun perin lähtenyt virta.

Tuikelaskurin työskentely

kuvassa näkyy tuikelaskurin lohkokaavio. S On lähde, joka lähettää ionisoivaa säteilyä tuottaakseen lyhytkestoisia valonvälähdyksiä fotomonistinputken valokatodin eteen sijoitetussa fosforissa.

kertolaskussa syntyy Elektronivyöry, jonka anodi lopulta kerää. Ulostulossa syntyy suuri useiden kymmenien millivolttien pulssi.

esivahvistin vahvistaa näitä signaaleja ja sitten ne syötetään erottelijalle, jonka tehtävänä on poistaa matalaenergiset pulssit, minkä jälkeen ne lasketaan skalaariin. Virta eri vaiheissa syötetään vakiintunut virtalähde.

tulevien ionisoivien hiukkasten synnyttämän tuikelasaman tuottaminen ja myöhemmin syntyvä sähköinen pulssi valomonistimessa jaetaan viiteen eri tapahtumaan.

1. tuleva säteily absorboituu ensin fosforimateriaaliin ja sen atomit tai molekyylit innostuvat.
2. fluoresoivan aineen viritetyt atomit tai molekyylit hajoavat ja tuottavat lyhytkestoisen valonvälähdyksen.
3. emittoituneet fotonit lähetetään fotomonistimen valokatodille.
4. Fotoelektroneja syntyy valon fotonien absorption ansiosta.
5. elektronien kertolasku tapahtuu hyvin nopeasti ja kaikki nämä operaatiot tapahtuvat noin 10-8 sekunnissa.

fotomonistiputken tuottamat sähköpulssit ovat verrannollisia tapahtuvien fotonien energiaan. Näin tuikelaskuri havaitsee säteilyn sekä mittaa säteilyn energian.

kuviossa on Cs137-lähteellä saatu tyypillinen γ-säteen spektri.

tiedämme, että säteilyn γ-fotonit vuorovaikuttavat aineen kanssa pääasiassa kolmella tavalla:

1. valosähköinen vaikutus.
2. Comptonin vaikutus.
3. parin tuotanto (positroni-elektroniparin tuotanto).

valosähköinen vaikutus ja Comptonin vaikutus ovat tärkeimmät γ-säteille, joiden energia on enintään 2 MeV. Kuitenkin valosähköinen vaikutus on todella hyödynnetty, koska kun γ-ray tapahtuma materiaaliin, Valosähköinen säteilee.

valosähkön energia on yhtä suuri kuin absorboituneen γ-säteen energia. Valosähköisessä efektissä γ-ray menettää kaiken energiansa elektronille. Tämän vuoksi samanenergiset γ-säteet tuottivat samanenergisiä fotoelektroneja säkenöivässä kiteessä. Valomonistinputkessa tuotettu sähköinen pulssi on verrannollinen kohtaavien γ-säteiden energiaan.

tuikelaskuri yhdistettynä monikanavaiseen analysaattoriin tunnetaan γ-sätespektrometrinä. Tämä spektrometri kalibroidaan tunnetun energian γ-säteillä. Täyden energiahuipun leveyttä puolikorkeudessa kutsutaan täysleveydeksi puolikkaalla maksimilla (FWHM).

spektrometrin energiatarkkuus määritellään fwhm: n suhteena γ-säteiden energiaan, joka vastaa täyttä energiahuippua.

että se, spektrometrin energiatarkkuus = Δ E / Ey

tyypillisesti Δ E / Ey =20%, kun Ey = 100 k eV.

kun γ-säteiden energiat ovat hyvin lähellä toisiaan, tuikelaskuri ei pysty erottamaan niitä toisistaan. tällöin käytetään puolijohteiden laskuria.

käytetyt Tuikelaskurit

1. natriumjodidi.
2. Sinkkisulfidi.
3. Csl.
4. antraseeni ja Stilbeeni.
5. muoviset ja nestemäiset Tuikeaineet.
6. kaasut.

natriumjodidi (Talliumaktivoitu)

tämä on yleisimmin käytetty tuike γ-säteiden tutkimuksessa. GM-laskurin vertailussa γ-ray-tunnistuksen tehokkuus on hyvin suuri. Sillä on yksi haittapuoli, se on hygroskooppinen ja siksi on sinetöitävä alumiini voi heijastava tai Diffusoiva seinät.

Sinkkisulfidia

sitä käytetään laajalti sellaisten hiukkasten havaitsemiseen, joiden kantomatka on lyhyt. Sitä ei voi käyttää paksuissa kerroksissa, koska se muuttuu nopeasti läpinäkymättömäksi omalle säteilylleen.

Csl

tämä ei ole hygroskooppista, joten se on suositeltavampaa kuin natriumjodidi.

antraseeni ja Stilbeeni

nämä ovat orgaanisia Fosforeita, joiden hajoamisaika on nopeampi kuin epäorgaanisilla Fosforeilla. Raskaille hiukkasille näiden hyötysuhde on erittäin huono. Nämä ovat hyödyllisiä β-hiukkasen havaitsemisessa. Antraseeni antaa fotoneille suurimman tuotoksen noin 15 jokaista 1000 eV: tä kohti.

muoviset ja nestemäiset Tuikeaineet

näissä tuikeissa heräteenergia siirtyy liuottimesta liuottimeen. Tämän jälkeen se lähettää uudelleen säteilyä aallonpituusalueella, jolle liuotin on läpinäkyvä. Näitä käytetään Vastateleskoopeissa, joita käytetään yleensä korkeaenergiafysiikassa.

kaasut

raskaiden varautuneiden hiukkasten laskemiseen γ-säteilyn läsnä ollessa käytetään ksenonia, joka lähettää ultraviolettisäteilyä.

havaitsemisen korkea hyötysuhde, lyhyt ratkaisuaika, vasteen lineaarisuus monenlaisessa kohtaussäteilyn energiassa ovat joitakin tuikelaskurin etuja, jotka tekevät tästä laitteesta paremman kuin tavanomaisesta GM: stä. laskuri.

tuikelaskurin huomattavin ominaisuus verrannollisella laskurilla on sen erittäin lyhytkestoiset pulssit ja korkeampi resoluutio.

Tuikelaskurin käyttö

• se on tehokkain γ-sädelaskennassa.
• suuren kokonsa ja erittäin läpinäkyvän fosforinsa ansiosta se näyttää erittäin tehokkaalta.
• koska pulssin korkeus on verrannollinen tapahtumasäteilyn energiaan, sitä käytetään ydinsäteilyn energiajakauman tutkimiseen.
• se kykenee nopeaan laskunopeuteen, koska kuollutaika ja ratkaisuaika ovat luokkaa 10-19 sek verrattuna 10-5 sek. GM-laskurissa.