1.6 Сцинтиляційні лічильники
Сцинтиляційні лічильники — детектори радіоактивного випромінювання, принцип дії яких оснований на люмінесценції [13].
Сцинтиляційні лічильники використовують для детектування радіоактивного випромінювання речовини, що світяться при поглинанні гамма-кванта, нейтрона або зарядженої частинки, люмінофори. В сучасних приладах світло за допомогою світловодів передіється на фотопомножувачі Використовуючи послідовно кілька фотопомножувачів можна добитися підсилення в мільярди разів.
Для детектування гамма-квантів найчастіше використовуються кристали NaI з домішкою талію. Для детектування заряджених частинок краще використовувати пластикові сцинтилятори, наприклад, полістерин з добавкою терфінілу. Рідинні сцинтиляційні лічильники ефективні для реєстрації бета-частинок.
Фото: Сцинтиляційний лічильник
Сцинтилятори – речовини, що володіють здатністю випромінювати світло при поглинанні іонізуючого випромінювання гамма-квантів, електронів, альфа-частинок і т. д. Як правило, випромінювана кількість фотонів для даного типу випромінювання приблизно пропорційно поглиненої енергії, що дозволяє отримувати енергетичні спектри випромінювання. Сцинтиляційні детектори ядерних випромінювань - основне застосування сцинтиляторів. В сцинтиляційних детекторах світла випромінювання при сцинтиляції, збирається на фотоприймачі (як правило, це фотокатод фотоелектронного помножувача ФЕУ, значно рідше використовуються фотодіоди та інші фотоприймачі, перетворюється в імпульс струму, підсилюється і записується тієї чи іншої реєструючою системою.
Фото: Сцинтилятор натрій
1.6.1 Характеристика сцинтиляторів
Характеристики сцинтиляторів
Світловихід – кількість фотонів, випромінюваних сцинтилятором при поглинанні певної кількості енергії (зазвичай 1). Великим світловиходом вважається величина 50 – 70 тис. фотонів на МеВ. Однак для детектування високоенергічних часток можуть використовуватися і сцинтилятори зі значно меншим світловиходом (наприклад, вольфрамати свинцю).
Спектр висвічування. Спектр висвічування повинен бути оптимально узгоджений зі світлочутливістю використовуваного фотоприймача, щоб не втрачати зайве світло. Неузгоджений з чутливістю приймача спектр висвічування негативно позначається на енергетичному дозволі.
Енергетичний дозвіл. Навіть при поглинанні часток з однаковою енергією амплітуда імпульсу на виході фотоприймача сцинтиляційного детектора змінюється від події до події. Це пов'язано: 1) зі статистичними характером процесів збору фотонів на фотоприймачі і подальшого посилення, 2) з різною ймовірністю доставки фотона до фотоприймача з різних точок сцинтилятора, 3) з розкидом виводиться числа фотонів. В результаті в набраному спектрі, лінія (яка для ідеального детектора представляла б дельта-функцію) виявляється розмитою, її часто можна представити у вигляді Гауссіан з дисперсією.
енергетичного дозвіл детектора використовуються сигма і, частіше, повна ширина лінії на половині висоти (FWHM, від англ. Full Width on Half Maximum; іноді називається півшириною) віднесені до медіані лінії і виражені у відсотках. FWHM Гауссіан в 2,355 рази більше σ. Оскільки енергетичне дозвіл залежить від енергії (як правило, воно пропорційно E1/2), його слід вказувати для конкретної енергії. Найчастіше дозвіл вказують для енергії гамма-лінії цезію-137 (661 кеВ).
Час висвічування Час, протягом якого поглинена в сцинтилятора енергія конвертується в світло, називається часом висвічування. Залежність висвічування сцинтиляторів від часу з моменту поглинання частки (крива висвічування) зазвичай може бути представлена як спадна експонента або сума кількох експонент. Час компоненти з найбільшою амплітудою характеризує загальний час висвічування сцинтилятора. Деякі сцинтилятори при швидкому висвічуванні можуть мати повільно спадаючий "хвіст" післясвітіння, що для більшості приладів є недоліком. Типовий час висвічування неорганічних сцинтиляторів - від десятків наносекунд до десятків мікросекунд. Органічні сцинтилятори (пластикові і рідкі) висвічуються протягом наносекунд.
Радіаційна міцність. Опромінювані сцинтилятори поступово деградують. Доза опромінення, яку може витримати сцинтилятор без істотного погіршення властивостей, називається радіаційної міцністю.
Квенчінг-фактор. Частинки різної природи, але з однаковою енергією при поглинанні в сцинтиляторі дають, взагалі кажучи, різний світловихід. Частинки з високою щільністю іонізації (протони, альфа-частинки, важкі іони, осколки поділу) дають в більшості сцинтиляторів меншу кількість фотонів, ніж гамма-кванти, бета-частинки, мюони або рентген. Ставлення світловиходу даного типу частинок до світловиходу гамма-квантів з однаковою енергією називається квенчінг-фактором (від англ. - quenching - "Гасіння"). Квенчінг-фактор електронів (бета-частинок) зазвичай близький до одиниці. Квенчінг-фактор для альфа-частинок називають α / β – ставленням; для багатьох органічних сцинтиляторів він близький до 0,1.