Detectoarele de scintilație sunt unul dintre tipurile de echipamente de măsurare concepute pentru a detecta particulele elementare. Caracteristica lor este că citirea are loc prin utilizarea sistemelor sensibile la lumină. Pentru prima dată aceste instrumente au fost folosite în 1944 pentru a măsura radiația uraniului. Există mai multe tipuri de detectoare, în funcție de tipul de agent de lucru.
Destinație
Detectoarele de scintilație sunt utilizate pe scară largă în următoarele scopuri:
- înregistrarea poluării prin radiații a mediului;
- analiza materialelor radioactive și alte studii fizice și chimice;
- utilizare ca element pentru lansarea unor sisteme de detectoare mai complexe;
- studiu spectrometric al substanțelor;
- componentă de semnalizare în sistemele de protecție împotriva radiațiilor (de exemplu, echipamente dozimetrice concepute pentru a notifica despre intrarea unei nave într-o zonă de contaminare radioactivă).
Contoarele pot produce atât înregistrări de calitateradiația și măsurați-i energia.
Aranjament detectoare
Structura de bază a unui detector de radiații cu scintilație este prezentată în figura de mai jos.
Elementele principale ale echipamentului sunt următoarele:
- fotomultiplicator;
- scintilator conceput pentru a converti excitația rețelei cristaline în lumină vizibilă și a o transmite convertorului optic;
- contact optic între primele două dispozitive;
- stabilizator de tensiune;
- sistem electronic pentru înregistrarea impulsurilor electrice.
Tipuri
Există următoarea clasificare a principalelor tipuri de detectoare de scintilație în funcție de tipul de substanță care emite fluorescență atunci când este expus la radiații:
- Contoare de halogenuri alcaline anorganice. Sunt folosite pentru a înregistra radiațiile alfa, beta, gama și neutroni. În industrie se produc mai multe tipuri de monocristale: iodură de sodiu, cesiu, potasiu și litiu, sulfură de zinc, tungstate de metale alcalino-pământoase. Sunt activate cu impurități speciale.
- Monocristale organice și soluții transparente. Prima grupă include: antracen, tolan, trans-stilben, naftalenă și alți compuși, a doua grupă include terfenil, amestecuri de antracen cu naftalenă, soluții solide din materiale plastice. Ele sunt utilizate pentru măsurarea timpului și pentru detectarea neutronilor rapizi. Aditivii de activare din scintilatoarele organice nu suntcontribuie.
- Mediu gazos (He, Ar, Kr, Xe). Astfel de detectoare sunt utilizate în principal pentru a detecta fragmente de fisiune ale nucleelor grele. Lungimea de undă a radiației este în spectrul ultraviolet, așa că necesită fotodiode adecvate.
Pentru detectoarele de neutroni cu scintilație cu o energie cinetică de până la 100 keV, se folosesc cristale de sulfură de zinc activate cu un izotop de bor cu un număr de masă de 10 și 6Li. La înregistrarea particulelor alfa, sulfura de zinc este aplicată într-un strat subțire pe un substrat transparent.
Dintre compușii organici, materialele plastice de scintilație sunt cele mai utilizate. Sunt soluții de substanțe luminiscente din materiale plastice cu moleculare în altă. Cel mai adesea, materialele plastice de scintilație sunt realizate pe bază de polistiren. Plăcile subțiri sunt folosite pentru a înregistra radiațiile alfa și beta, iar plăcile groase sunt folosite pentru raze gamma și X. Sunt produse sub formă de cilindri lustruiți transparenti. În comparație cu alte tipuri de scintilatoare, scintilatoarele din plastic au mai multe avantaje:
- timp scurt de clipire;
- rezistență la deteriorări mecanice, umiditate;
- constanța caracteristicilor la doze mari de expunere la radiații;
- cost redus;
- ușor de făcut;
- eficiență ridicată a înregistrării.
fotomultiplicatori
Principala componentă funcțională a acestui echipament este un fotomultiplicator. Este un sistem de electrozi montațiîntr-un tub de sticlă. Pentru a proteja împotriva câmpurilor magnetice externe, acesta este plasat într-o carcasă metalică dintr-un material cu permeabilitate magnetică ridicată. Acest lucru protejează interferențele electromagnetice.
În fotomultiplicator, fulgerul luminos este transformat într-un impuls electric, iar curentul electric este, de asemenea, amplificat ca urmare a emisiei secundare de electroni. Cantitatea de curent depinde de numărul de dinode. Focalizarea electronilor are loc datorită câmpului electrostatic, care depinde de forma electrozilor și de potențialul dintre ei. Particulele încărcate eliminate sunt accelerate în spațiul interelectrod și, căzând pe următorul dinod, provoacă o altă emisie. Din această cauză, numărul de electroni crește de câteva ori.
Detector de scintilație: cum funcționează
Contoarele funcționează astfel:
- Particulele încărcate intră în substanța de lucru a scintilatorului.
- Apare ionizarea și excitarea moleculelor de cristal, soluție sau gaz.
- Moleculele emit fotoni și, după milioanemi de secundă, revin la echilibru.
- În fotomultiplicator, fulgerul de lumină este „amplificat” și lovește anodul.
- Circuitul anodului amplifică și măsoară curentul electric.
Principiul de funcționare al detectorului cu scintilație se bazează pe fenomenul luminiscenței. Principala caracteristică a acestor dispozitive este eficiența conversiei - raportul dintre energia unui fulger de lumină și energia pierdută de o particulă în substanța activă a scintilatorului.
Pro și contra
Beneficiile detectorilor de radiații cu scintilație includ:
- eficiență ridicată de detectare, în special pentru razele gamma cu unde scurte de în altă energie;
- rezoluție temporală bună, adică capacitatea de a oferi o imagine separată a două obiecte (atinge 10-10 s);
- măsurare simultană a energiei particulelor detectate;
- posibilitatea de a fabrica contoare de diverse forme, simplitatea soluției tehnice.
Dezavantajele acestor contoare sunt sensibilitatea scăzută la particulele cu energie scăzută. Când sunt utilizate ca parte a spectrometrelor, procesarea datelor obținute devine mult mai complicată, deoarece spectrul are o formă complexă.
