Scintilacijski detektori su jedna od vrsta mjerne opreme dizajnirane za detekciju elementarnih čestica. Njihova je značajka da se čitanje događa korištenjem sustava osjetljivih na svjetlost. Prvi put ovi instrumenti korišteni su 1944. za mjerenje zračenja urana. Postoji nekoliko vrsta detektora ovisno o vrsti radnog sredstva.
Odredište
Scintilacijski detektori naširoko se koriste u sljedeće svrhe:
- registracija radijacijskog onečišćenja okoliša;
- analiza radioaktivnih materijala i druge fizikalne i kemijske studije;
- koristite kao element za pokretanje složenijih detektorskih sustava;
- spektrometrijsko istraživanje tvari;
- signalna komponenta u sustavima za zaštitu od zračenja (na primjer, dozimetrijska oprema dizajnirana da obavijesti o ulasku broda u zonu radioaktivne kontaminacije).
Brojači mogu proizvesti i kvalitetnu registracijuzračenja i izmjeri njegovu energiju.
Aranžman detektora
Osnovna struktura detektora scintilacijskog zračenja prikazana je na donjoj slici.
Glavni elementi opreme su sljedeći:
- photomultiplier;
- scintilator dizajniran za pretvaranje pobude kristalne rešetke u vidljivu svjetlost i prijenos na optički pretvarač;
- optički kontakt između prva dva uređaja;
- stabilizator napona;
- elektronički sustav za snimanje električnih impulsa.
Vrste
Postoji sljedeća klasifikacija glavnih tipova scintilacijskih detektora prema vrsti tvari koja fluorescira kada je izložena zračenju:
- Anorganski alkalno-halogeni mjerači. Koriste se za registraciju alfa, beta, gama i neutronskog zračenja. U industriji se proizvodi nekoliko vrsta monokristala: natrijev jodid, cezij, kalij i litij, cink sulfid, volframati zemnoalkalijskih metala. Aktiviraju se posebnim nečistoćama.
- Organski monokristali i prozirne otopine. U prvu skupinu spadaju: antracen, tolan, trans-stilben, naftalen i drugi spojevi, u drugu skupinu spadaju terfenil, smjese antracena s naftalenom, čvrste otopine u plastičnim masama. Koriste se za mjerenje vremena i za detekciju brzih neutrona. Aktivirajući aditivi u organskim scintilatorima nisudoprinijeti.
- Plin medij (He, Ar, Kr, Xe). Takvi se detektori uglavnom koriste za otkrivanje fisijskih fragmenata teških jezgri. Valna duljina zračenja je u ultraljubičastom spektru, tako da zahtijevaju odgovarajuće fotodiode.
Za scintilacijske neutronske detektore kinetičke energije do 100 keV koriste se kristali cink sulfida aktivirani izotopom bora s masenim brojem 10 i 6Li. Prilikom registracije alfa čestica, cink sulfid se nanosi u tankom sloju na prozirnu podlogu.
Među organskim spojevima, scintilacijske plastike se najviše koriste. Oni su otopine luminiscentnih tvari u visokomolekularnoj plastici. Najčešće se scintilacijske plastike izrađuju na bazi polistirena. Tanke ploče služe za registraciju alfa i beta zračenja, a debele ploče se koriste za gama i rendgenske zrake. Proizvode se u obliku prozirnih poliranih cilindara. U usporedbi s drugim vrstama scintilatora, plastični scintilatori imaju nekoliko prednosti:
- kratko vrijeme bljeska;
- otpornost na mehanička oštećenja, vlagu;
- stalnost karakteristika pri visokim dozama izloženosti zračenju;
- niska cijena;
- jednostavno za napraviti;
- visoka učinkovitost registracije.
Photompliers
Glavna funkcionalna komponenta ove opreme je fotomultiplikator. To je sustav montiranih elektrodau staklenoj cijevi. Za zaštitu od vanjskih magnetskih polja postavljen je u metalno kućište izrađeno od materijala visoke magnetske propusnosti. Ovo štiti elektromagnetske smetnje.
U fotomultiplikatoru svjetlosni bljesak se pretvara u električni impuls, a električna struja se također pojačava kao rezultat sekundarne emisije elektrona. Količina struje ovisi o broju dinoda. Fokusiranje elektrona nastaje zbog elektrostatičkog polja, koje ovisi o obliku elektroda i potencijalu između njih. Izbijene nabijene čestice se ubrzavaju u međuelektrodnom prostoru i, padajući na sljedeću dinodu, uzrokuju još jednu emisiju. Zbog toga se broj elektrona povećava nekoliko puta.
Scintilacijski detektor: kako radi
Š alteri rade ovako:
- Nabijena čestica ulazi u radnu tvar scintilatora.
- Dolazi do ionizacije i ekscitacije kristala, otopine ili molekula plina.
- Molekule emitiraju fotone i nakon milijuntih dijelova sekunde vraćaju se u ravnotežu.
- U fotomultiplikatoru, bljesak svjetlosti se "pojačava" i pogađa anodu.
- Anodni krug pojačava i mjeri električnu struju.
Princip rada scintilacijskog detektora temelji se na fenomenu luminescencije. Glavna karakteristika ovih uređaja je učinkovitost pretvorbe - omjer energije bljeska svjetlosti i energije koju izgubi čestica u aktivnoj tvari scintilatora.
Za i protiv
Prednosti detektora scintilacijskog zračenja uključuju:
- visoka učinkovitost detekcije, posebno za visokoenergetske kratkovalne gama zrake;
- dobra vremenska razlučivost, odnosno mogućnost davanja zasebne slike dvaju objekata (dostiže 10-10 s);
- istovremeno mjerenje energije detektiranih čestica;
- mogućnost izrade pultova raznih oblika, jednostavnost tehničkog rješenja.
Nedostaci ovih brojača su niska osjetljivost na čestice niske energije. Kada se koriste kao dio spektrometara, obrada dobivenih podataka postaje znatno složenija, budući da spektar ima složen oblik.
