Scintilacioni detektori su jedan od tipova mjerne opreme dizajnirane za detekciju elementarnih čestica. Njihova karakteristika je da se čitanje dešava korišćenjem sistema osetljivih na svetlost. Prvi put ovi instrumenti su korišćeni 1944. za merenje zračenja uranijuma. Postoji nekoliko tipova detektora u zavisnosti od vrste radnog sredstva.
Odredište
Scintilacijski detektori se široko koriste u sljedeće svrhe:
- registracija radijacijskog zagađenja životne sredine;
- analiza radioaktivnih materijala i druge fizičke i hemijske studije;
- koristite kao element za pokretanje složenijih detektorskih sistema;
- spektrometrijska studija supstanci;
- signalna komponenta u sistemima za zaštitu od zračenja (na primjer, dozimetrijska oprema dizajnirana da obavijesti o ulasku broda u zonu radioaktivne kontaminacije).
Š alteri mogu proizvesti i kvalitetnu registracijuzračenja i izmjeri njegovu energiju.
Aranžman detektora
Osnovna struktura detektora scintilacionog zračenja prikazana je na slici ispod.
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;
- elektronski sistem za snimanje električnih impulsa.
Vrste
Postoji sljedeća klasifikacija glavnih tipova scintilacijskih detektora prema vrsti tvari koja fluorescira kada je izložena zračenju:
- Neorganski alkalni halogeni mjerači. Koriste se za registraciju alfa, beta, gama i neutronskog zračenja. U industriji se proizvodi nekoliko vrsta monokristala: natrijum jodid, cezijum, kalijum i litijum, cink sulfid, volframati zemnoalkalnih metala. Aktiviraju se posebnim nečistoćama.
- Organski monokristali i prozirna rješenja. U prvu grupu spadaju: antracen, tolan, trans-stilben, naftalen i druga jedinjenja, u drugu grupu spadaju terfenil, mešavine antracena sa naftalenom, čvrste rastvore u plastičnim masama. Koriste se za mjerenje vremena i za detekciju brzih neutrona. Aktivirajući aditivi u organskim scintilatorima nisudoprinosi.
- Gas medij (He, Ar, Kr, Xe). Takvi detektori se uglavnom koriste za detekciju fisionih fragmenata teških jezgara. Talasna dužina zračenja je u ultraljubičastom spektru, pa su im potrebne odgovarajuće fotodiode.
Za scintilacione neutronske detektore kinetičke energije do 100 keV koriste se kristali cink sulfida aktivirani izotopom bora masenog broja 10 i 6Li. Prilikom registracije alfa čestica, cink sulfid se nanosi u tankom sloju na providnu podlogu.
Među organskim jedinjenjima, scintilacione plastike se najviše koriste. Oni su rastvori luminiscentnih supstanci u visokomolekularnoj plastici. Najčešće se scintilacijske plastike izrađuju na bazi polistirena. Tanke ploče se koriste za registraciju alfa i beta zračenja, a debele se koriste za gama i rendgenske zrake. Proizvode se u obliku prozirnih poliranih cilindara. U poređenju sa 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;
- lako za napraviti;
- visoka efikasnost registracije.
Photompliers
Glavna funkcionalna komponenta ove opreme je fotomultiplikator. To je sistem montiranih elektrodau staklenoj cevi. Za zaštitu od vanjskih magnetnih polja smješten je u metalno kućište od materijala visoke magnetne permeabilnosti. Ovo štiti elektromagnetne 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 supstancu scintilatora.
- Dolazi do jonizacije i ekscitacije kristala, rastvora ili molekula gasa.
- Molekuli emituju fotone i nakon milionitog dijela sekunde vraćaju se u ravnotežu.
- U fotomultiplikatoru, bljesak svjetlosti se "pojačava" i pogađa anodu.
- Anodno kolo pojačava i mjeri električnu struju.
Princip rada scintilacionog detektora zasniva se na fenomenu luminescencije. Glavna karakteristika ovih uređaja je efikasnost konverzije - odnos energije bljeska svjetlosti i energije koju izgubi čestica u aktivnoj tvari scintilatora.
Za i protiv
Prednosti detektora scintilacionog zračenja uključuju:
- visoka efikasnost detekcije, posebno za visokoenergetske kratkotalasne gama zrake;
- dobra vremenska rezolucija, odnosno mogućnost davanja odvojene slike dva objekta (dostiže 10-10 s);
- simultano mjerenje energije detektovanih čestica;
- mogućnost izrade pultova raznih oblika, jednostavnost tehničkog rješenja.
Nedostaci ovih brojača je niska osjetljivost na čestice niske energije. Kada se koriste kao deo spektrometara, obrada dobijenih podataka postaje mnogo komplikovanija, jer spektar ima složenu formu.
