Scintiliacijos detektoriai yra viena iš matavimo įrangos tipų, skirtų elementarioms dalelėms aptikti. Jų ypatybė yra ta, kad skaitymas vyksta naudojant šviesai jautrias sistemas. Pirmą kartą šie prietaisai buvo panaudoti urano spinduliuotei matuoti 1944 m. Priklausomai nuo veikiančio agento tipo, yra keletas detektorių tipų.
Kelionės tikslas
Scintiliacijos detektoriai plačiai naudojami šiais tikslais:
- aplinkos radiacinės taršos registracija;
- radioaktyviųjų medžiagų analizė ir kiti fizikiniai bei cheminiai tyrimai;
- naudokite kaip elementą sudėtingesnėms detektorių sistemoms paleisti;
- spektrometrinis medžiagų tyrimas;
- radiacinės saugos sistemų signalinis komponentas (pavyzdžiui, dozimetrinė įranga, skirta pranešti apie laivo patekimą į radioaktyviosios taršos zoną).
Skaitikliai gali pateikti tiek kokybišką registracijąspinduliuotę ir išmatuokite jos energiją.
Detektorių išdėstymas
Pagrindinė scintiliacinės spinduliuotės detektoriaus struktūra parodyta paveikslėlyje žemiau.
Pagrindiniai įrangos elementai yra tokie:
- fotodaugiklis;
- scintiliatorius, skirtas kristalinės gardelės sužadinimui paversti matoma šviesa ir perduoti jį į optinį keitiklį;
- optinis kontaktas tarp pirmųjų dviejų įrenginių;
- įtampos stabilizatorius;
- elektroninė elektros impulsų registravimo sistema.
Tipai
Yra tokia pagrindinių scintiliacijos detektorių tipų klasifikacija pagal medžiagos, kuri fluorescuoja veikiant spinduliuotei, tipą:
- Neorganinių šarmų halogenidų matuokliai. Jie naudojami alfa, beta, gama ir neutronų spinduliuotei registruoti. Pramonėje gaminami kelių rūšių monokristalai: natrio jodidas, cezis, kalis ir ličio, cinko sulfidas, šarminių žemių metalų volframatai. Jie aktyvuojami naudojant specialias priemaišas.
- Ekologiški pavieniai kristalai ir skaidrūs tirpalai. Pirmajai grupei priklauso: antracenas, tolanas, transstilbenas, naftalenas ir kiti junginiai, antrajai grupei priklauso terfenilas, antraceno mišiniai su naftalenu, kietieji tirpalai plastikuose. Jie naudojami laiko matavimams ir greitųjų neutronų aptikimui. Aktyvuojančių priedų organiniuose scintiliatoriuose nėraprisidėkite.
- Dujų terpė (He, Ar, Kr, Xe). Tokie detektoriai daugiausia naudojami sunkiųjų branduolių dalijimosi fragmentams aptikti. Spinduliuotės bangos ilgis yra ultravioletiniame spektre, todėl jiems reikia atitinkamų fotodiodų.
Scintiliaciniams neutronų detektoriams, kurių kinetinė energija yra iki 100 keV, naudojami cinko sulfido kristalai, aktyvuoti boro izotopu, kurio masės skaičius yra 10, ir 6Li. Registruojant alfa daleles, cinko sulfidas padengiamas plonu sluoksniu ant skaidraus pagrindo.
Iš organinių junginių plačiausiai naudojami scintiliaciniai plastikai. Tai liuminescencinių medžiagų tirpalai didelės molekulinės masės plastikuose. Dažniausiai scintiliaciniai plastikai gaminami polistireno pagrindu. Plonos plokštelės naudojamos alfa ir beta spinduliuotei registruoti, o storos – gama ir rentgeno spinduliams. Jie gaminami skaidrių poliruotų cilindrų pavidalu. Palyginti su kitų tipų scintiliatoriais, plastikiniai scintiliatoriai turi keletą privalumų:
- trumpas blyksnio laikas;
- atsparumas mechaniniams pažeidimams, drėgmei;
- charakteristikų pastovumas esant didelėms radiacijos dozėms;
- maža kaina;
- lengva pagaminti;
- didelis registracijos efektyvumas.
Nuotraukų daugikliai
Pagrindinis funkcinis šios įrangos komponentas yra fotodaugiklis. Tai sumontuotų elektrodų sistemastikliniame vamzdelyje. Siekiant apsaugoti nuo išorinių magnetinių laukų, jis dedamas į metalinį korpusą, pagamintą iš medžiagos, turinčios didelį magnetinį laidumą. Tai apsaugo nuo elektromagnetinių trukdžių.
Fotodaugintuve šviesos blyksnis paverčiamas elektriniu impulsu, o elektros srovė taip pat sustiprinama dėl antrinės elektronų emisijos. Srovės dydis priklauso nuo dinadų skaičiaus. Elektronų fokusavimas vyksta dėl elektrostatinio lauko, kuris priklauso nuo elektrodų formos ir potencialo tarp jų. Išmuštos įkrautos dalelės įsibėgėja tarpelektrodinėje erdvėje ir, krisdamos ant kito dinodo, sukelia dar vieną emisiją. Dėl to elektronų skaičius padidėja kelis kartus.
Scintiliacijos detektorius: kaip jis veikia
Skaitikliai veikia taip:
- Įkrauta dalelė patenka į scintiliatoriaus darbinę medžiagą.
- Vyksta kristalų, tirpalų ar dujų molekulių jonizacija ir sužadinimas.
- Molekulės skleidžia fotonus ir po milijoninių sekundės dalių grįžta į pusiausvyrą.
- Fotografijos daugintuve šviesos blyksnis „sustiprinamas“ir patenka į anodą.
- Anodo grandinė sustiprina ir matuoja elektros srovę.
Scintiliacijos detektoriaus veikimo principas pagrįstas liuminescencijos reiškiniu. Pagrindinė šių prietaisų charakteristika yra konversijos efektyvumas – šviesos blyksnio energijos santykis su energija, kurią netenka dalelės veikliojoje scintiliatoriaus medžiagoje.
Pliusai ir trūkumai
Scintiliacinės spinduliuotės detektorių pranašumai:
- didelis aptikimo efektyvumas, ypač didelės energijos trumpųjų bangų gama spinduliams;
- gera laiko skyra, tai yra galimybė pateikti atskirą dviejų objektų vaizdą (ji siekia 10-10 s);
- vienu metu aptiktų dalelių energijos matavimas;
- įvairių formų skaitiklių gamybos galimybė, techninio sprendimo paprastumas.
Šių skaitiklių trūkumas yra mažas jautrumas mažos energijos dalelėms. Kai jie naudojami kaip spektrometrų dalis, gautų duomenų apdorojimas tampa daug sudėtingesnis, nes spektras yra sudėtingos formos.
