Сцинтилационните детектори са един от видовете измервателни уреди, предназначени за откриване на елементарни частици. Тяхната особеност е, че четенето става чрез използването на светлочувствителни системи. За първи път тези инструменти са използвани през 1944 г. за измерване на радиацията на урана. Има няколко вида детектори в зависимост от вида на работния агент.
Дестинация
Сцинтилационните детектори се използват широко за следните цели:
- регистрация на радиационно замърсяване на околната среда;
- анализ на радиоактивни материали и други физични и химични изследвания;
- използвайте като елемент за стартиране на по-сложни детекторни системи;
- спектрометрично изследване на вещества;
- сигнален компонент в системите за радиационна защита (например дозиметрично оборудване, предназначено да уведомява за навлизане на кораб в зона на радиоактивно замърсяване).
Броята могат да произвеждат и двете качествени регистрациирадиация и измерете нейната енергия.
Подреждане на детекторите
Основната структура на детектора за сцинтилационна радиация е показана на фигурата по-долу.
Основните елементи на оборудването са както следва:
- фотоумножител;
- сцинтилатор, предназначен да преобразува възбуждането на кристалната решетка във видима светлина и да я предаде към оптичния преобразувател;
- оптичен контакт между първите две устройства;
- стабилизатор на напрежението;
- електронна система за записване на електрически импулси.
Видове
Има следната класификация на основните типове сцинтилационни детектори според вида на веществото, което флуоресцира при излагане на радиация:
- Неорганични алкалнохалогенидни измервателни уреди. Използват се за регистриране на алфа, бета, гама и неутронно излъчване. В промишлеността се произвеждат няколко вида монокристали: натриев йодид, цезий, калий и литий, цинков сулфид, волфрамати на алкалоземни метали. Те се активират със специални примеси.
- Органични монокристали и прозрачни разтвори. Първата група включва: антрацен, толан, транс-стилбен, нафталин и други съединения, втората група включва терфенил, смеси на антрацен с нафталин, твърди разтвори в пластмаси. Използват се за измерване на времето и за откриване на бързи неутрони. Активиращите добавки в органичните сцинтилатори не садопринесете.
- Газова среда (He, Ar, Kr, Xe). Такива детектори се използват главно за откриване на фрагменти на делене на тежки ядра. Дължината на вълната на радиацията е в ултравиолетовия спектър, така че те изискват подходящи фотодиоди.
За сцинтилационни неутронни детектори с кинетична енергия до 100 keV се използват кристали от цинков сулфид, активирани с борен изотоп с масово число 10 и 6Li. При регистриране на алфа частици цинковият сулфид се нанася на тънък слой върху прозрачен субстрат.
Сред органичните съединения, сцинтилационните пластмаси са най-широко използвани. Те са разтвори на луминисцентни вещества във високомолекулни пластмаси. Най-често сцинтилационните пластмаси се правят на базата на полистирол. За регистриране на алфа и бета лъчение се използват тънки плочи, а за гама и рентгенови лъчи. Произвеждат се под формата на прозрачни полирани цилиндри. В сравнение с други видове сцинтилатори, пластмасовите сцинтилатори имат няколко предимства:
- кратко време на мигане;
- устойчивост на механични повреди, влага;
- постоянство на характеристиките при високи дози радиационно облъчване;
- ниска цена;
- лесно се прави;
- висока ефективност на регистрация.
Фотоумножители
Основният функционален компонент на това оборудване е фотоумножител. Това е система от монтирани електродив стъклена тръба. За защита от външни магнитни полета той е поставен в метален корпус, изработен от материал с висока магнитна пропускливост. Това предпазва електромагнитните смущения.
Във фотоумножителя светкавицата се преобразува в електрически импулс, а електрическият ток също се усилва в резултат на вторичната емисия на електрони. Количеството на тока зависи от броя на динодите. Фокусирането на електроните се дължи на електростатичното поле, което зависи от формата на електродите и потенциала между тях. Избитите заредени частици се ускоряват в междуелектродното пространство и, попадайки върху следващия динод, предизвикват ново излъчване. Поради това броят на електроните се увеличава няколко пъти.
Сцинтилационен детектор: как работи
Броята работят така:
- Заредена частица навлиза в работната субстанция на сцинтилатора.
- Настъпва йонизация и възбуждане на кристали, разтвори или газови молекули.
- Молекулите излъчват фотони и след милионни части от секундата се връщат в равновесие.
- В фотоумножителя светкавицата се "усилва" и удря анода.
- Анодната верига усилва и измерва електрическия ток.
Принципът на действие на сцинтилационния детектор се основава на явлението луминесценция. Основната характеристика на тези устройства е ефективността на преобразуване - съотношението на енергията на светкавицата към енергията, загубена от частица в активното вещество на сцинтилатора.
Плюсове и минуси
Предимствата на детекторите за сцинтилационна радиация включват:
- висока ефективност на откриване, особено за високоенергийни късовълнови гама-лъчи;
- добра времева разделителна способност, тоест възможността да се даде отделно изображение на два обекта (достига 10-10 s);
- едновременно измерване на енергията на откритите частици;
- възможност за производство на броячи с различни форми, простота на техническото решение.
Недостатъкът на тези броячи е ниската чувствителност към частици с ниска енергия. Когато се използват като част от спектрометрите, обработката на получените данни става много по-сложна, тъй като спектърът има сложна форма.
