Сцинтилляционные детекторы, особенности использования сцинтилляционных детекторов при гамма-спектрометрии

Основными характеристиками спектрометрических детекторов явля­ют­ся: эффективность ре­гистрации и энергетическое разреше­ние.

Энергетическое разрешение спектрометрического детектора. Под энергетическим разрешением детектора понимают способность детектора раздельно регистрировать близ­кие по энергетическому спектру линии. Разрешение детектора определяют по аппаратурному спектру на выходе детектору. Чи­с­ленно энергетическое разреше­ние, выраженное в процентах, характеризуют отношением ширины пика от моноэнергетического источника на половине высоты к энергии источника.

Рис.3. Расчет энергетического разрешения детектора;

A = (E/E₀)*100%

Энергетическое разрешение детектора, в паспортных данных, приво­дится для энергии -квантов Е₀ = 1 Мэв. Энергетическое разрешение уме­ньшается с ростом энергии излучения как (E)^-0.5. В сцин­тил­ля­цион­ном детекторе оно со­ставляет 8 – 12% при энергии γ-излучения 1 Мэв. Кроме процессов, происходящих в самом сцинтилляционном детекторе, иска­жение реальных спектров γ-излучения, обусловлено также наличием аппа­ратурного разрешения – уширения пиков за счет процессов в электронных схемах прибора. В результате аппаратурное разрешение спе­к­т­ро­метра с сцин­тилляционным детектором со­ставляет 8 – 14 % при энергии γ-излучения 1 Мэв. Следствием аппаратурного разрешения спектрометра является то, что пики, близко расположенных по энергии, не всегда разрешаются.

Рис.4. Примеры различного разрешения двух, близких по энергии пиков:

а) полное разрешение; б) частичное разрешение; в) пики не разрешаются (не разделяются). Е₁ и Е₂ – энергии гамма-квантов. Штриховая линия – индивидуальные спектры гамма-квантов, сплошная кривая – суммарный спектр, зарегистрированный детектором.

Эффективность ре­гистрации - это отношение количества зарегистри­ро­ванных сигналов к количеству частиц (-квантов), падающих на детектор:

 = (N_рег/N_сум)*100%

Эффективность регистрации сцинтилляционного детектора зависит от энергии гамма-квантов.

Рис.5. Зависимость эффективности регистрации гамма-квантов сцинтилляционным детектором.

При малых энергиях гамма-квантов, примерно до 30 КэВ, ε = 0%. С увеличением роста энергии гамма-квантов, эффективность их регистрации детектором растет, достигая максимума в районе 0.5 – 0.7 МэВ. Далее с увеличением энергии эффективность падает.

Это приводит к искажению интенсивности пиков спектра гамма-квантов для веществ, испускающих гамма-кванты различных энергий.

Рис.6. Спектр тория, снятого сцинтилляционным детектором

Искажение спектра вследствие различной эффективности регистрации на разных энергиях, демонстрируется на рис.6. Из таблицы 1 следует, что интенсивность пиков гамма-квантов с энергиями 2.615 МэВ, 0.911 МэВ и 0.583 МэВ примерно одинакова, но из-за уменьшения эффективности регистрации с увеличением энергии, интенсивность пика 2.615 Мэв значительно меньше.