Scintilačné detektory sú jedným z typov meracích zariadení určených na detekciu elementárnych častíc. Ich vlastnosťou je, že čítanie prebieha pomocou systémov citlivých na svetlo. Prvýkrát boli tieto prístroje použité v roku 1944 na meranie žiarenia uránu. Existuje niekoľko typov detektorov v závislosti od typu pracovného prostriedku.
Destination
Scintilačné detektory sa široko používajú na nasledujúce účely:
- registrácia radiačného znečistenia životného prostredia;
- analýza rádioaktívnych materiálov a iné fyzikálne a chemické štúdie;
- používať ako prvok na spustenie zložitejších detektorových systémov;
- spektrometrická štúdia látok;
- signalizačný komponent v systémoch radiačnej ochrany (napríklad dozimetrické zariadenie určené na oznamovanie vstupu lode do zóny rádioaktívnej kontaminácie).
Počítadlá môžu produkovať kvalitnú registráciužiarenia a zmerajte jeho energiu.
Usporiadanie detektorov
Základná štruktúra scintilačného detektora žiarenia je znázornená na obrázku nižšie.
Hlavné prvky vybavenia sú nasledovné:
- photomultiplier;
- scintilátor určený na premenu excitácie kryštálovej mriežky na viditeľné svetlo a jeho prenos do optického meniča;
- optický kontakt medzi prvými dvoma zariadeniami;
- stabilizátor napätia;
- elektronický systém na zaznamenávanie elektrických impulzov.
Typy
Nasledujúca klasifikácia hlavných typov scintilačných detektorov podľa typu látky, ktorá pri vystavení žiareniu fluoreskuje:
- Merač anorganických alkalických halogenidov. Používajú sa na registráciu alfa, beta, gama a neutrónového žiarenia. V priemysle sa vyrába niekoľko typov monokryštálov: jodid sodný, cézny, draselný a lítny, sulfid zinočnatý, wolframany kovov alkalických zemín. Sú aktivované špeciálnymi nečistotami.
- Organické monokryštály a transparentné roztoky. Do prvej skupiny patria: antracén, tolán, trans-stilbén, naftalén a iné zlúčeniny, do druhej skupiny terfenyl, zmesi antracénu s naftalénom, tuhé roztoky v plastoch. Používajú sa na meranie času a na detekciu rýchlych neutrónov. Aktivačné prísady v organických scintilátoroch nie súprispieť.
- Plynové médium (He, Ar, Kr, Xe). Takéto detektory sa používajú hlavne na detekciu štiepnych fragmentov ťažkých jadier. Vlnová dĺžka žiarenia je v ultrafialovom spektre, takže vyžadujú vhodné fotodiódy.
Pre scintilačné neutrónové detektory s kinetickou energiou do 100 keV sa používajú kryštály sulfidu zinočnatého aktivované izotopom bóru s hmotnostným číslom 10 a 6Li. Pri registrácii alfa častíc sa sulfid zinočnatý nanáša v tenkej vrstve na priehľadný substrát.
Z organických zlúčenín sú najpoužívanejšie scintilačné plasty. Sú to roztoky luminiscenčných látok vo vysokomolekulárnych plastoch. Najčastejšie sa scintilačné plasty vyrábajú na báze polystyrénu. Tenké platne sa používajú na registráciu žiarenia alfa a beta a hrubé platne sa používajú na gama a röntgenové lúče. Vyrábajú sa vo forme priehľadných leštených valcov. V porovnaní s inými typmi scintilátorov majú plastové scintilátory niekoľko výhod:
- krátky čas blesku;
- odolnosť voči mechanickému poškodeniu, vlhkosti;
- stálosť charakteristík pri vysokých dávkach žiarenia;
- nízke náklady;
- jednoduchá výroba;
- vysoká efektivita registrácie.
Fotonásobiče
Hlavným funkčným komponentom tohto zariadenia je fotonásobič. Ide o systém namontovaných elektródv sklenenej trubici. Na ochranu pred vonkajšími magnetickými poľami je umiestnený v kovovom obale z materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou. Toto chráni elektromagnetické rušenie.
Vo fotonásobiči sa svetelný záblesk premení na elektrický impulz a tiež sa zosilní elektrický prúd v dôsledku sekundárnej emisie elektrónov. Množstvo prúdu závisí od počtu dynód. K zaostreniu elektrónov dochádza v dôsledku elektrostatického poľa, ktoré závisí od tvaru elektród a potenciálu medzi nimi. Vyrazené nabité častice sa v medzielektródovom priestore urýchľujú a pri dopade na ďalšiu dynódu spôsobujú ďalšiu emisiu. V dôsledku toho sa počet elektrónov niekoľkonásobne zvyšuje.
Scintilačný detektor: ako to funguje
Počítadlá fungujú takto:
- Nabitá častica vstupuje do pracovnej látky scintilátora.
- Dochádza k ionizácii a excitácii molekúl kryštálov, roztoku alebo plynu.
- Molekuly emitujú fotóny a po milióntinach sekundy sa vrátia do rovnováhy.
- Vo fotonásobiči je záblesk svetla "zosilnený" a dopadá na anódu.
- Anódový obvod zosilňuje a meria elektrický prúd.
Princíp činnosti scintilačného detektora je založený na fenoméne luminiscencie. Hlavnou charakteristikou týchto zariadení je účinnosť premeny - pomer energie záblesku svetla k energii stratenej časticou v aktívnej látke scintilátora.
Pre a proti
Výhody scintilačných detektorov žiarenia zahŕňajú:
- vysoká účinnosť detekcie, najmä pre vysoko energetické krátkovlnné gama lúče;
- dobré časové rozlíšenie, to znamená schopnosť poskytnúť oddelený obraz dvoch objektov (dosahuje 10-10 s);
- simultánne meranie energie detekovaných častíc;
- možnosť výroby pultov rôznych tvarov, jednoduchosť technického riešenia.
Nevýhodou týchto čítačov je nízka citlivosť na častice s nízkou energiou. Keď sa použijú ako súčasť spektrometrov, spracovanie získaných údajov sa stáva oveľa komplikovanejším, keďže spektrum má zložitú formu.
