A szcintillációs detektorok az elemi részecskék kimutatására tervezett mérőberendezések egyik típusa. Jellemzőjük, hogy az olvasás fényérzékeny rendszerek használatával történik. Ezeket a műszereket először 1944-ben használták az uránsugárzás mérésére. A munkaszer típusától függően többféle detektor létezik.
Úticél
A szcintillációs detektorokat széles körben használják a következő célokra:
- környezet sugárszennyezésének nyilvántartása;
- radioaktív anyagok elemzése és egyéb fizikai és kémiai vizsgálatok;
- elemként használja bonyolultabb detektorrendszerek indításához;
- anyagok spektrometriai vizsgálata;
- jelzőelem a sugárvédelmi rendszerekben (például dozimetriai berendezések, amelyek célja, hogy értesítsenek egy hajó radioaktív szennyezettségű zónába való belépéséről).
A számlálók mindkét minőségi regisztrációt képesek előállítanisugárzást és mérje meg az energiáját.
Érzékelők elrendezése
A szcintillációs sugárzás detektor alapvető felépítése az alábbi ábrán látható.
A berendezés fő elemei a következők:
- fényképsokszorozó;
- szcintillátor, amely a kristályrács gerjesztését látható fénnyé alakítja és továbbítja az optikai konverterhez;
- optikai érintkező az első két eszköz között;
- feszültségstabilizátor;
- elektronikus rendszer az elektromos impulzusok rögzítésére.
Típusok
A szcintillációs detektorok fő típusait a következő osztályozással osztályozzák aszerint, hogy milyen anyagtípusok fluoreszkálnak sugárzás hatására:
- Szervetlen alkálifém-halogenid-mérők. Alfa-, béta-, gamma- és neutronsugárzás regisztrálására szolgálnak. Az iparban többféle egykristályt állítanak elő: nátrium-jodid, cézium, kálium és lítium, cink-szulfid, alkáliföldfém-volframát. Speciális szennyeződésekkel aktiválódnak.
- Organikus egykristályok és átlátszó oldatok. Az első csoportba tartoznak: antracén, tolán, transz-stilbén, naftalin és más vegyületek, a második csoportba terfenil, antracén és naftalin keverékei, szilárd műanyag oldatok. Időmérésre és gyorsneutronok detektálására használják. A szerves szcintillátorokban lévő aktiváló adalékok nemhozzájárul.
- Gázközeg (He, Ar, Kr, Xe). Az ilyen detektorokat főként nehéz magok hasadási töredékeinek kimutatására használják. A sugárzás hullámhossza az ultraibolya spektrumban van, ezért megfelelő fotodiódákat igényelnek.
A 100 keV-ig terjedő kinetikus energiájú szcintillációs neutrondetektorokhoz 10-es tömegszámú bórizotóppal aktivált cink-szulfid kristályokat és 6Li-t használnak. Az alfa-részecskék regisztrálásakor a cink-szulfidot vékony rétegben hordják fel egy átlátszó hordozóra.
A szerves vegyületek közül a szcintillációs műanyagok a legszélesebb körben használtak. Lumineszcens anyagok oldatai nagy molekulatömegű műanyagokban. A szcintillációs műanyagok leggyakrabban polisztirol alapúak. Vékony lemezeket használnak az alfa- és béta-sugárzás regisztrálására, vastag lemezeket pedig a gamma- és röntgensugárzásra. Átlátszó polírozott hengerek formájában készülnek. Más típusú szcintillátorokhoz képest a műanyag szcintillátorok számos előnnyel rendelkeznek:
- rövid villanási idő;
- mechanikai sérülésekkel, nedvességgel szembeni ellenállás;
- a jellemzők állandósága nagy dózisú sugárterhelés mellett;
- alacsony költség;
- könnyen elkészíthető;
- magas regisztrációs hatékonyság.
Fotósokszorozók
A berendezés fő funkcionális alkatrésze egy fénysokszorozó. Ez egy szerelt elektródák rendszereüvegcsőben. A külső mágneses mezők elleni védelem érdekében nagy mágneses permeabilitású anyagból készült fém burkolatba helyezik. Ez megvédi az elektromágneses interferenciát.
A fénysokszorozóban a fényvillanás elektromos impulzussá alakul, és az elektromos áram is felerősödik az elektronok másodlagos emissziója következtében. Az áramerősség a dinódák számától függ. Az elektronok fókuszálása az elektrosztatikus tér hatására következik be, ami az elektródák alakjától és a köztük lévő potenciáltól függ. A kiütött töltött részecskék az elektródák közötti térben felgyorsulnak, és a következő dinódára esve újabb emissziót okoznak. Emiatt az elektronok száma többszörösére nő.
Szcintillációs detektor: hogyan működik
A számlálók így működnek:
- Töltött részecske belép a szcintillátor munkaanyagába.
- A kristályok, oldatok vagy gázmolekulák ionizációja és gerjesztése következik be.
- A molekulák fotonokat bocsátanak ki, és a másodperc milliomod része után visszatérnek egyensúlyi állapotukba.
- A fénysokszorozóban a villanófény „felerősödik”, és eléri az anódot.
- Az anódáramkör felerősíti és méri az elektromos áramot.
A szcintillációs detektor működési elve a lumineszcencia jelenségén alapul. Ezeknek az eszközöknek a fő jellemzője az átalakítási hatásfok – a fényvillanás energiájának és a szcintillátor hatóanyagában lévő részecske által elvesztett energiának az aránya.
Érvek és hátrányok
A szcintillációs sugárzásérzékelők előnyei a következők:
- magas érzékelési hatékonyság, különösen nagy energiájú rövidhullámú gamma-sugarak esetén;
- jó időbeli felbontás, vagyis két objektumról külön kép adható (eléri a 10-10 s-ot);
- a detektált részecskék energiájának egyidejű mérése;
- különböző formájú pultok gyártásának lehetősége, műszaki megoldás egyszerűsége.
Ezeknek a számlálóknak a hátránya az alacsony energiájú részecskékkel szembeni alacsony érzékenység. Ha spektrométer részeként használják őket, akkor a kapott adatok feldolgozása sokkal bonyolultabbá válik, mivel a spektrum összetett formával rendelkezik.
