Сцинтилляционные детекторы.

Сцинтилляторы – вещества, в которых под действием заряженных частиц или излучений возникают фотоны видимой или ультрафиолетовой части спектра. Кроме того, они слабо поглощают эти собственные излучения.

Сцинтилляторы разделяют на два класса: неорганические и органические.

Неорганические сцинтилляторы

Большинство неорганических сцинтилляторов являются кристаллами с примесью специально вводимого вещества – активатора, предназначенного для смещения спектра излучаемых фотонов по отношению к спектру поглощения кристалла. Оптимальная концентрация атомов активатора  0,1%.

Постоянные времени испускания фотонов неорганическим сцинтиллятором, определяемые временем жизни возбужденных состояний атомов или молекул, находятся в интервале от 0,2 до 10 мкс.

Лучший из неорганических сцинтилляторов NaJ(Tl) обладает самой высокой конверсионной эффективностью (вероятность преобразования энергии заряженной частицы в фотоны) и имеет самое короткое время высвечивания (0,23 мкс). Изготавливают монокристаллы NaJ(Tl) до 70 см диаметром и высотой. Наличие в кристаллах ¹²⁷J (Z=53) обеспечивает высокую вероятность фотоэффекта при попадании гамма - кванта в кристалл.

Используют NaJ(Tl)-кристаллы 6363 мм для спектрометрии гамма-излучения с энергией 0,3–2,0 МэВ, 4040 мм для 0,1–1,0 МэВ, толщиной 1–3 мм – для спектрометрии рентгеновского излучения с энергией 0,01–0,1 МэВ.

Свойства неорганических сцинтилляторов

Кристалл	Плотность, г/см3	Постоянная высвечивания, мкс	Конверсионная эффективность, %
NaJ(Tl)	3,67	0,23	8–13
CsJ(Tl)	4,51	1,00	 6
LiJ(Eu)	4,06	1,20	 4

Органические сцинтилляторы

Органические сцинтилляторы состоят из легких атомов - водорода и углерода в виде кристаллов, твердых и жидких растворов. Вероятность фотоэффекта на водороде и углероде невелика. Основным механизмом взаимодействия гамма-квантов с ними является комптоновское рассеяние. Это обстоятельство не позволяет использовать органические сцинтилляторы для спектрометрии гамма-излучения. Их применяют для регистрации α, β частиц и гамма-квантов в счетном режиме.

Наличие водорода в органических сцинтилляторах позволяет использовать их также и для спектрометрии нейтронов по протонам отдачи.

Существенно меньшая, чем в неорганических сцинтилляторах, постоянная времени высвечивания органических сцинтилляторов обеспечивает высокую временную разрешающую способность.

Органические сцинтилляторы изготавливают в твердом виде и в виде жидкостей. Объём твердых органических сцинтилляторов достигает десятков литров, а жидких - десятков тысяч литров. В жидких сцинтилляторах можно растворять исследуемые вещества.

Некоторые органические сцинтилляторы и их свойства

Сцинтиллятор	Плотность, г/см3	Постоянная высвечивания, нс	Конверсионная эффективность, %
Кристаллические: антрацен (С14Н10) стильбен (С14Н12)	1,25 1,16	30 6	 4 1,5–3
Жидкие: р-терфенил в ксилоле р-терфенил в поливинилтолуоле	0,9  1,0	2 3	2 2