Scintillationsdetektorer er en af de typer måleudstyr, der er designet til at detektere elementære partikler. Deres egenskab er, at læsning sker ved brug af lysfølsomme systemer. For første gang blev disse instrumenter brugt i 1944 til at måle strålingen fra uran. Der er flere typer detektorer afhængigt af typen af virkemiddel.
Destination
Scintillationsdetektorer bruges i vid udstrækning til følgende formål:
- registrering af strålingsforurening af miljøet;
- analyse af radioaktive materialer og andre fysiske og kemiske undersøgelser;
- brug som et element til at starte mere komplekse detektorsystemer;
- spektrometrisk undersøgelse af stoffer;
- signalkomponent i strålebeskyttelsessystemer (f.eks. dosimetrisk udstyr designet til at underrette om et skibs indsejling i en zone med radioaktiv forurening).
Tællere kan producere både kvalitetsregistreringstråling og mål dens energi.
Detektorarrangement
Den grundlæggende struktur af en scintillationsstrålingsdetektor er vist i nedenstående figur.
De vigtigste elementer i udstyret er som følger:
- fotomultiplikator;
- scintillator designet til at konvertere excitationen af krystalgitteret til synligt lys og transmittere det til den optiske konverter;
- optisk kontakt mellem de første to enheder;
- spændingsstabilisator;
- elektronisk system til registrering af elektriske impulser.
Typer
Der er følgende klassificering af hovedtyperne af scintillationsdetektorer i henhold til typen af stof, der fluorescerer, når det udsættes for stråling:
- Uorganiske alkalihalogenidmålere. De bruges til at registrere alfa-, beta-, gamma- og neutronstråling. Flere typer enkeltkrystaller fremstilles i industrien: natriumiodid, cæsium, kalium og lithium, zinksulfid, jordalkalimetalwolframater. De aktiveres med specielle urenheder.
- Økologiske enkeltkrystaller og gennemsigtige løsninger. Den første gruppe omfatter: anthracen, tolan, transstilben, naphthalen og andre forbindelser, den anden gruppe omfatter terphenyl, blandinger af anthracen med naphthalen, faste opløsninger i plast. De bruges til tidsmålinger og til at detektere hurtige neutroner. Aktiverende tilsætningsstoffer i organiske scintillatorer er det ikkebidrage.
- Gasmedium (He, Ar, Kr, Xe). Sådanne detektorer bruges hovedsageligt til at detektere fissionsfragmenter af tunge kerner. Bølgelængden af strålingen er i det ultraviolette spektrum, så de kræver passende fotodioder.
Til scintillationsneutrondetektorer med en kinetisk energi på op til 100 keV anvendes zinksulfidkrystaller aktiveret med en bor-isotop med et massetal på 10 og 6Li. Ved registrering af alfapartikler påføres zinksulfid i et tyndt lag på et gennemsigtigt underlag.
Blandt organiske forbindelser er scintillationsplastik den mest udbredte. Det er opløsninger af selvlysende stoffer i højmolekylær plast. Oftest fremstilles scintillationsplast på basis af polystyren. Tynde plader bruges til at registrere alfa- og betastråling, og tykke plader bruges til gamma- og røntgenstråler. De fremstilles i form af gennemsigtige polerede cylindre. Sammenlignet med andre typer scintillatorer har plastscintillatorer flere fordele:
- kort flashtid;
- modstand mod mekanisk skade, fugt;
- konstans af karakteristika ved høje doser af strålingseksponering;
- lavpris;
- let at lave;
- høj registreringseffektivitet.
Fotomultipliers
Den vigtigste funktionelle komponent i dette udstyr er en fotomultiplikator. Det er et system af elektroder montereti et glasrør. For at beskytte mod eksterne magnetiske felter er den placeret i et metalhus lavet af et materiale med høj magnetisk permeabilitet. Dette afskærmer elektromagnetisk interferens.
I fotomultiplikatoren omdannes lysglimt til en elektrisk impuls, og den elektriske strøm forstærkes også som følge af den sekundære emission af elektroner. Mængden af strøm afhænger af antallet af dynoder. Fokuseringen af elektroner sker på grund af det elektrostatiske felt, som afhænger af elektrodernes form og potentialet mellem dem. De udslåede ladede partikler accelereres i interelektroderummet og forårsager en anden emission, når de falder på den næste dynode. På grund af dette stiger antallet af elektroner flere gange.
Scintillationsdetektor: sådan virker det
Tællere fungerer sådan her:
- Ladet partikel kommer ind i scintillatorens arbejdsstof.
- Ionisering og excitation af krystal-, opløsnings- eller gasmolekyler forekommer.
- Molekyler udsender fotoner, og efter milliontedele af et sekund vender de tilbage til ligevægt.
- I fotomultiplikatoren "forstærkes" lysglimt og rammer anoden.
- Anodekredsløbet forstærker og måler den elektriske strøm.
Scintillationsdetektorens funktionsprincip er baseret på fænomenet luminescens. Hovedkarakteristikken ved disse enheder er konverteringseffektiviteten - forholdet mellem energien af et lysglimt og energien tabt af en partikel i det aktive stof i scintillatoren.
Fordele og ulemper
Fordelene ved scintillationsstrålingsdetektorer omfatter:
- høj detektionseffektivitet, især til højenergi kortbølgede gammastråler;
- god tidsmæssig opløsning, det vil sige evnen til at give et separat billede af to objekter (det når 10-10 s);
- samtidig måling af energien af detekterede partikler;
- mulighed for at fremstille tællere i forskellige former, enkel teknisk løsning.
Ulemperne ved disse tællere er den lave følsomhed over for partikler med lav energi. Når de bruges som en del af spektrometre, bliver behandlingen af de opnåede data meget mere kompliceret, da spektret har en kompleks form.
