Scintilacijski detektorji so ena od vrst merilne opreme, namenjene zaznavanju elementarnih delcev. Njihova značilnost je, da branje poteka z uporabo svetlobno občutljivih sistemov. Ti instrumenti so bili prvič uporabljeni leta 1944 za merjenje sevanja urana. Obstaja več vrst detektorjev, odvisno od vrste delovnega sredstva.
Destinacija
Scintilacijski detektorji se pogosto uporabljajo za naslednje namene:
- registracija sevalne onesnaženosti okolja;
- analiza radioaktivnih materialov in druge fizikalne in kemijske študije;
- uporabite kot element za zagon bolj zapletenih detektorskih sistemov;
- spektrometrična študija snovi;
- signalna komponenta v sistemih za zaščito pred sevanjem (na primer dozimetrična oprema, zasnovana za obveščanje o vstopu ladje v območje radioaktivne kontaminacije).
Števci lahko izdelajo tako kakovostno registracijosevanja in izmerite njegovo energijo.
razporeditev detektorjev
Osnovna struktura detektorja scintilacijskega sevanja je prikazana na spodnji sliki.
Glavni elementi opreme so naslednji:
- fotomultiplier;
- scintilator, zasnovan za pretvorbo vzbujanja kristalne mreže v vidno svetlobo in jo oddaja v optični pretvornik;
- optični stik med prvima dvema napravama;
- napetostni stabilizator;
- elektronski sistem za beleženje električnih impulzov.
Vrste
Obstaja naslednja razvrstitev glavnih vrst scintilacijskih detektorjev glede na vrsto snovi, ki fluorescira, ko je izpostavljena sevanju:
- Anorganski merilniki alkalijskih halidov. Uporabljajo se za registracijo alfa, beta, gama in nevtronskega sevanja. V industriji se proizvaja več vrst monokristalov: natrijev jodid, cezij, kalij in litij, cinkov sulfid, volframati zemeljskoalkalijskih kovin. Aktivirajo se s posebnimi nečistočami.
- Ekološki monokristali in prozorne raztopine. V prvo skupino spadajo: antracen, tolan, trans-stilben, naftalen in druge spojine, v drugo skupino spadajo terfenil, mešanice antracena z naftalenom, trdne raztopine v plastičnih masah. Uporabljajo se za merjenje časa in za odkrivanje hitrih nevtronov. Aktivacijski dodatki v organskih scintilatorjih nisoprispevaj.
- Plinski medij (He, Ar, Kr, Xe). Takšni detektorji se uporabljajo predvsem za odkrivanje fisijskih fragmentov težkih jeder. Valovna dolžina sevanja je v ultravijoličnem spektru, zato potrebujejo ustrezne fotodiode.
Za scintilacijske nevtronske detektorje s kinetično energijo do 100 keV se uporabljajo kristali cinkovega sulfida, aktivirani z izotopom bora z masnim številom 10 in 6Li. Pri registraciji alfa delcev se cinkov sulfid nanese v tankem sloju na prozorno podlago.
Med organskimi spojinami se najpogosteje uporabljajo scintilacijske plastike. So raztopine luminiscentnih snovi v visokomolekularni plastiki. Najpogosteje so scintilacijske plastike izdelane na osnovi polistirena. Tanke plošče se uporabljajo za registracijo alfa in beta sevanja, debele plošče pa za gama in rentgenske žarke. Proizvajajo se v obliki prozornih poliranih valjev. V primerjavi z drugimi vrstami scintilatorjev imajo plastični scintilatorji več prednosti:
- kratek čas utripanja;
- odpornost na mehanske poškodbe, vlago;
- stalnost lastnosti pri velikih odmerkih izpostavljenosti sevanju;
- nizki stroški;
- enostavna izdelava;
- visoka učinkovitost registracije.
pomnožitelji fotografij
Glavna funkcionalna komponenta te opreme je fotopomnoževalec. Gre za sistem nameščenih elektrodv stekleni cevi. Za zaščito pred zunanjimi magnetnimi polji je nameščen v kovinskem ohišju iz materiala z visoko magnetno prepustnostjo. To ščiti elektromagnetne motnje.
V fotopomnoževalcu se svetlobni blisk pretvori v električni impulz, električni tok pa se tudi ojača kot posledica sekundarne emisije elektronov. Količina toka je odvisna od števila dinod. Fokusiranje elektronov nastane zaradi elektrostatičnega polja, ki je odvisno od oblike elektrod in potenciala med njimi. Izbiti nabiti delci se pospešujejo v medelektrodnem prostoru in, ko padejo na naslednjo dinodo, povzročijo novo emisijo. Zaradi tega se število elektronov večkrat poveča.
Scintilacijski detektor: kako deluje
Števci delujejo takole:
- Nabit delec vstopi v delovno snov scintilatorja.
- Pride do ionizacije in vzbujanja molekul kristala, raztopine ali plina.
- Molekule oddajajo fotone in se po milijoninki sekunde vrnejo v ravnotežje.
- V fotopomnoževalniku se blisk svetlobe "ojača" in zadene anodo.
- Anodno vezje ojača in meri električni tok.
Načelo delovanja scintilacijskega detektorja temelji na pojavu luminiscence. Glavna značilnost teh naprav je učinkovitost pretvorbe - razmerje med energijo bliskavice in energijo, ki jo izgubi delček v aktivni snovi scintilatorja.
Prednosti in slabosti
Prednosti detektorjev scintilacijskega sevanja vključujejo:
- visoka učinkovitost zaznavanja, zlasti za visokoenergijske kratkovalovne gama žarke;
- dobra časovna ločljivost, to je zmožnost dajanja ločene slike dveh predmetov (doseže 10-10 s);
- hkratno merjenje energije zaznanih delcev;
- možnost izdelave pultov različnih oblik, enostavnost tehnične rešitve.
Pomanjkljivost teh števcev je nizka občutljivost na delce z nizko energijo. Ko jih uporabljamo kot del spektrometrov, je obdelava pridobljenih podatkov veliko bolj zapletena, saj ima spekter kompleksno obliko.
