シンチレーションカウンタ原理構造と作業

シンチレーションとは

シンチレーションカウンタは、放射線のエネルギーを検出し、測定するために使用される装置です。

最も単純な形のシンチレーションカウンターは、アルファ粒子によってZnSで励起された輝度を研究している間に、Rutherfordと彼の同僚によって最初に導入され 硫化亜鉛またはプラチノシアニドバリウムまたはタングステン酸カルシウムで被覆されたスクリーンは、Α粒子に曝されたときにシンチレーションを生成し、これを低出力顕微鏡で計数した。

そのように考案された楽器はSpintheriscopeと呼ばれていました。 シンチレーションを数えるプロセスは面倒なプロセスです。 目は毎分約100にカウントを制限します。

光電子増倍管の発明と有機および無機物質の発光特性のより良い理解は、この欠点を除去し、シンチレーションカウンタは現在、核放射線の研究に広

シンチレーションカウンターの原理

シンプルなシンチレーションカウンターは、1994年にKaranとBarcaによって最初に導入されました。 生成されたパルスは、適切な増幅後に従来の電子回路で検出される。 アルファ粒子によって生成されたパルスは、ZnS、100％の効率で蛍光体によって検出された。

後のKallman(1947)は、アントラセンおよびナフタレン透明結晶を蛍光媒体として使用することにより、βおよびγ線検出の応用を拡張した。 Hofstadterは、nalがγ線計数作業のためのより良い効率とより大きな強度を有することを発見した。

シンチレーションカウンタの建設

完全なシンチレーションカウンタは三つの基本的な部分で構成されています:

1. シンチレーション材料や蛍光体は、荷電粒子がそれを打つときに小さな光のフラッシュを生成します。
2. 光電子増倍管は、光のフラッシュを検出し、電気パルスを生成します。
3. アンプと電子回路は、光電子増倍管からの電気パルスを記録し、カウントします。

単純なシンチレータの顕微鏡の仕事は、光電子増倍管に置き換えられます。 この管には多くの電子カードがあり、図に示すように徐々に高い電位が印加されます。

光電子は、陰極に対して正の電位にある陰極と第一ダイノードとの間の静電場で加速される。 加速された電子は、ダイノード内の電子に十分なエネルギーを与えて、それらのいくつかを放出する。

ダイノードに衝突する電子ごとに10個の二次電子が存在する可能性があります。 乗算のこのプロセスは、最後のダイノードが最終的に陽極によって収集される電子の雪崩を取得するまで続きます。

アノードの出力電流またはパルスは、カソードから最初に放出された電流の百万倍以上になる可能性があります。

シンチレーションカウンタの動作

シンチレーションカウンタのブロック図を図に示します。 Sは、光電子増倍管の光陰極の前に配置された蛍光体に短時間の光の点滅を生成するために電離放射線を放出する源である。

乗算のプロセスは、最終的に陽極によって収集された電子の雪崩を生成するために行われます。 出力には数十ミリボルトの大きなパルスが生成されます。

プリアンプはこれらの信号を増幅し、低エネルギーパルスを除去する機能を持つ弁別器に供給され、スカラーでカウントされます。 さまざまな段階への力は安定させた電源によって供給される。

入ってくる電離粒子によるシンチレーションフラッシュの生成とその後の光電子増倍管における電気パルスの生成は、五つの異なる事象に分けられる。

1. 入射した放射はまず蛍光体材料に吸収され、その原子または分子が励起されます。
2. 蛍光体の蛍光材料の励起された原子または分子は崩壊し、短い持続時間の光フラッシュを生成する。
3. 放出された光子は、光電子増倍管の光陰極に伝達される。
4. 光電子は光光子の吸収により生成される。
5. 電子乗算は非常に迅速に行われ、これらの操作はすべて約10-8秒で行われます。

光電子増倍管によって生成される電気パルスは、入射光子のエネルギーに比例します。 従ってシンチレーションのカウンターは放射を検出しましたり、また放射のエネルギーを測定します。

Cs137光源で得られた代表的なγ線スペクトルを図に示します。

私たちは、光線のπ光子が主に三つの方法で物質と相互作用することを知っています:

1. 光電効果。
2. コンプトン効果。
3. 対生成（陽電子-電子対の生成）。

光電効果とコンプトン効果は、2MeVまでのエネルギーを持つγ線にとって最も重要です。 しかし、γ線が物質に入射すると光電子が放出されるため、実際には光電効果が利用されています。

光電子のエネルギーは吸収されたγ線のエネルギーに等しい。 光電効果では、γ線はそのすべてのエネルギーを電子に失います。 したがって，同じエネルギーのγ線はシンチレーション結晶中に同じエネルギーの光電子を生成した。 光電子増倍管で生成される電気パルスは入射γ線のエネルギーに比例する。

マルチチャンネルアナライザと結合したシンチレーションカウンタはγ線分光計として知られています。 この分光計は、既知のエネルギーのγ線を用いて較正される。 半分の高さでの全エネルギーピークの幅は、半分の最大値での全幅（FWHM）と呼ばれます。

分光計のエネルギー分解能は、全エネルギーピークに対応するγ線のエネルギーに対するFWHMの比として定義されます。

つまり、分光計のエネルギー分解能=Δ E/Ey

典型的には、Δ E/ey=20%at ey=100k eVである。

γ線のエネルギーが互いに非常に近い場合、シンチレーションカウンターはそれらを分離することができません。 このような場合には、半導体カウンタが使用される。

使用されているシンチレーションカウンターの種類

1. ヨウ化ナトリウム。
2. 硫化亜鉛。
5. プラスチックおよび液体シンチレータ。

ヨウ化ナトリウム（活性化タリウム）

これは、γ線の研究で最も一般的に使用されるシンチレータです。 ＧＭカウンタの比較では，γ線検出の効率が非常に大きい。 それは一つの欠点を持って、それは吸湿性であり、したがって、反射または拡散壁を有するアルミニウム缶に密封されなければならない。

硫化亜鉛

それは短い範囲があるそれらの粒子の検出のために広く使用されます。 それはそれ自身の放射に急速に不透明になるので厚い層で使用することができません。

Csl

これは吸湿性ではないため、ヨウ化ナトリウムよりも好ましい。

アントラセンおよびスチルベン

これらは、無機蛍光体よりも速い減衰時間を有する有機蛍光体である。 重い粒子の場合、これらは非常に効率が悪い。 これらはβ粒子の検出に有用である。 アントラセンは15eVごとに約1000光子の最も高い収率を与える。

プラスチックおよび液体シンチレータ

これらのシンチレータでは、励起エネルギーが溶媒から溶質に伝達されます。 次いで、これは、溶媒が透明である波長範囲の放射線を再放出する。 これらは、一般的に高エネルギー物理学で使用されているカウンター望遠鏡で使用されています。

ガス

γ線の存在下で重い荷電粒子を計数するために、紫外線領域で放射線を放出するキセノンが使用される。

検出の高性能、短い解決時間、入射放射のエネルギーの広い範囲の応答の直線性はこの器械を慣習的なG.Mより優秀にさせるシンチレーションのカウンター カウンター。

プロポーショナルカウンタ上のシンチレーションカウンタの最も顕著な特徴は、その非常に短い持続時間パルスと高い分解能です。

シンチレーションカウンタの用途

• γ線カウントに最も効率的です。
• 大型で透明性の高い蛍光体で、非常に高い効率を表示します。
• パルスの高さは入射放射線のエネルギーに比例するため、核放射線のエネルギー分布の調査に使用されます。
• デッドタイムと解像時間はG.M.カウンタの10-5秒に対して10-19秒のオーダーであるため、高速なカウントレートが可能です。