Сцинтилляциялық детекторлар – элементар бөлшектерді анықтауға арналған өлшеу жабдығының түрлерінің бірі. Олардың ерекшелігі – оқу жарық сезгіш жүйелерді қолдану арқылы жүзеге асады. Бұл аспаптар алғаш рет 1944 жылы уранның сәулеленуін өлшеу үшін қолданылған. Жұмыс агентінің түріне байланысты детекторлардың бірнеше түрі бар.
Баратын жер
Сцинтилляциялық детекторлар келесі мақсаттарда кеңінен қолданылады:
- қоршаған ортаның радиациялық ластануын тіркеу;
- радиактивті материалдарды талдау және басқа физикалық және химиялық зерттеулер;
- күрделі детектор жүйелерін іске қосу үшін элемент ретінде пайдаланыңыз;
- заттарды спектрометриялық зерттеу;
- радиациядан қорғау жүйелеріндегі сигналдық құрамдас (мысалы, радиоактивті ластану аймағына кеменің кіруі туралы хабарлауға арналған дозиметриялық жабдық).
Есептегіштер екі сапа тіркеуін де жасай аладырадиация және оның энергиясын өлшеңіз.
Детекторлардың орналасуы
Сцинтилляциялық сәуле детекторының негізгі құрылымы төмендегі суретте көрсетілген.
Жабдықтың негізгі элементтері келесідей:
- фотокөбейткіш;
- сцинтиллятор кристалдық тордың қозуын көрінетін жарыққа түрлендіруге және оны оптикалық түрлендіргішке жіберуге арналған;
- алғашқы екі құрылғы арасындағы оптикалық контакт;
- кернеу тұрақтандырғышы;
- электрлік импульстарды тіркеуге арналған электронды жүйе.
Түрлері
Сәулелену әсерінен флуоресценцияланатын зат түріне сәйкес сцинтилляциялық детекторлардың негізгі түрлерінің келесі жіктелуі бар:
- Бейорганикалық сілтілі галогенидтер өлшегіштер. Олар альфа, бета, гамма және нейтрондық сәулеленуді тіркеу үшін қолданылады. Өнеркәсіпте монокристалдардың бірнеше түрі шығарылады: натрий йодиді, цезий, калий және литий, мырыш сульфиді, сілтілі жер металды вольфрамдар. Олар арнайы қоспалармен белсендірілген.
- Органикалық монокристалдар және мөлдір ерітінділер. Бірінші топқа: антрацен, толан, трансстильбен, нафталин және басқа қосылыстар, екінші топқа терфенил, антраценнің нафталинмен қоспалары, пластмассадағы қатты ерітінділер жатады. Олар уақытты өлшеу және жылдам нейтрондарды анықтау үшін қолданылады. Органикалық сцинтилляторлардағы белсендіретін қоспалар жоқүлес қосу.
- Газ ортасы (He, Ar, Kr, Xe). Мұндай детекторлар негізінен ауыр ядролардың бөліну фрагменттерін анықтау үшін қолданылады. Сәулеленудің толқын ұзындығы ультракүлгін спектрде, сондықтан олар сәйкес фотодиодтарды қажет етеді.
Кинетикалық энергиясы 100 кВ дейінгі сцинтилляциялық нейтронды детекторлар үшін массалық саны 10 және 6Li бор изотопымен белсендірілген мырыш сульфидінің кристалдары қолданылады. Альфа-бөлшектерді тіркеу кезінде мырыш сульфиді мөлдір субстратқа жұқа қабатта қолданылады.
Органикалық қосылыстардың ішінде сцинтилляциялық пластмассалар ең көп қолданылады. Олар жоғары молекулалы пластмассадағы люминесцентті заттардың ерітінділері. Көбінесе сцинтилляциялық пластик полистирол негізінде жасалады. Жұқа пластиналар альфа және бета-сәулеленуді тіркеу үшін, ал қалың пластиналар гамма және рентгендік сәулелер үшін қолданылады. Олар мөлдір жылтыратылған цилиндрлер түрінде шығарылады. Сцинтилляторлардың басқа түрлерімен салыстырғанда пластикалық сцинтилляторлардың бірнеше артықшылығы бар:
- қысқа жарқыл уақыты;
- механикалық зақымға, ылғалға төзімділік;
- сәулеленудің жоғары дозаларында сипаттамалардың тұрақтылығы;
- төмен құн;
- жасауы оңай;
- жоғары тіркеу тиімділігі.
Фотокөбейткіштер
Бұл жабдықтың негізгі функционалдық құрамдас бөлігі фотокөбейткіш болып табылады. Бұл орнатылған электродтар жүйесішыны түтікте. Сыртқы магнит өрістерінен қорғау үшін оны магниттік өткізгіштігі жоғары материалдан жасалған металл қаптамаға салады. Бұл электромагниттік кедергіні қорғайды.
Фотокөбейткіште жарық жарқылы электрлік импульске айналады, электрондардың екінші реттік эмиссиясы нәтижесінде электр тогы да күшейеді. Ток мөлшері динодтар санына байланысты. Электрондардың фокусталуы электродтардың пішініне және олардың арасындағы потенциалға байланысты электростатикалық өрістің әсерінен болады. Сығылған зарядталған бөлшектер электродаралық кеңістікте жеделдетіледі және келесі динодқа түсіп, басқа эмиссияны тудырады. Осыған байланысты электрондар саны бірнеше есе артады.
Сцинтилляция детекторы: ол қалай жұмыс істейді
Есептегіштер келесідей жұмыс істейді:
- Зарядталған бөлшек сцинтиллятордың жұмысшы затына түседі.
- Кристалл, ерітінді немесе газ молекулаларының иондануы және қозуы жүреді.
- Молекулалар фотондар шығарады және секундтың миллионнан бір бөлігінен кейін тепе-теңдікке оралады.
- Фотокөбейткіште жарық жарқылы «күшейтіліп» анодқа түседі.
- Анод тізбегі электр тогын күшейтеді және өлшейді.
Сцинтилляциялық детектордың жұмыс істеу принципі люминесценция құбылысына негізделген. Бұл құрылғылардың негізгі сипаттамасы түрлендіру тиімділігі болып табылады - жарық жарқылының энергиясының сцинтиллятордың белсенді затындағы бөлшек жоғалтқан энергияға қатынасы.
Артықшылықтары мен кемшіліктері
Сцинтилляциялық сәуле детекторларының артықшылықтарына мыналар жатады:
- жоғары анықтау тиімділігі, әсіресе жоғары энергиялық қысқа толқынды гамма-сәулелері үшін;
- жақсы уақытша ажыратымдылық, яғни екі нысанның жеке бейнесін беру мүмкіндігі (ол 10-10 с жетеді);
- анықталған бөлшектердің энергиясын бір уақытта өлшеу;
- әртүрлі пішіндегі есептегіштерді жасау мүмкіндігі, техникалық шешімнің қарапайымдылығы.
Бұл есептегіштердің кемшіліктері энергиясы төмен бөлшектерге сезімталдықтың төмендігі болып табылады. Оларды спектрометрлердің бөлігі ретінде пайдаланған кезде алынған мәліметтерді өңдеу әлдеқайда қиындайды, өйткені спектр күрделі пішінге ие.
