Сцинтилляционные методы.

Первый сцинтилляционный детектор, названный спинтарископом, представлял собой экран, покрытый слоем ZnS. Вспышки, возникавшие при попадании в него заряженных частиц, фиксировались с помощью микроскопа.

Возникновение кратковременных вспышек света (сцинтилляций) известно давно. Существует ряд веществ (бензол, нафталин, сернистый цинк с серебром и т.д.), которые дают световую вспышку (сцинтилляцию) при прохождении через них ионизирующего излучения. Эту вспышку можно зарегистрировать как просто глазом, так и соответствующим прибором, преобразующим световой сигнал в электрический. Начиная с 1944 г. световые вспышки от сцинтиллятора регистрируют фотоэлектронными умножителями (ФЭУ). Позже для этих целей стали использовать также светодиоды. Сцинтиллятор может быть органическим (кристаллы, пластики или жидкости) или неорганическим (кристаллы или стекла). Используются также газообразные сцинтилляторы. В качестве органических сцинтилляторов часто используются антрацен (C₁₄H₁₀), стильбен (C₁₄H₁₂), нафталин (C₁₀H₈). Жидкие сцинтилляторы обычно известны под фирменными именами (например NE213). Пластиковые и жидкие сцинтилляторы представляют из себя растворы органических флуоресцирующих веществ в прозрачном растворителе. Например, твердый раствор антрацена в полистироле или жидкий раствор р-терфенила в ксилоле. Концентрация флуоресцирующего вещества обычно мала и регистрируемая частица возбуждает в основном молекулы растворителя. В дальнейшем энергия возбуждения передается молекулам флуоресцирующего вещества. В качестве неорганических кристаллических сцинилляторов используются ZnS, NaI(Tl), CsI, Bi₄Ge₃O₁₂ (BGO) и др. В качестве газовых и жидких сцинтилляторов используют инертные газы (Xe, Kr, Ar, He) и N.

Счетчик имеет два основных элемента: сцинтиллятор и фотоумножитель, преобразующий эти слабые вспышки света в электрические импульсы, которые усиливаются внутри этого же фотоумножителя в миллионы раз и более (рис.36.1.)

Рисунок 36.1.

Действие сцинтилляционного счетчика происходит следующим образом. Частица попадает в сцинтиллятор и взаимодействуют с атомами плотной среды сцинтиллятора. При этом некоторое количество атомов вещества, составляющего сцинтиллятор, переходит в возбужденное состояние. Обратный переход атомов в нормальное состояние сопровождается импусканием света – люминисценцией. Различают два вида люминисценции – флуорисценцию и фосфоресценцию. В первом случае высвечивание атома происходит почти мгновенно, во втором – возбужденные молекулы находятся в метастабильном состоянии неопределенное время.

Достоинства сцинтилляционных счетчиков:

1. Высокая чувствительность ко всем видам ядерных излучений

2. Большая разрешающая способность

3. Способность различать частицы по энергиям и измерять ее.

Таким образом, сцинтилляционный счетчик, соединяя в себе достоинства пропорционального счетчика и счетчика Гейгера-Мюллера, обладает при этом превосходящей их эффективностью и разрешающей способностью.

37. Счётчик Гейгера.

Это устройство представляет собой стеклянную трубку, наполненную газом, в которую введены два электрода. Одни является цилиндрической поверхностью, другой тонкой проволокой, проходящей с одного торца к другому, по оси цилиндра.

К электродам подводится напряжение. При пролёте через такую трубку заряженной Частицы, молекулы газа ионизируются, образовавшиеся ионы разгоняются электрическим полем и в свою очередь ионизируют другие молекулы, в результате чего образуется лавина ионов. В этот момент по электрической цепи, в которую включена трубка, проходит ток в виде импульса. Процесс повторяется при каждом пролёте частицы, и электронный прибор регистрирует и считает число пролетевших частиц. Счётчик Гейгера играет большую роль при изучении радиоактивности, радиоактивного заражения, при измерении доз, полученных в заражённых зонах.

Рисунок 37.1. Схема стеклянного счётчика Гейгера - Мюллера:

1 - герметически запаянная стеклянная трубка;

2 - катод (тонкий слой меди на трубке из нержавеющей стали);

3 - вывод катода; 4 - анод (тонкая натянутая нить).