2.2. Сцинтилляционный метод.

Сущность сцинтилляционного метода измерения ионизирующего излучения состоит в том, что некоторые неорганические и органические вещества (сернистый, цинк, йодистый натрий, вольфрамат каль­ция, кристаллические антрацен, стильбен, нафталин и др.) светится при воздействии на них ионизирующих излучений.

Возникновение свечения является следствием возбуждения атомов под действием излучений: при возращении в основное состояние атомы испускают фотоны видимого света различной яркости (сцинтилляции). Данные фотоны улавли­ваются фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), в котором энергия световых вспышек через посредство фотоэффекта преобразуется в импульсы! электрического тока (рис. 3).

Рис. 3. Принцип работы сцинтилляционного детектора.

1 - сцинтиллятор; 4 - анод;

2 - фотокатод; 5 - делитель;

3 - диноды системы умножения; R - сопротивление анодной нагрузки.

Процессы, протекающие в детекторе, можно условно разделить на пять промежуточных стадий:

1) поглощение энергии частицы в сцинтилляторе;

2) возбуждение атомов и молекул сцинтиллятора за счет поглощенной в нем энергии частицы и испускание квантов видимого света - фотонов;

3) бомбардировка катода ФЭУ фотонами, испускаемыми сцинтиллятором;

4) поглощение фотонов в катоде и испускание им фотоэлектронов;

5) умножение электронов системой диодов ФЭУ и сбор электронов на аноде.

Заряженные частицы, попадая в сцинтиллятор 1, расходуют свою энергию на возбуждение и ионизацию атомов или молекул сцинтиллятора, причем часть этой энергии излучается в виде фотонов видимого света, испускаемых во всех направлениях. Фотоны, попадая сквозь прозрачное окно на фотокатод 2, выбивают из него в результате фотоэлектрического эффекта фотоэлектроны, которые ускоряются и фокусируются электриче­ским полем между первым динодом системы умножения 3 и фотокатодом и направляются на первый динод. Диноды ФЭУ изготовляют из вещества с малой работой выхода электрона, они способны при бомбардировке их электронами испускать вторичные электроны в количестве, превышающем число первичных в несколько раз. Эти ускоренные фотоэлектроны выби­вают из первого динода вторичные электроны, которые в свою очередь ускоряются электрическим полем между вторым и первым динодами и направляются на второй динод, также являющийся эмиттером вторичных электронов. Аналогичный процесс умножения электронов повторяется и на последующих динодах. В результате многократного умножения число электронов, собираемых на аноде 4, может на несколько порядков превы­шать первоначальное число фотоэлектронов, образованных в результате фотоэффекта на фотокатоде ФЭУ. Собираемые на аноде ФЭУ электроны создают импульс напряжения на сопротивлении анодной нагрузки R, кото­рый регистрируется электронной схемой. Ускоряющееся поле между элек­тронами ФЭУ создается с помощью делителя 5, подключенного к источни­ку высокого напряжения U. Каждый последующий электрод имеет более высокий потенциал, чем предыдущий.

Для исключения влияния внешней подсветки вся система помешается в светонепроницаемый корпус.

В настоящее время благодаря ряду преимуществ по сравнению с дру­гими детекторами, сцинтилляционные нашли широкое применение для регистрации ионизирующих излучений. К числу этих преимуществ отно­сятся:

I) универсальность с точки зрения возможности регистрации ионизирующих излучений практически любых видов;

2) возможности измерения энергии исследуемых частиц или квантов;

3) высокая разрешающая способность;

4) высокая эффективность регистрации гамма-излучения (несколько десятков процентов).