principiul contorului de scintilație construcție și funcționare

ce este Scintilația

contorul de scintilație este un dispozitiv utilizat pentru detectarea și măsurarea energiei radiației.

contorul de scintilație în forma sa cea mai simplă a fost introdus pentru prima dată de Rutherford și colegul său de muncă în timp ce studia luminanța excitată în ZnS de particulele alfa. Un ecran acoperit cu sulfură de zinc sau Platinocianură de bariu sau tungstat de calciu atunci când este expus la particule alfa produce scintilații care au fost numărate de un microscop cu putere redusă.

instrumentul astfel conceput a fost numit Spintheriscope. Procesul de numărare a scintilațiilor este un proces obositor. Ochiul limitează numărul la aproximativ 100 pe minut.

invenția tuburilor fotomultiplicatoare și o mai bună înțelegere a proprietăților luminescente ale substanțelor organice și anorganice au eliminat acest dezavantaj, iar contorul de scintilație este acum utilizat pe scară largă în studierea radiațiilor nucleare.

principiul contorului de scintilație

un contor simplu de scintilație a fost introdus pentru prima dată de Karan și Barca în 1994. Impulsurile produse sunt detectate în circuitele electronice convenționale după o amplificare adecvată. Impulsurile produse de particulele alfa au fost detectate de ZNS, fosfor cu o eficiență de 100%.

mai târziu, Kallman (1947) și-a extins aplicarea detectarea razelor de la clasele a VIII-a prin utilizarea cristalelor transparente de antracen și naftalină ca medii fluorescente. Hofstadter a descoperit că Nal a avut o eficiență mai bună și o intensitate mai mare pentru munca de numărare a razei de la XV.

construcția contorului de scintilație

contorul complet de scintilație este format din trei părți de bază:

1. Materialul scintilant sau fosforul produce o lumină mică atunci când o particulă încărcată o lovește.
2. tubul fotomultiplicator detectează blițul luminos și produce un impuls electric.
3. amplificatoarele și circuitele electronice înregistrează și numără impulsurile electrice din tubul fotomultiplicator.

lucrarea microscopului într-un scintilator simplu este înlocuită cu un tub fotomultiplicator. Acest tub are mulți electroni card dynodes la care potențialele progresiv mai mari sunt aplicate așa cum se arată în figură.

fotoelectronii sunt accelerați în câmpul electrostatic dintre catod și primul dinod, care are un potențial pozitiv față de catod. Electronii accelerați conferă suficientă energie electronilor din dynod pentru a-i scoate pe unii dintre ei.

pot exista până la 10 electroni secundari pentru fiecare electron care lovește dynodul. Acest proces de multiplicare continuă până când ultimul dinod primește o avalanșă de electroni care sunt în cele din urmă colectați de anod.

curentul de ieșire sau pulsul la anod poate fi de peste un milion de ori mai mare decât curentul emis inițial de catod.

funcționarea contorului de scintilație

diagrama bloc a contorului de scintilație este prezentată în figură. S este o sursă care emite radiații ionizante pentru a produce flash-uri de lumină de scurtă durată în fosforul plasat în fața fotocatodului unui tub fotomultiplicator.

procesul de multiplicare are loc pentru a produce o avalanșă de electroni care sunt în cele din urmă colectați de anod. La ieșire se produce un impuls mare de câteva zeci de milivolți.

preamplificatorul amplifică aceste semnale și apoi sunt alimentate către discriminatorul a cărui funcție este de a elimina impulsurile de energie scăzută și apoi sunt numărate în scalar. Puterea la diferitele etape este furnizată de sursa de alimentare stabilizată.

producerea unui bliț de scintilație de către particulele ionizante primite și generarea ulterioară a unui impuls electric într-un fotomultiplicator sunt împărțite în cinci evenimente distincte.

1. radiația incidentă este mai întâi absorbită în materialul fosforului și atomii sau moleculele sale sunt excitate.
2. atomii excitați sau moleculele materialului fluorescent al fosforului se descompun și produc lumină flash de scurtă durată.
3. fotonii emiși sunt transmiși fotocatodului fotomultiplicatorului.
4. Fotoelectronii sunt produși datorită absorbției fotonilor de lumină.
5. multiplicarea electronilor are loc foarte repede și toate aceste operații au loc în aproximativ 10-8 secunde.

impulsurile electrice produse de tubul fotomultiplicator sunt proporționale cu energia fotonilor incidenți. Astfel, contorul de scintilație detectează radiațiile, precum și măsoară energia radiației.

un spectru tipic de raze XQ7 obținut cu sursa Cs137 este prezentat în figura.

știm că fotonii de raze de la XV interacționează cu materia în principal în trei moduri:

1. efect fotoelectric.
2. efect Compton.
3. producția de perechi ( producția de perechi de pozitroni-electroni).

efectul fotoelectric și efectul Compton sunt cele mai importante pentru razele de până la 2 MeV. Cu toate acestea, efectul fotoelectric este de fapt utilizat, deoarece atunci când se produce un incident de raze X pe un material, fotoelectronul este emis.

energia fotoelectronului este egală cu energia razei absorbite de la Ecuador. În efectul fotoelectric, raza de un sfert își pierde toată energia în fața electronului. Prin urmare, razele de o mie de raze de aceeași energie au produs fotoelectroni de aceeași energie într-un cristal scintilant. Impulsul electric produs într-un tub fotomultiplicator este proporțional cu energia razelor incidente de la XV.

un contor de scintilație cuplat cu un analizor cu mai multe canale este cunoscut sub numele de spectrometru cu raze X. Acest spectrometru este calibrat folosind raze X de energie cunoscută. Lățimea vârfului energetic complet la jumătate de înălțime se numește lățime completă la jumătate maximă (FWHM).

rezoluția de energie a spectrometrului este definită ca raportul dintre FWHM și energia razelor de la XV corespunzătoare vârfului energetic complet.

că, rezoluția energetică a spectrometrului = e / EY

de obicei, e / EY =20% la EY = 100 K eV.

atunci când energiile razelor de la XV sunt foarte apropiate unele de altele, contorul de scintilație nu este capabil să le separe. în în astfel de cazuri, se utilizează contorul semi-conductor.

tipuri de contor de scintilație utilizate

1. iodură de sodiu.
2. Sulfură De Zinc.
3. Csl.
4. antracen și Stilben.
5. Scintilatoare din Plastic și lichid.
6. gaze.

iodură de sodiu (taliu activat)

acesta este cel mai frecvent utilizat scintilator în studiul razelor de la centimetrii. Într-o comparație a contorului GM, eficiența detectării cu raze X este foarte mare. Are un dezavantaj, este este higroscopic și, prin urmare, trebuie sigilat într-o cutie de aluminiu cu pereți reflectorizanți sau difuzori.

sulfură de Zinc

este utilizat pe scară largă pentru detectarea acelor particule care au intervale scurte. Nu poate fi utilizat în straturi groase, deoarece devine rapid opac la propria radiație.

Csl

aceasta nu este higroscopică și, prin urmare, este preferată iodurii de sodiu.

antracen și Stilben

acestea sunt Fosfori organici care au un timp de descompunere mai rapid decât fosforii anorganici. Pentru particulele grele, acestea au o eficiență foarte slabă. Acestea sunt utile pentru detectarea particulei de la clasa a VIII-a. Antracenul oferă cel mai mare randament de fotoni aproximativ 15 pentru fiecare 1000 eV.

Scintilatoare din Plastic și lichid

în aceste scintilatoare, energia excitației este transferată de la solvent la solut. Aceasta re-emite apoi radiații într-un interval de lungime de undă pentru care solventul este transparent. Acestea sunt utilizate în Contra telescoape care sunt utilizate în general în fizica energiei înalte.

gaze

pentru numărarea particulelor grele încărcate în prezența radiației de la Centauri, se utilizează Xenon care emite radiații în regiunea ultravioletă.

eficiența ridicată a detectării, timpul scurt de rezolvare, liniaritatea ca răspuns într-o gamă largă de energie a radiației incidente sunt câteva dintre avantajele contorului de scintilație care fac acest instrument superior G. M. convențional. contoare.

cea mai remarcabilă caracteristică a contorului de scintilație peste contorul proporțional este impulsurile sale de durată extrem de scurtă și rezoluția mai mare.

aplicații ale contorului de scintilație

• este cel mai eficient pentru numărarea razei de la un număr de raze X.
• cu dimensiunile sale mari și fosforul foarte transparent, afișează o eficiență foarte ridicată.
• deoarece înălțimea pulsului este proporțională cu energia radiației incidente, este utilizată pentru investigarea distribuției energiei radiațiilor nucleare.
• este capabil de o rată de numărare rapidă, deoarece timpul mort și timpul de rezolvare sunt de ordinul 10-19 sec. față de 10-5 sec. în contorul G. M.