5. Сцинтилляционные детекторы

Сцинтилляционный метод регистрации ядерных излучений основан на регистрации кратковременных (от 10^-9 до 10^-5с) вспышек с вета – сцинтилляций, которые возникают в ряде веществ под действием ионизирующих излучений. Сцинтилляции являются элементарными актами процесса люминесценции – излучения, возникающего в веществе под воздействием внешнего излучения. Каждая сцинтилляция – результат действия одной частицы, что позволяет регистрировать количество и характеристики отдельных частиц. Сцинтилляционный детектор ядерных излучений является пропорциональным детектором. Это означает, что среднее значение амплитуды сигнала такого детектора пропорционально энергии Е, переданной от излучения в рабочий объем сцинтиллятора. Сцинтилляционные детекторы находят широкое применение для регистрации и спектрометрии ядерных излучений. Сцинтилляционный детектор (рис. 6) состоит из сцинтиллятора – вещества (иногда называемого фосфóром), в котором возникают вспышки света под действием ядерного излучения, и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), который преобразует световой сигнал в электрический импульс.

5.1. Основные характеристики сцинтилляторов

Заряженная частица, двигаясь в веществе, передает свою энергию, в основном, на ионизацию и возбуждение атомов и молекул среды. При переходах возбужденных атомов и молекул в основное состояние, при рекомбинации зарядов в веществе возникают электромагнитные кванты различных длин волн, присущих данному веществу. В подавляющем большинстве случаев эти кванты поглощаются в непосредственной близости от места их образования, а энергия возбуждаемых ими атомов или молекул переходит в тепловую при столкновениях с другими атомами или молекулами. Для того чтобы излученные кванты могли выйти из вещества, необходим заметный сдвиг спектров испускания относительно спектров поглощения в сторону больших длин волн (рис. 7). В настоящее время известно множество веществ, обладающих сцинтиллирующими свойствами.

К онверсионная эффективность сцинтиллятора С_эфф (физический выход) - отношение энергии Е световой вспышки к энергии излучения Е₀, поглощенной в сцинтилляторе, С_эфф=Е/Е₀. Обычно имеет величину от 1 до 30 %. Зависит от энергии и типа излучения, от типа сцинтиллятора. Наибольшего значения достигает для быстрых электронов и обычно приводится в справочных данных.

Световыход Κ - среднее число фотонов люминесценции, возникающих в сцинтилляторе при поглощении в нем энергии излучения Е₀, Κ = Е₀ / , - средняя энергия фотонов люминесценции.

Удельный световыход κ - среднее число фотонов люминесценции, возникающих в сцинтилляторе, отнесенное к энергии излучения Е₀, поглощенной в сцинтилляторе, κ = Κ /Е₀.

Время высвечивания τ – индивидуальная характеристика для каждого типа сцинтиллятора, характеризующая длительность световой вспышки. Имеет значение в пределах 10^-9  10^-5 с.

Энергетическое разрешение сцинтилляционного детектора. Лучшее достижимое энергетическое разрешение для сцинтилляционных детекторов ~ 5 %, но обычно оно хуже и составляет примерно10 %.

Эффективность регистрации сцинтилляционным детектором -квантов обычно составляет 0,3  0,7 в зависимости от размера кристалла и энергии -квантов. Эффективность регистрации нейтронов кристаллом стильбена средних размеров (33 см) около 10% (энергия нейтронов 10 МэВ), ~ 45 % (1 МэВ).