zasada działania licznika scyntylacyjnego

co to jest scyntylacja

licznik scyntylacyjny jest urządzeniem służącym do wykrywania i pomiaru energii promieniowania.

licznik scyntylacyjny w najprostszej postaci został po raz pierwszy wprowadzony przez Rutherforda i jego współpracowników podczas badania luminancji wzbudzonej w ZnS przez cząstki alfa. Ekran pokryty siarczkiem cynku lub Platynocyjanikiem baru lub wolframianem wapnia pod wpływem cząstek alfa wytwarza scyntylacje, które zostały policzone za pomocą mikroskopu małej mocy.

tak opracowany instrument nazwano Spintheriscope. Proces liczenia scyntylacji jest żmudnym procesem. Oko ogranicza liczbę do około 100 na minutę.

wynalezienie fotopowielaczy i lepsze zrozumienie luminescencyjnych właściwości substancji organicznych i nieorganicznych usunęło tę wadę, a licznik scyntylacyjny jest obecnie szeroko stosowany w badaniu promieniowania jądrowego.

zasada licznika scyntylacyjnego

prosty licznik scyntylacyjny został po raz pierwszy wprowadzony przez karana i Barcę w 1994 roku. Wytwarzane impulsy są wykrywane w konwencjonalnych układach elektronicznych po odpowiednim wzmocnieniu. Impulsy wytwarzane przez cząstki alfa były wykrywane przez ZnS, fosfor z wydajnością 100%.

później Kallman (1947) rozszerzył swoje zastosowanie wykrywania promieni β i γ poprzez użycie przezroczystych kryształów antracenu i naftalenu jako nośników fluorescencyjnych. Hofstadter odkrył, że Nal ma lepszą wydajność i większą intensywność pracy zliczania promieni γ.

Budowa licznika scyntylacyjnego

kompletny licznik scyntylacyjny składa się z trzech podstawowych części:

1. materiał scyntylacyjny lub fosfor wytwarza mały błysk światła, gdy naładowana cząstka uderza w niego.
2. lampa fotopowielacza wykrywa błysk światła i wytwarza impuls elektryczny.
3. wzmacniacze i układy elektroniczne rejestrują i liczą impulsy elektryczne z lampy fotopowielacza.

pracę mikroskopu w prostym scyntylatorze zastępuje się rurką fotopowielacza. Lampa ta posiada wiele dynod kart elektronowych, do których stosuje się coraz większe potencjały, jak pokazano na rysunku.

fotoelektrony są przyspieszane w polu elektrostatycznym między katodą a pierwszą dynodą, która ma pozytywny potencjał w odniesieniu do katody. Przyspieszone elektrony przekazują elektronom w dynodzie wystarczającą ilość energii, aby niektóre z nich zostały wyrzucone.

dla każdego elektronu uderzającego w dynodę może być aż 10 elektronów wtórnych. Ten proces mnożenia trwa do ostatniej dynody dostaje lawinę elektronów, które są ostatecznie zebrane przez anodę.

prąd wyjściowy lub impuls na anodzie może być ponad milion razy większy niż prąd pierwotnie emitowany z katody.

praca licznika scyntylacyjnego

SCHEMAT BLOKOWY licznika scyntylacyjnego przedstawiono na rysunku. S jest źródłem, które emituje promieniowanie jonizujące w celu wytworzenia krótkotrwałych błysków światła w luminoforze umieszczonym przed fotokatodą lampy fotopowielacza.

proces mnożenia ma miejsce w celu wytworzenia lawiny elektronów, które są ostatecznie zbierane przez anodę. Na wyjściu wytwarzany jest duży impuls rzędu kilkudziesięciu miliwoltów.

przedwzmacniacz wzmacnia te sygnały, a następnie są one podawane do dyskryminatora, którego funkcją jest usuwanie impulsów o niskiej energii, a następnie są liczone w skalarze. Zasilanie na poszczególne stopnie jest dostarczane przez stabilizowany zasilacz.

wytwarzanie błysku scyntylacyjnego przez przychodzące cząstki jonizujące i późniejsze generowanie impulsu elektrycznego w fotopowielaczu są podzielone na pięć różnych zdarzeń.

1. padające promieniowanie jest najpierw absorbowane w materiale fosforowym, a jego atomy lub cząsteczki są wzbudzane.
2. wzbudzone atomy lub cząsteczki materiału fluorescencyjnego rozpadu fosforu i wytwarzają krótkotrwały błysk światła.
3. emitowane fotony są przekazywane do fotokatody fotopowielacza.
4. Fotoelektrony powstają w wyniku absorpcji fotonów świetlnych.
5. mnożenie elektronów odbywa się bardzo szybko, a wszystkie te operacje odbywają się w około 10-8 sekund.

impulsy elektryczne wytwarzane przez rurkę fotopowielacza są proporcjonalne do energii padających fotonów. W ten sposób licznik scyntylacyjny wykrywa promieniowanie, a także mierzy energię promieniowania.

typowe spektrum promieniowania γ uzyskane za pomocą źródła Cs137 przedstawiono na rysunku.

wiemy, że γ-fotony promieni oddziałują z materią głównie na trzy sposoby:

1. efekt fotoelektryczny.
3. produkcja pary (produkcja pary pozyton-elektron).

efekt fotoelektryczny i efekt Comptona są najważniejsze dla promieni γ o energii do 2 MeV. Jednak efekt fotoelektryczny jest faktycznie wykorzystywany, ponieważ gdy promieniowanie γ pada na materiał, emituje się fotoelektron.

energia fotoelektronu jest równa energii pochłoniętego promieniowania γ. W efekcie fotoelektrycznym promień γ traci całą swoją energię na rzecz elektronu. Dlatego promienie γ o tej samej energii wytwarzały fotoelektrony o tej samej energii w krysztale scyntylacyjnym. Impuls elektryczny wytwarzany w lampie fotopowielacza jest proporcjonalny do energii padających promieni γ.

licznik scyntylacyjny sprzężony z wielokanałowym analizatorem jest znany jako spektrometr promieniowania γ. Spektrometr ten jest kalibrowany za pomocą promieni γ o znanej energii. Szerokość pełnego piku energii w połowie wysokości nazywa się pełną szerokość W połowie maksimum (FWHM).

rozdzielczość energetyczna spektrometru jest zdefiniowana jako stosunek FWHM do energii promieniowania γ odpowiadającej pełnemu szczytowi energii.

że to, rozdzielczość energetyczna spektrometru = Δ e / EY

zazwyczaj, Δ e / EY =20% przy Ey = 100 k eV.

gdy Energie promieniowania γ są bardzo blisko siebie, licznik scyntylacyjny nie jest w stanie ich rozdzielić. w takich przypadkach stosuje się licznik półprzewodników.

rodzaje licznika scyntylacyjnego używane

1. jodek sodu.
2. Siarczek Cynku.
3. Csl.
4. antracen i Stilben.
5. Scyntylatory plastikowe i płynne.

jodek sodu (Tal aktywowany)

jest to najczęściej stosowany scyntylator w badaniu promieni γ. W porównaniu z licznikiem GM skuteczność wykrywania promieniowania γ jest bardzo duża. Ma jedną wadę, jest higroskopijny i dlatego musi być uszczelniony w aluminiowej puszce z odbijającymi lub rozpraszającymi ścianami.

siarczek cynku

jest szeroko stosowany do wykrywania tych cząstek, które mają krótkie zasięgi. Nie może być stosowany w grubych warstwach, ponieważ szybko staje się nieprzezroczysty dla własnego promieniowania.

Csl

nie jest higroskopijny i dlatego jest korzystny w stosunku do jodku sodu.

antracen i Stilben

są to Fosfory organiczne, które mają szybszy czas rozpadu niż Fosfory nieorganiczne. W przypadku ciężkich cząstek mają one bardzo słabą wydajność. Są one przydatne do wykrywania cząstek β. Antracen daje największą wydajność fotonów około 15 na każde 1000 eV.

Scyntylatory Z tworzyw sztucznych i cieczy

w tych scyntylatorach energia wzbudzenia jest przenoszona z rozpuszczalnika do substancji rozpuszczonej. Następnie ponownie emituje promieniowanie w zakresie długości fali, dla którego rozpuszczalnik jest przezroczysty. Są one używane w przeciw-teleskopach, które są powszechnie stosowane w fizyce wysokich energii.

gazy

do liczenia ciężkich naładowanych cząstek w obecności promieniowania γ stosuje się ksenon, który emituje promieniowanie w obszarze ultrafioletu.

wysoka skuteczność wykrywania, krótki czas rozdzielania, liniowość w odpowiedzi w szerokim zakresie energii padającego promieniowania to niektóre z zalet licznika scyntylacyjnego, które sprawiają, że ten instrument jest lepszy od konwencjonalnego GM. liczniki.

najbardziej wyróżniającą cechą licznika scyntylacyjnego nad licznikiem proporcjonalnym są jego niezwykle krótkie impulsy i wyższa rozdzielczość.

zastosowania licznika scyntylacyjnego

• jest najbardziej wydajny do liczenia promieniowania γ.
• dzięki dużym rozmiarom i wysoce przezroczystemu luminoforowi wykazuje bardzo wysoką wydajność.
• ponieważ wysokość impulsu jest proporcjonalna do energii padającego promieniowania, służy do badania rozkładu energii promieniowania jądrowego.
• jest w stanie szybko zliczać, ponieważ czas martwy i czas rozwiązywania są rzędu 10-19 sek. wobec 10-5 SEK. w liczniku GM.