4.4. Оптический метод регистрации ионизирующих излучений

ПРИНЦИП МЕТОДА. При прохождении через материальную среду частицы, обладающие электрическим зарядом, испытывают большое количество неупругих соударений с молекулами и атомами среды, приводящих к так называемым ионизационным потерям энергии. Неупругие соударения могут сопровождаться как ионизацией, так и возбуждением молекул или атомов среды. Независимо от особенностей ионизационного процесса, характерных для газа, жидкости или твердого тела, кинетическая энергия, потерянная частицей в веществе, в конечном счете переходит в энергию теплового движения. В промежуточных же стадиях: при переходах возбужденных молекул или атомов в основное состояние, при рекомбинации электрических зарядов и т. п.- в веществе возникают кванты света различных длин волн, присущих данному веществу. В подавляющем большинстве случаев эти световые кванты поглощаются в этом же веществе, в непосредственной близости от места их образования, а энергия возбужденных ими молекул или атомов рано или поздно снимается путем теплового тушения. В некоторых веществах, однако, наблюдается заметный сдвиг спектров испускания и поглощения света. Поскольку спектр поглощения сдвинут относительно спектра испускания в сторону меньших длин волн, возникает возможность выхода из вещества хотя бы некоторой части квантов света, отвечающих длинноволновому краю спектра испускания. В этом случае, прохождение ионизирующей частицы через вещество будет сопровождаться световой вспышкой, которая и может быть использована для регистрации частицы.

Способность некоторых веществ, светиться, под действием ионизирующих излучений, была замечена еще в начале прошлого века.

В опытах по изучению природы альфа-частиц было обнаружено, что на экране из сернистого цинка в местах попадания альфа-частиц возникают довольно яркие вспышки света, хорошо видимые в темной комнате под микроскопом. Такие вспышки получили название сцинтилляций. Визуальное наблюдение сцинтилляционных вспышек от альфа-частиц было использовано и в исторических опытах Резерфорда по исследованию структуры атомов.

Широкое применение сцинтилляционный метод исследования излучений нашел, однако, лишь после того, как были изобретены и усовершенствованы фотоэлектронные умножители, позволяющие регистрировать весьма малые по длительности и очень слабые по интенсивности вспышки света. Таким образом, современный сцинтилляционный счетчик состоит, в принципе, из сцинтиллятора- вещества, способного испускать видимое или ультрафиолетовое излучение под действием заряженных частиц, и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), в котором энергия этих световых вспышек через посредство фотоэффекта преобразуется в импульсы электрического тока. В настоящее время, благодаря целому ряду преимуществ по сравнению с другими методами регистрации излучений, сцинтилляционный метод является одним из наиболее распространенных не только в экспериментальной ядерной физике и в физике защиты от излучений, но и в радиометрии и спектрометрии всех видов ионизирующих излучений.