Scintillaattorit

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 24.9.2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Tuikeaineet ovat aineita, jotka osoittavat tuikea (säteilevät valoa absorboituessaan ionisoivaa säteilyä ( gamma-kvantit , elektronit , alfahiukkaset jne. ). Tietyn tyyppisen säteilyn emittoimien fotonien määrä on pääsääntöisesti verrannollinen absorboituun energiaan, mikä mahdollistaa energiaspektrisäteilyn saamisen.

Ydintuikeilmaisimet ovat tuikeilmaisinten pääsovellus. Tuikeilmaisimessa tuikeilmaisimen aikana säteilevä valo kerätään valodetektoriin (yleensä tämä on valomonistinvalokatodi - PMT , valodiodeja ja muita valoilmaisimia käytetään paljon harvemmin ), muunnetaan virtapulssiksi, vahvistetaan ja tallennetaan yhdellä. tai muu tallennusjärjestelmä [1] .

Sintillaattorien ominaisuudet

Valoteho

Valoteho - tuikesäteilyn lähettämien fotonien lukumäärä, kun tietty määrä energiaa absorboituu (yleensä 1 MeV ). Suureksi valotehoksi katsotaan 50-70 tuhatta fotonia per MeV. Mitä suurempi valoteho, sitä herkempi tuike on, joten käytä yleensä suurella valoteholla varustettuja tuikelaitteita. Kuitenkin tuikelaitteita, joiden valoteho on huomattavasti pienempi (esimerkiksi lyijyvolframaatti ), voidaan käyttää myös korkeaenergisten hiukkasten havaitsemiseen.

Päästöspektri

Emissiospektrin tulee olla mahdollisimman optimaalinen käytettävän valoilmaisimen spektriherkkyyden kanssa. Spektrin epäjohdonmukaisuus valodetektorin kanssa vaikuttaa negatiivisesti energiaresoluutioon.

Energialupa

Jopa silloin, kun hiukkaset, joilla on sama energia, absorboituvat, tuikeilmaisimen fotodetektorin lähdössä olevan pulssin amplitudi vaihtelee tapahtumasta toiseen. Se on yhdistetty:

fotonien keräämisprosessien tilastollinen luonne valodetektorilla ja sitä seuraava vahvistus,
eri todennäköisyydellä fotonien toimittamisen valoilmaisimeen tuikeen eri kohdista,
näytetyn fotonimäärän leviämisen kanssa.

Tämän seurauksena tilastollisesti kertyneessä energiaspektrissä viiva (joka ideaaliselle ilmaisimelle edustaisi delta-funktiota ) osoittautuu epäselväksi, se voidaan usein [2] esittää Gaussina , jonka dispersio on σ 2 . Ilmaisimen energiaresoluutiolle ominaisena ominaisuutena on standardipoikkeama σ ( dispersion neliöjuuri ) ja useammin viivan koko leveys puolikorkeudessa (FWHM, englanniksi. Full Width on Half Maximum ; joskus kutsutaan puolileveydeksi ), joka liittyy viivan mediaaniin ja ilmaistaan prosentteina. FWHM Gaussilaiset ovat kertaa σ . Koska energiaresoluutio on energiariippuvainen (tyypillisesti verrannollinen E -1/2 :een ), se tulisi määrittää tietylle energialle. Useimmiten resoluutio annetaan cesium-137 gammalinjan energialle ( 661,7 keV ). $2{\sqrt {2\ln 2}}\noin 2{,}355$

Flash-aika

Emissioajaksi kutsutaan aikaa, jonka aikana nopeasti varautuneen hiukkasen kautta virittynyt tuike absorboitunut energia muuttuu valosäteilyksi. Tuikeemission riippuvuus ajasta hiukkasen absorption hetkestä (luminesenssikäyrä) voidaan yleensä esittää pienenevänä eksponenttina tai yleensä useiden pienenevien eksponentien summana:

\displaystyle I\sim \sum _{i}A_{i}\exp(-t/\tau _{i}).

Kaavan termi, jolla on suurin amplitudi ja aikavakio , kuvaa tuikkeen kokonaisluminesenssiaikaa. Lähes kaikilla nopean emission jälkeen tuikeilla on hitaasti laskeva jälkihehkun "häntä", joka on usein haitaksi havaittujen hiukkasten laskentanopeuden aikaresoluution kannalta. ${\displaystyle \displaystyle A_{i))$ ${\displaystyle \tau _{i))$

Yleensä useiden eksponentien summa yllä olevassa kaavassa voidaan esittää riittävällä tarkkuudella käytännössä kahden eksponentin summana:

I=A\exp \left(-{\frac {t}{{\tau }_{f}}}\right)+B\exp \left(-{\frac {t}{{\tau }_{s}}}\right).

missä on "nopean" emission aikavakio ,

{\displaystyle \tau _{f))

{\displaystyle \tau _{s))

- "hitaan" valaistuksen aikavakio,

{\näyttötyyli A,\ }

B

ovat hehkun ja jälkihehkun amplitudit, vastaavasti.

Hehkun ja jälkihehkun amplitudit riippuvat tuikeessa absorboidusta energiasta, nopeiden hiukkasten ionisaatiokyvystä ja gammasäteistä. Esimerkiksi seostetuissa bariumfluoridista valmistetuissa tuikeissa gamma - kvantin absorption aiheuttaman hehkun amplitudi ylittää merkittävästi alfahiukkasen absorption aiheuttaman hehkun amplitudin, jonka absorptiossa päinvastoin jälkihehkun amplitudi vallitsee. Tämä ilmiö mahdollistaa ionisoivan säteilyn luonteen erottamisen.

Epäorgaanisten tuikelaitteiden tyypillinen hehkuaika on sadoista nanosekunneista kymmeniin mikrosekunteihin. Orgaaniset tuikeaineet (muovi ja neste) välähtävät nanosekunnissa.

Säteilyvoimakkuus

Säteilytetyt tuikeaineet hajoavat vähitellen. Säteilyannosta, jonka tuike kestää ilman merkittävää ominaisuuksien heikkenemistä, kutsutaan säteilyvoimakkuudeksi.

Sammutuskerroin

Luonteeltaan erilaiset hiukkaset, joilla on sama energia, antavat yleisesti ottaen erilaisen valotehon, kun ne absorboituvat tuikelaitteeseen. Hiukkaset, joilla on korkea ionisaatiotiheys ( protonit , alfa-hiukkaset, raskaat ionit , fissiofragmentit) tuottavat vähemmän fotoneja useimmissa tuikeputkissa kuin gammasäteet, beetahiukkaset , myonit tai röntgensäteet . Tietyn tyyppisten hiukkasten valontuoton suhdetta saman energian omaavien gammasäteiden valotehoon kutsutaan sammutuskertoimeksi ( englannin kielestä quenching - "sammutus"). Elektronien (beeta-hiukkasten) sammutuskerroin on yleensä lähellä yksikköä. Alfahiukkasten sammutustekijää kutsutaan α/β- suhteeksi; monien orgaanisten tuikeaineiden kohdalla se on lähellä 0,1.

Epäorgaaniset tuikeaineet (aktivaattori on merkitty suluissa)

	Valaistusaika , µs	Emissiospektrin maksimi , nm	Tehokkuussuhde ( suhteessa antraseeniin ) _	Merkintä
NaI ( Tl )	0,25	410	2.0	hygroskooppinen
CsI ( Tl )	0.5	560	0.6	fosforesenssi
LiI ( Sn )	1.2	450	0.2	erittäin hygroskooppinen
LiI ( Eu )				erittäin hygroskooppinen
ZnS ( Ag )	1.0	450	2.0	jauhe
CdS ( Ag )	1.0	760	2.0	pieniä yksittäiskiteitä

Epäorgaaniset tuikeaineet

Useimmiten tuikeina käytetään epäorgaanisia yksittäiskiteitä. Joskus valotehon lisäämiseksi kide seostetaan aktivaattorilla (tai ns. seostusaineella). Siten NaI(Tl)-tuikeaineessa natriumjodidin kiteinen matriisi sisältää talliumia aktivoivia keskuksia (epäpuhtaus prosentin sadasosien tasolla). Scintillaattorit, jotka hehkuvat ilman aktivaattoria, kutsutaan luontaisiksi .

Epäorgaaniset keraamiset tuikeaineet

Läpinäkyviä keraamisia tuikeaineita valmistetaan läpinäkyvistä keraamisista materiaaleista , jotka perustuvat Al 2 O 3 (Lukalox), Y 2 O 3 (Ittralox) -oksideihin ja Y 3 Al 5 O 12 - ja YAlO 3 -oksidien johdannaisiin sekä MgO:iin, BeO: iin [3] .

Orgaaniset tuikeaineet

	$\lambda _{\max }$ päästöt [nm]	Valaistusaika [ ns]	Valon tuotto (suhteessa NaI:hen)
Naftaleeni	348	96	0.12
Antraseeni	440	kolmekymmentä	0.5
paraterfenyyli	440	5	0,25

Orgaaniset tuikeaineet ovat yleensä kaksi- tai kolmikomponenttisia seoksia [4] . Ensisijaiset fluoresenssikeskukset virittyvät sattuvien hiukkasten aiheuttaman virityksen vuoksi. Kun nämä viritetyt tilat vaimenevat , valo säteilee ultraviolettiaallonpituusalueella . Tämän ultraviolettivalon absorptiopituus on kuitenkin melko lyhyt: fluoresenssikeskukset ovat läpinäkymättömiä omalle emittoidulle valolleen.

Valon tuotto suoritetaan lisäämällä tuikelaitteeseen toinen komponentti, joka absorboi alun perin emittoidun ultraviolettivalon ja säteilee sitä isotrooppisesti pidemmillä aallonpituuksilla (ns. spektrinsiirtäjä tai shifter ).

Orgaanisten tuikeaineiden kaksi aktiivista aineosaa joko liuotetaan orgaaniseen nesteeseen tai sekoitetaan orgaanisen materiaalin kanssa polymeerisen rakenteen muodostamiseksi. Tämän tekniikan avulla on mahdollista valmistaa minkä tahansa geometrisen muodon ja kokoinen nestemäinen tai muovinen tuike. Useimmissa tapauksissa tuikelevyt valmistetaan paksuudeltaan 1-30 mm.

Orgaanisilla tuikeilla on paljon lyhyemmät välähdysajat (muutaman kymmenien nanosekuntien luokkaa) verrattuna epäorgaanisiin tuikeisiin, mutta niiden valoteho on pienempi .

Myös muita orgaanisia tuikeaineita on olemassa, kuten amerikkalainen yritys BICRON . Scintillaattorit Bicron BC 400…416 valmistetaan polyvinyylitolueenin pohjalta [5] [6] .

Gas scintillators

Kaasutuikelaskurit käyttävät atomien lähettämää valoa, joka virittyy varautuneiden hiukkasten vuorovaikutuksessa niiden kanssa ja palaa sitten perustilaan. Kiihtyneiden tasojen elinajat ovat nanosekunnin alueella. Valon saanto kaasutuikeissa on verrattain alhainen johtuen kaasujen alhaisesta tiheydestä. Nesteytettyjä inerttejä kaasuja voidaan kuitenkin käyttää myös kaasutuikeina.

Nestemäiset tuikeaineet

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Ydinsäteilyn ilmaisimet - artikkeli Great Soviet Encyclopediasta .
↑ Joissakin tapauksissa tuikespektrin viivat voivat poiketa suuresti Gaussin spektristä, esimerkiksi epäsymmetrian takia.
↑ Yleiskatsaus keramiikan historiaan . Haettu 11. maaliskuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 29. toukokuuta 2008. (määrätön)
↑ Perkins D. Johdatus korkean energian fysiikkaan. - M., Mir , 1975. - s. 71-73
↑ BICRON tuikemateriaalien ominaisuudet Arkistoitu 8. joulukuuta 2008 Wayback Machinessa
↑ BICRONin virallinen verkkosivusto Arkistoitu 15. maaliskuuta 2008 Wayback Machinessa