Scintillationsräknare princip konstruktion och arbete

Vad är Scintillation

scintillationsräknaren är en anordning som används för att detektera och mäta strålningsenergin.

Scintillationsräknaren i sin enklaste form introducerades först av Rutherford och hans medarbetare medan han studerade luminansen upphetsad i ZnS av alfapartiklar. En skärm belagd med zinksulfid eller bariumplatinocyanid eller kalciumvolframat när den utsätts för alfapartiklar producerar scintillationer som räknades med ett mikroskop med låg effekt.

instrumentet så utformat kallades Spintheriscope. Processen att räkna scintillationer är en tråkig process. Ögat begränsar räkningen till cirka 100 per minut.

uppfinningen av fotomultiplikatorrören och en bättre förståelse för de luminescerande egenskaperna hos organiska och oorganiska ämnen har tagit bort denna nackdel och scintillationsräknaren används nu allmänt för att studera kärnstrålning.

princip för Scintillationsräknare

en enkel scintillationsräknare introducerades först av Karan och Barca 1994. De producerade pulserna detekteras i konventionella elektroniska kretsar efter lämplig förstärkning. Pulser framställda av alfapartiklar detekterades av ZnS, fosfor med en effektivitet av 100%.

senare Kallman (1947) utvidgade sin tillämpning av röntgendetektering i enlighet med användning av antracen och naftalen transparenta kristaller som fluorescerande media. Hofstadter upptäckte att Nal hade bättre effektivitet och större intensitet för arbetet med att räkna ut strålar i enlighet med reglerna för att räkna.

konstruktion av Scintillationsräknare

den kompletta scintillationsräknaren består av tre grundläggande delar:

1. det scintillerande materialet eller fosforen producerar en liten ljusblixt när en laddad partikel träffar den.
2. fotomultiplikatorröret detekterar ljusblixten och producerar en elektrisk puls.
3. förstärkare och elektroniska kretsar registrerar och räknar de elektriska pulserna från fotomultiplikatorröret.

mikroskopets arbete i en enkel scintillator ersätts av ett fotomultiplikatorrör. Detta rör har många elektroner kort dynoder till vilka progressivt högre potentialer appliceras såsom visas i figuren.

fotoelektronerna accelereras i det elektrostatiska fältet mellan katoden och den första dynoden, som har en positiv potential med avseende på katoden. De accelererade elektronerna ger tillräckligt med energi till elektroner i dynoden för att mata ut några av dem.

det kan finnas så många som 10 sekundära elektroner för varje elektron som träffar dynoden. Denna multiplikationsprocess fortsätter tills den sista dynoden får en lavin av elektroner som slutligen samlas in av anoden.

utgångsströmmen eller pulsen vid anoden kan vara mer än en miljon gånger större än den ström som ursprungligen emitterades från katoden.

bearbetning av Scintillationsräknare

blockschemat för scintillationsräknaren visas i figuren. S är en källa som avger joniserande strålning för att producera kortvariga ljusblixtar i fosforen placerad framför fotokatoden hos ett fotomultiplikatorrör.

multiplikationsprocessen sker för att producera en lavin av elektroner som slutligen samlas in av anoden. En stor puls på flera tiotals millivolt produceras vid utgången.

förförstärkare förstärker dessa signaler och sedan matas de till diskriminatorn vars funktion är att ta bort låga energipulser och sedan räknas de i skalären. Ström till de olika stegen levereras av den stabiliserade strömförsörjningen.

framställning av en scintillationsblixt av de inkommande joniserande partiklarna och efterföljande generering av en elektrisk puls i en fotomultiplikator är indelade i fem distinkta händelser.

1. den infallande strålningen absorberas först i fosformaterialet och dess atomer eller molekyler är upphetsade.
2. de upphetsade atomerna eller molekylerna i det fluorescerande materialet i fosforförfallet och producerar ljusblixt av kort varaktighet.
3. de emitterade fotonerna överförs till fotokatoden hos fotomultiplikatorn.
4. Fotoelektroner produceras på grund av absorption av ljusfotoner.
5. Elektronmultiplikation sker mycket snabbt och alla dessa operationer sker med på cirka 10-8 sekunder.

de elektriska pulserna som produceras av fotomultiplikatorröret är proportionella mot energin hos infallande fotoner. Således detekterar scintillationsräknaren strålning samt mäter strålningsenergin.

ett typiskt strålspektrum erhållet med cs137-källa visas i figur.

vi vet att Brasiliens fotoner av strålar interagerar med materia huvudsakligen på tre sätt:

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

fotoelektrisk effekt och Compton-effekt är viktigast för strålar med energi på upp till 2 MeV. Emellertid används den fotoelektriska effekten faktiskt, eftersom när en bildstråle inträffar på ett material avges fotoelektron.

fotoelektronens energi är lika med energin hos den absorberade ozi-strålen. I den fotoelektriska effekten förlorar sekundärstrålen all sin energi till elektronen. Därför producerade sekundärstrålar av samma energi fotoelektroner av samma energi i en scintillerande kristall. Den elektriska pulsen som produceras i ett fotomultiplikatorrör är proportionell mot energin hos infallande strålar från bukspottkörteln.

en scintillationsräknare i kombination med en flerkanalsanalysator är känd som strålspektrometer i form av en scintillation. Denna spektrometer kalibreras med hjälp av strålar av känd energi från känd energi. Bredden på den fulla energitoppen vid halv höjd kallas full bredd vid halv maximal (FWHM).

spektrometerens energiupplösning definieras som förhållandet mellan FWHM och energin hos de strålar som motsvarar den fulla energitoppen.

att det, energiupplösning av spektrometer = Ät e / Ey

typiskt, e / Ey =20% vid Ey = 100 k eV.

när energierna för strålar från energier i form av strålar från energier i form av strålar från energier är mycket nära varandra, kan scintillationsräknaren inte skilja dem åt. i i sådana fall används halvledarräknare.

typer av Scintillationsräknare som används

1. natriumjodid.
2. Zinksulfid.
3. Csl.
4. antracen och Stilben.
5. plast och flytande scintillatorer.
6. gaser.

natriumjodid (tallium aktiverad)

Detta är den vanligaste scintillatorn i studien av strålar från bukspottkörteln. I en jämförelse av GM-räknaren är effektiviteten för detektering av röntgenstrålar mycket stor. Den har en nackdel, den är hygroskopisk och måste därför förseglas i en aluminiumburk med reflekterande eller diffusiva väggar.

zinksulfid

det används i stor utsträckning för detektering av de partiklar som har korta intervall. Det kan inte användas i tjocka lager eftersom det snabbt blir ogenomskinligt för sin egen strålning.

Csl

Detta är inte hygroskopiskt och föredras därför framför natriumjodid.

antracen och Stilben

dessa är organiska fosfor som har en snabbare sönderfallstid än de oorganiska fosforerna. För tunga partiklar har dessa mycket dålig effektivitet. Dessa är användbara för detektion av en partikel av en s. k. Antracen ger högsta utbyte av fotoner om 15 för varje 1000 eV.

plast-och flytande scintillatorer

i dessa scintillatorer överförs exciteringsenergin från lösningsmedlet till lösningsmedlet. Detta avger sedan strålning i ett våglängdsområde för vilket lösningsmedlet är transparent. Dessa används i motteleskop som vanligtvis används i högenergifysik.

gaser

för att räkna tungladdade partiklar i närvaro av exponering för strålning används xenon, som avger strålning i det ultravioletta området.

den höga effektiviteten för detektering, kort upplösningstid, linjäritet som svar i ett brett spektrum av energi av infallande strålning är några av fördelarna med scintillationsräknaren som gör detta instrument överlägset den konventionella G. M. motverka.

den mest enastående egenskapen hos scintillationsräknaren över proportionell räknare är dess extremt korta varaktighet pulser och högre upplösning.

tillämpningar av Scintillationsräknare

• det är mest effektivt för att räkna med en mängd olika typer av rök.
• med sin stora storlek och mycket transparent fosfor visar den mycket hög effektivitet.
• eftersom pulshöjden är proportionell mot den infallande strålningens energi används den för att undersöka energifördelningen av kärnstrålning.
• den kan snabbt räkna eftersom dödtiden och upplösningstiden är i storleksordningen 10-19 sek. mot 10-5 SEK. i Gmräknaren.