Scintilační detektory jsou jedním z typů měřicích zařízení určených k detekci elementárních částic. Jejich rysem je, že ke čtení dochází pomocí systémů citlivých na světlo. Poprvé byly tyto přístroje použity v roce 1944 k měření radiace uranu. Existuje několik typů detektorů v závislosti na typu pracovního prostředku.
Destination
Scintilační detektory se široce používají pro následující účely:
- registrace radiačního znečištění životního prostředí;
- analýza radioaktivních materiálů a další fyzikální a chemické studie;
- použití jako prvek ke spuštění složitějších detektorových systémů;
- spektrometrická studie látek;
- signalizační součást v systémech radiační ochrany (například dozimetrické zařízení určené k hlášení o vstupu lodi do zóny radioaktivní kontaminace).
Počítadla mohou produkovat kvalitní registracizáření a změřte jeho energii.
Uspořádání detektorů
Základní struktura scintilačního detektoru záření je znázorněna na obrázku níže.
Hlavní prvky vybavení jsou následující:
- fotonásobič;
- scintilátor určený k převodu excitace krystalové mřížky na viditelné světlo a jeho přenosu do optického převodníku;
- optický kontakt mezi prvními dvěma zařízeními;
- stabilizátor napětí;
- elektronický systém pro záznam elektrických impulsů.
Typy
Existuje následující klasifikace hlavních typů scintilačních detektorů podle typu látky, která fluoreskuje při vystavení záření:
- Měřiče anorganických alkalických halogenidů. Používají se k registraci alfa, beta, gama a neutronového záření. V průmyslu se vyrábí několik typů monokrystalů: jodid sodný, cesium, draslík a lithium, sulfid zinečnatý, wolframany kovů alkalických zemin. Jsou aktivovány speciálními nečistotami.
- Organické monokrystaly a průhledné roztoky. Do první skupiny patří: antracen, tolan, trans-stilben, naftalen a další sloučeniny, do druhé skupiny patří terfenyl, směsi anthracenu s naftalenem, tuhé roztoky v plastech. Používají se pro měření času a pro detekci rychlých neutronů. Aktivační přísady v organických scintilátorech nejsoupřispět.
- Plynové médium (He, Ar, Kr, Xe). Takové detektory se používají hlavně k detekci štěpných fragmentů těžkých jader. Vlnová délka záření je v ultrafialovém spektru, takže vyžadují vhodné fotodiody.
Pro scintilační neutronové detektory s kinetickou energií do 100 keV se používají krystaly sulfidu zinečnatého aktivované izotopem boru o hmotnostním čísle 10 a 6Li. Při registraci alfa částic se sulfid zinečnatý nanáší v tenké vrstvě na průhledný substrát.
Z organických sloučenin jsou nejpoužívanější scintilační plasty. Jsou to roztoky luminiscenčních látek ve vysokomolekulárních plastech. Nejčastěji se scintilační plasty vyrábí na bázi polystyrenu. Tenké desky se používají k registraci záření alfa a beta a tlusté desky se používají pro gama a rentgenové záření. Vyrábějí se ve formě průhledných leštěných válců. Ve srovnání s jinými typy scintilátorů mají plastové scintilátory několik výhod:
- krátká doba flash;
- odolnost proti mechanickému poškození, vlhkosti;
- stálost charakteristik při vysokých dávkách radiace;
- nízká cena;
- snadno vyrobitelné;
- vysoká účinnost registrace.
Fotonásobiče
Hlavní funkční součástí tohoto zařízení je fotonásobič. Jedná se o systém namontovaných elektrodve skleněné trubici. Pro ochranu před vnějšími magnetickými poli je umístěn v kovovém pouzdře z materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou. Toto odstíní elektromagnetické rušení.
Ve fotonásobiči se světelný záblesk přemění na elektrický impuls a elektrický proud se také zesílí v důsledku sekundární emise elektronů. Velikost proudu závisí na počtu dynod. K fokusaci elektronů dochází vlivem elektrostatického pole, které závisí na tvaru elektrod a potenciálu mezi nimi. Vyřazené nabité částice jsou urychlovány v mezielektrodovém prostoru a při dopadu na další dynodu způsobí další emisi. Díky tomu se počet elektronů několikrát zvýší.
Scintilační detektor: jak to funguje
Počítadla fungují takto:
- Nabitá částice vstupuje do pracovní látky scintilátoru.
- Dochází k ionizaci a excitaci molekul krystalu, roztoku nebo plynu.
- Molekuly emitují fotony a po miliontinách sekundy se vrátí do rovnováhy.
- Ve fotonásobiči je záblesk světla "zesílen" a dopadá na anodu.
- Anodový obvod zesiluje a měří elektrický proud.
Princip činnosti scintilačního detektoru je založen na jevu luminiscence. Hlavní charakteristikou těchto zařízení je účinnost přeměny - poměr energie záblesku světla k energii ztracené částicí v aktivní látce scintilátoru.
Pro a proti
Výhody scintilačních detektorů záření zahrnují:
- vysoká účinnost detekce, zejména pro vysokoenergetické krátkovlnné gama paprsky;
- dobré časové rozlišení, to znamená schopnost poskytnout samostatný obraz dvou objektů (dosahuje 10-10 s);
- současné měření energie detekovaných částic;
- možnost výroby pultů různých tvarů, jednoduchost technického řešení.
Nevýhodou těchto čítačů je nízká citlivost na částice s nízkou energií. Při jejich použití jako součásti spektrometrů se zpracování získaných dat značně zkomplikuje, protože spektrum má složitou formu.
