Scintilācijas detektori ir viens no mērīšanas iekārtu veidiem, kas paredzēti elementārdaļiņu noteikšanai. To iezīme ir tāda, ka nolasīšana notiek, izmantojot gaismas jutīgas sistēmas. Pirmo reizi šie instrumenti tika izmantoti urāna starojuma mērīšanai 1944. gadā. Ir vairāki detektoru veidi atkarībā no darba aģenta veida.
Galamērķis
Scintilācijas detektori tiek plaši izmantoti šādiem mērķiem:
- vides radiācijas piesārņojuma reģistrācija;
- radioaktīvo materiālu analīze un citi fizikāli ķīmiski pētījumi;
- izmantot kā elementu, lai palaistu sarežģītākas detektoru sistēmas;
- vielu spektrometriskā izpēte;
- signalizācijas komponents radiācijas aizsardzības sistēmās (piemēram, dozimetriskas iekārtas, kas paredzētas, lai paziņotu par kuģa iekļūšanu radioaktīvā piesārņojuma zonā).
Skaitītāji var nodrošināt gan kvalitatīvu reģistrācijustarojumu un izmērīt tā enerģiju.
Detektoru izvietojums
Scintilācijas starojuma detektora pamatstruktūra ir parādīta zemāk esošajā attēlā.
Aprīkojuma galvenie elementi ir šādi:
- fotopavairotājs;
- scintilators, kas paredzēts, lai kristāla režģa ierosmi pārvērstu redzamā gaismā un pārraidītu uz optisko pārveidotāju;
- optiskais kontakts starp pirmajām divām ierīcēm;
- sprieguma stabilizators;
- elektroniskā sistēma elektrisko impulsu ierakstīšanai.
Veidi
Pastāv šāda scintilācijas detektoru galveno tipu klasifikācija atbilstoši vielas veidam, kas fluorescē, pakļaujoties starojumam:
- Neorganisko sārmu halogenīdu mērītāji. Tos izmanto alfa, beta, gamma un neitronu starojuma reģistrēšanai. Rūpniecībā tiek ražoti vairāku veidu monokristāli: nātrija jodīds, cēzijs, kālijs un litijs, cinka sulfīds, sārmzemju metālu volframāti. Tie tiek aktivizēti ar īpašiem piemaisījumiem.
- Organiski monokristāli un caurspīdīgi risinājumi. Pirmajā grupā ietilpst: antracēns, tolāns, transstilbēns, naftalīns un citi savienojumi, otrajā grupā ietilpst terfenils, antracēna maisījumi ar naftalīnu, cietie šķīdumi plastmasā. Tos izmanto laika mērīšanai un ātro neitronu noteikšanai. Aktivizējošās piedevas organiskajos scintilātoros navsniegt ieguldījumu.
- Gāzes vide (He, Ar, Kr, Xe). Šādus detektorus galvenokārt izmanto smago kodolu dalīšanās fragmentu noteikšanai. Starojuma viļņa garums ir ultravioletajā spektrā, tāpēc tiem ir nepieciešamas atbilstošas fotodiodes.
Scintilācijas neitronu detektoriem ar kinētisko enerģiju līdz 100 keV izmanto cinka sulfīda kristālus, kas aktivēti ar bora izotopu ar masas skaitli 10 un 6Li. Reģistrējot alfa daļiņas, cinka sulfīds tiek uzklāts plānā kārtā uz caurspīdīgas pamatnes.
No organiskajiem savienojumiem visplašāk tiek izmantotas scintilācijas plastmasas. Tie ir luminiscējošu vielu šķīdumi augstas molekulārās plastmasas. Visbiežāk scintilācijas plastmasas tiek izgatavotas uz polistirola bāzes. Plānas plāksnes izmanto alfa un beta starojuma reģistrēšanai, bet biezās plāksnes izmanto gamma un rentgena stariem. Tie tiek ražoti caurspīdīgu pulētu cilindru veidā. Salīdzinot ar citiem scintilatoru veidiem, plastmasas scintilatoriem ir vairākas priekšrocības:
- īss mirgošanas laiks;
- izturība pret mehāniskiem bojājumiem, mitrumu;
- īpašību noturība pie lielām starojuma devām;
- zemas izmaksas;
- viegli pagatavojams;
- augsta reģistrācijas efektivitāte.
Fotoattēlu pavairotāji
Šīs iekārtas galvenā funkcionālā sastāvdaļa ir fotopavairotājs. Tā ir uzstādīta elektrodu sistēmastikla mēģenē. Lai aizsargātu pret ārējiem magnētiskajiem laukiem, tas tiek ievietots metāla korpusā, kas izgatavots no materiāla ar augstu magnētisko caurlaidību. Tas pasargā elektromagnētiskos traucējumus.
Fotopavairotājā gaismas zibspuldze tiek pārveidota par elektrisko impulsu, un arī elektriskā strāva tiek pastiprināta elektronu sekundārās emisijas rezultātā. Strāvas daudzums ir atkarīgs no dinadožu skaita. Elektronu fokusēšana notiek elektrostatiskā lauka dēļ, kas ir atkarīgs no elektrodu formas un potenciāla starp tiem. Izsistās lādētās daļiņas tiek paātrinātas starpelektrodu telpā un, krītot uz nākamās dinodes, izraisa vēl vienu emisiju. Pateicoties tam, elektronu skaits palielinās vairākas reizes.
Micināšanas detektors: kā tas darbojas
Skaitītāji darbojas šādi:
- Uzlādēta daļiņa nonāk scintilatora darba vielā.
- Notiek kristālu, šķīdumu vai gāzes molekulu jonizācija un ierosme.
- Molekulas izstaro fotonus un pēc sekundes miljondaļām atgriežas līdzsvarā.
- Fotopavairotājā gaismas zibspuldze tiek "pastiprināta" un skar anodu.
- Anoda ķēde pastiprina un mēra elektrisko strāvu.
Scintilācijas detektora darbības princips ir balstīts uz luminiscences fenomenu. Šo ierīču galvenā īpašība ir konversijas efektivitāte - gaismas zibspuldzes enerģijas attiecība pret enerģiju, ko pazaudē daļiņa scintilatora aktīvajā vielā.
Prusi un mīnusi
Scintilācijas starojuma detektoru priekšrocības ir šādas:
- augsta noteikšanas efektivitāte, īpaši augstas enerģijas īsviļņu gamma stariem;
- laba laika izšķirtspēja, tas ir, iespēja diviem objektiem piešķirt atsevišķu attēlu (tas sasniedz 10-10 s);
- vienlaicīga atklāto daļiņu enerģijas mērīšana;
- dažādu formu letes izgatavošanas iespēja, tehniskā risinājuma vienkāršība.
Šo skaitītāju trūkumi ir zemā jutība pret daļiņām ar zemu enerģiju. Ja tos izmanto kā daļu no spektrometriem, iegūto datu apstrāde kļūst daudz sarežģītāka, jo spektram ir sarežģīta forma.
