Detectorul de scintilații: principiul de funcționare

Detectoarele de scintilație sunt un tip de aparate de măsură, concepute pentru înregistrarea particulelor elementare. Caracteristica lor este utilizarea sistemelor sensibile la lumină. Aceste instrumente au fost folosite pentru prima dată în 1944 pentru a măsura. pentru măsurarea radiațiilor de uraniu. Există mai multe tipuri de detectoare, în funcție de tipul de agent utilizat.

Scop

Detectoarele de scintilații sunt utilizate pe scară largă în următoarele scopuri:

• Detectarea contaminării cu radiații mediu;
• analiza materialelor radioactive și alte examinări fizico-chimice;
• Utilizați ca element de declanșare pentru sisteme de detectare mai complexe;
• analiza spectrometrică a substanțelor
• Componenta de semnalizare în sistemele de protecție împotriva radiațiilor (de exemplu, echipamentul de măsurare a radiațiilor pentru a avertiza atunci când o navă a intrat într-o zonă contaminată).

Scintilatoarele pot efectua atât o înregistrare calitativă a radiației, cât și să măsoare magnitudinea energiei acesteia.

Dispozitiv de detectare

O schemă a unui detector de radiații de scintilație este prezentată în figura de mai jos.

Elementele de bază ale aparatului sunt următoarele:

• tub fotomultiplicator;
• Un scintilator conceput pentru a transforma excitația rețelei cristaline în lumină vizibilă și a o transmite la un traductor optic;
• Contactul optic între primele două dispozitive;
• regulator de tensiune;
• Un sistem electronic pentru înregistrarea impulsurilor electrice.

Tipuri

Clasificările sunt după cum urmează tipuri de bază Detectoarele cu scintilație în funcție de tipul de materie care devine fluorescentă atunci când este expusă la radiație:

• Contoare de halogenuri alcaline anorganice. Ei folosesc pentru a detecta radiațiile alfa, beta, gama și neutronice. În industrie se produc mai multe tipuri de monocristale: iodură de sodiu, cesiu, potasiu și litiu, sulfat de zinc, tungstați de metale alcalino-pământoase. Ele sunt activate de amestecuri speciale.
• Monocristale organice și soluții clare. Prima grupă include: antracenul, tolanul, trans-stilbena, naftalina și alți compuși; a doua grupă include terfenilul, amestecurile de antracen și naftalină și soluțiile solide din materiale plastice. Acestea sunt utilizate pentru măsurători de timp și pentru înregistrarea neutronilor rapizi. Fără aditivi de activare în scintilatoarele organice.
• Mediu gazos (He, Ar, Kr, Xe). Astfel de detectoare sunt utilizate în în principal pentru Detectoare de fragmente de fisiune ale nucleelor grele. Lungimea de undă de emisie se află în spectrul ultraviolet și, prin urmare, necesită fotodiode adecvate.

Pentru detectoarele de scintilație cu neutroni cu energie cinetică de până la 100 keV, cristalele de sulfură de zinc activate de izotopul de bor cu numărul de masă 10 și ⁶Li. Pentru a detecta particulele alfa, sulfura de zinc este depusă într-un strat subțire pe un substrat transparent.

Dintre compușii organici, materialele plastice de scintilație sunt cele mai comune. Acestea sunt soluții de material luminescent în materiale plastice cu greutate moleculară mare. Cele mai comune materiale plastice pentru scintilații sunt pe bază de polistiren. Plăcile subțiri sunt folosite pentru a înregistra razele alfa și beta, în timp ce plăcile groase sunt folosite pentru raze gamma și raze X. Acestea sunt disponibile sub formă de cilindri transparenți și lustruiți. Comparativ cu alte tipuri de scintilatori, scintilatorii din plastic oferă o serie de avantaje:

• Timp de expunere mai scurt;
• rezistente la deteriorări mecanice și la umiditate;
• Consecvența performanțelor la nivel înalt doze de iradiere radiații;
• costuri reduse;
• ușurința de fabricare;
• eficiență ridicată de înregistrare.

Tuburi fotomultiplicatoare

Un tub fotomultiplicator servește ca principală componentă funcțională a acestui aparat. Este un sistem de electrozi montați într-un tub de sticlă. Pentru a fi protejat împotriva câmpurilor magnetice externe, acesta este închis într-un înveliș metalic dintr-un material cu permeabilitate magnetică ridicată. Se evită astfel interferențele electromagnetice.

În tubul fotomultiplicator, flash-ul de lumină este transformat într-un impuls electric, iar curentul electric este amplificat prin emisia secundară de electroni. Cantitatea de curent depinde de numărul de dinozi. Electronii sunt focalizați de câmpul electrostatic care depinde de forma electrozilor și de potențialul dintre ei. Knocked out particule încărcate accelerat în spațiul interelectrodic și intră în următorul dinod, provocând o altă emisie. Astfel, numărul de electroni este mărit cu un multiplu.

Detector de scintilație: principiul de funcționare

Tuburile fotomultiplicatoare funcționează în felul următor:

1. Particula încărcată intră în substanța de lucru a scintilatorului.
2. Ionizarea și excitarea moleculelor unui cristal, soluție sau gaz.
3. Moleculele emit fotoni și revin la o stare de echilibru după milisecunde.
4. Într-un tub fotomultiplicator, flash-ul de lumină "se acumulează" și lovește anodul.
5. Circuitul anodic amplifică și măsoară curentul electric.

Pe baza principiul de funcționare detectorul de scintilație se bazează pe fenomenul de luminescență. Principala caracteristică a acestor instrumente este eficiența de conversie, care reprezintă raportul dintre energia de explozie a luminii și energia pierdută de o particulă în materialul activ al unui scintilator.

Avantaje și dezavantaje

Avantajele detectoarelor de radiații de scintilație sunt următoarele

• Eficiență ridicată de detecție, în special în cazul razelor gamma de lungime de undă scurtă cu energie mare
• o bună rezoluție temporală, adică cele două obiecte pot fi imaginate separat (până la 10^-10 с);
• Măsurarea energiei particulelor care sunt înregistrate în același timp;
• posibilitatea de a realiza contoare în diferite forme, soluție tehnică simplă.

Dezavantajele acestor contoare sunt sensibilitatea lor scăzută la particulele de energie joasă. Atunci când acestea sunt utilizate în spectrometre, prelucrarea datelor obținute devine mult mai complicată, deoarece spectrul are o formă complexă.