Szintillationsdetektoren sind eine der Arten von Messgeräten, die zum Nachweis von Elementarteilchen entwickelt wurden. Ihr Merkmal ist, dass das Lesen durch die Verwendung von lichtempfindlichen Systemen erfolgt. Erstmals wurden diese Instrumente 1944 zur Messung der Uranstrahlung eingesetzt. Je nach Art des Arbeitsmittels gibt es verschiedene Arten von Detektoren.
Ziel
Szintillationsdetektoren werden häufig für folgende Zwecke verwendet:
- Registrierung der Strahlenbelastung der Umwelt;
- Analyse radioaktiver Stoffe und andere physikalische und chemische Studien;
- als Element verwenden, um komplexere Detektorsysteme zu starten;
- spektrometrische Untersuchung von Substanzen;
- Signalkomponente in Strahlenschutzsystemen (z. B. dosimetrische Ausrüstung, die dazu bestimmt ist, das Einlaufen eines Schiffes in eine Zone mit radioaktiver Kontamination zu melden).
Zähler können beide Qualitätsregistrierungen erzeugenStrahlung und messe ihre Energie.
Detektoranordnung
Der prinzipielle Aufbau eines Szintillationsstrahlungsdetektors ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die Hauptelemente der Ausrüstung sind wie folgt:
- Photomultiplier;
- Szintillator, der die Anregung des Kristallgitters in sichtbares Licht umwandeln und an den optischen Konverter weiterleiten soll;
- optischer Kontakt zwischen den ersten beiden Geräten;
- Spannungsstabilisator;
- elektronisches System zur Aufzeichnung elektrischer Impulse.
Typen
Es gibt folgende Einteilung der Haupttypen von Szintillationsdetektoren nach der Art der Substanz, die bei Bestrahlung fluoresziert:
- Messgeräte für anorganische Alkalihalogenide. Sie dienen zur Registrierung von Alpha-, Beta-, Gamma- und Neutronenstrahlung. In der Industrie werden verschiedene Arten von Einkristallen hergestellt: Natriumiodid, Cäsium, Kalium und Lithium, Zinksulfid, Erdalkalimetallwolframate. Sie werden mit speziellen Verunreinigungen aktiviert.
- Organische Einkristalle und transparente Lösungen. Die erste Gruppe umfasst: Anthracen, Tolan, trans-Stilben, Naphthalin und andere Verbindungen, die zweite Gruppe umfasst Terphenyl, Mischungen von Anthracen mit Naphthalin, feste Lösungen in Kunststoffen. Sie werden für Zeitmessungen und zum Nachweis schneller Neutronen verwendet. Aktivierende Zusätze in organischen Szintillatoren sind es nichtbeitragen.
- Gasmedium (He, Ar, Kr, Xe). Solche Detektoren werden hauptsächlich zum Nachweis von Sp altfragmenten schwerer Kerne verwendet. Die Wellenlänge der Strahlung liegt im ultravioletten Spektrum, daher benötigen sie entsprechende Photodioden.
Für Szintillations-Neutronendetektoren mit einer kinetischen Energie bis 100 keV werden mit einem Borisotop aktivierte Zinksulfidkristalle der Massenzahl 10 und 6Li verwendet. Bei der Registrierung von Alpha-Partikeln wird Zinksulfid in einer dünnen Schicht auf eine transparente Unterlage aufgetragen.
Unter den organischen Verbindungen sind Szintillationskunststoffe am weitesten verbreitet. Sie sind Lösungen von Leuchtstoffen in hochmolekularen Kunststoffen. Am häufigsten werden Szintillationskunststoffe auf der Basis von Polystyrol hergestellt. Dünne Platten werden verwendet, um Alpha- und Betastrahlung zu registrieren, und dicke Platten werden für Gamma- und Röntgenstrahlung verwendet. Sie werden in Form von transparenten polierten Zylindern hergestellt. Im Vergleich zu anderen Arten von Szintillatoren haben Plastikszintillatoren mehrere Vorteile:
- kurze Flashzeit;
- Beständigkeit gegen mechanische Beschädigung, Feuchtigkeit;
- Konstanz der Eigenschaften bei hohen Strahlendosen;
- niedrige Kosten;
- einfach zu machen;
- hohe Registrierungseffizienz.
Photomultiplier
Die Hauptfunktionskomponente dieses Geräts ist ein Photomultiplier. Es ist ein System von Elektroden montiertin einer Glasröhre. Zum Schutz vor äußeren Magnetfeldern befindet es sich in einem Metallgehäuse aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität. Dadurch werden elektromagnetische Störungen abgeschirmt.
Im Photomultiplier wird der Lichtblitz in einen elektrischen Impuls umgewandelt und durch die Sekundäremission von Elektronen wird der elektrische Strom zusätzlich verstärkt. Die Stromstärke hängt von der Anzahl der Dynoden ab. Die Fokussierung von Elektronen erfolgt aufgrund des elektrostatischen Feldes, das von der Form der Elektroden und dem Potential zwischen ihnen abhängt. Die herausgeschlagenen geladenen Teilchen werden im Zwischenelektrodenraum beschleunigt und verursachen beim Auftreffen auf die nächste Dynode eine weitere Emission. Dadurch erhöht sich die Anzahl der Elektronen um ein Vielfaches.
Szintillationsdetektor: Funktionsweise
Zähler funktionieren so:
- Geladenes Teilchen tritt in die Arbeitssubstanz des Szintillators ein.
- Ionisierung und Anregung von Kristall-, Lösungs- oder Gasmolekülen findet statt.
- Moleküle senden Photonen aus und kehren nach Millionstelsekunden ins Gleichgewicht zurück.
- Im Photomultiplier wird der Lichtblitz "verstärkt" und trifft auf die Anode.
- Der Anodenkreis verstärkt und misst den elektrischen Strom.
Das Funktionsprinzip des Szintillationsdetektors basiert auf dem Phänomen der Lumineszenz. Das Hauptmerkmal dieser Geräte ist die Umwandlungseffizienz - das Verhältnis der Energie eines Lichtblitzes zur Energie, die ein Partikel in der aktiven Substanz des Szintillators verliert.
Vor- und Nachteile
Zu den Vorteilen von Szintillationsstrahlungsdetektoren gehören:
- hohe Detektionseffizienz, insbesondere für hochenergetische kurzwellige Gammastrahlen;
- gute zeitliche Auflösung, d. h. die Fähigkeit, ein separates Bild von zwei Objekten zu geben (erreicht 10-10 s);
- gleichzeitige Messung der Energie detektierter Teilchen;
- Möglichkeit der Herstellung von Theken verschiedener Formen, Einfachheit der technischen Lösung.
Der Nachteil dieser Zähler ist die geringe Empfindlichkeit gegenüber Teilchen mit niedriger Energie. Wenn sie als Teil von Spektrometern verwendet werden, wird die Verarbeitung der erh altenen Daten viel komplizierter, da das Spektrum eine komplexe Form hat.
