Scintillatiedetectoren zijn een van de soorten meetapparatuur die is ontworpen om elementaire deeltjes te detecteren. Hun kenmerk is dat het lezen plaatsvindt door het gebruik van lichtgevoelige systemen. In 1944 werden deze instrumenten voor het eerst gebruikt om de straling van uranium te meten. Er zijn verschillende soorten detectoren, afhankelijk van het type werkende agent.
Bestemming
Scintillatiedetectoren worden veel gebruikt voor de volgende doeleinden:
- registratie van stralingsvervuiling van de omgeving;
- analyse van radioactieve materialen en andere fysische en chemische studies;
- gebruik als een element om complexere detectorsystemen te lanceren;
- spectrometrische studie van stoffen;
- signaleringscomponent in stralingsbeschermingssystemen (bijvoorbeeld dosimetrische apparatuur die is ontworpen om te informeren over het binnenvaren van een schip in een zone met radioactieve besmetting).
Tellers kunnen zowel kwaliteitsregistratie producerenstraling en meet de energie ervan.
Opstelling detectoren
De basisstructuur van een scintillatiestralingsdetector wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.
De belangrijkste elementen van de apparatuur zijn als volgt:
- fotomultiplier;
- scintillator ontworpen om de excitatie van het kristalrooster om te zetten in zichtbaar licht en door te geven aan de optische converter;
- optisch contact tussen de eerste twee apparaten;
- spanningsstabilisator;
- elektronisch systeem voor het opnemen van elektrische impulsen.
Typen
Er is de volgende classificatie van de belangrijkste soorten scintillatiedetectoren volgens het type stof dat fluoresceert bij blootstelling aan straling:
- Anorganische alkalihalogenidemeters. Ze worden gebruikt om alfa-, bèta-, gamma- en neutronenstraling te registreren. In de industrie worden verschillende soorten eenkristallen geproduceerd: natriumjodide, cesium, kalium en lithium, zinksulfide, aardalkalimetaalwolframaat. Ze worden geactiveerd met speciale onzuiverheden.
- Organische eenkristallen en transparante oplossingen. De eerste groep omvat: antraceen, tolaan, trans-stilbeen, naftaleen en andere verbindingen, de tweede groep omvat terfenyl, mengsels van antraceen met naftaleen, vaste oplossingen in kunststoffen. Ze worden gebruikt voor tijdmetingen en voor het detecteren van snelle neutronen. Activerende additieven in organische scintillatoren zijn niet:bijdragen.
- Gasmedium (He, Ar, Kr, Xe). Dergelijke detectoren worden voornamelijk gebruikt om splijtingsfragmenten van zware kernen te detecteren. De golflengte van de straling ligt in het ultraviolette spectrum, dus ze hebben geschikte fotodiodes nodig.
Voor scintillatieneutronendetectoren met een kinetische energie tot 100 keV worden zinksulfidekristallen geactiveerd met een boorisotoop met massagetal 10 en 6Li gebruikt. Bij het registreren van alfadeeltjes wordt zinksulfide in een dunne laag op een transparante ondergrond aangebracht.
Van de organische verbindingen worden scintillatiekunststoffen het meest gebruikt. Het zijn oplossingen van lichtgevende stoffen in hoogmoleculaire kunststoffen. Meestal worden scintillatiekunststoffen gemaakt op basis van polystyreen. Dunne platen worden gebruikt voor het registreren van alfa- en bètastraling en dikke platen voor gamma- en röntgenstraling. Ze worden geproduceerd in de vorm van transparant gepolijste cilinders. In vergelijking met andere soorten scintillatoren hebben plastic scintillatoren verschillende voordelen:
- korte flitstijd;
- weerstand tegen mechanische schade, vocht;
- constante kenmerken bij hoge doses stralingsblootstelling;
- lage kosten;
- makkelijk te maken;
- hoge registratie-efficiëntie.
Fotomultipliers
Het belangrijkste functionele onderdeel van deze apparatuur is een fotomultiplicator. Het is een systeem van gemonteerde elektrodenin een glazen buis. Om te beschermen tegen externe magnetische velden, is het geplaatst in een metalen behuizing gemaakt van een materiaal met een hoge magnetische permeabiliteit. Dit schermt elektromagnetische interferentie af.
In de fotomultiplier wordt de lichtflits omgezet in een elektrische impuls, en ook de elektrische stroom wordt versterkt als gevolg van de secundaire emissie van elektronen. De hoeveelheid stroom hangt af van het aantal dynodes. De focussering van elektronen vindt plaats door het elektrostatische veld, dat afhangt van de vorm van de elektroden en de potentiaal daartussen. De uitgeschakelde geladen deeltjes worden versneld in de interelektroderuimte en vallen op de volgende dynode en veroorzaken een nieuwe emissie. Hierdoor neemt het aantal elektronen meerdere keren toe.
Scintillatiedetector: hoe het werkt
Tellers werken als volgt:
- Geladen deeltje komt de werkende substantie van de scintillator binnen.
- Ionisatie en excitatie van kristal-, oplossings- of gasmoleculen vindt plaats.
- Moleculen zenden fotonen uit en na een miljoenste van een seconde komen ze weer in evenwicht.
- In de fotomultiplier wordt de lichtflits "versterkt" en raakt de anode.
- Het anodecircuit versterkt en meet de elektrische stroom.
Het werkingsprincipe van de scintillatiedetector is gebaseerd op het fenomeen luminescentie. Het belangrijkste kenmerk van deze apparaten is de conversie-efficiëntie - de verhouding tussen de energie van een lichtflits en de energie die verloren gaat door een deeltje in de werkzame stof van de scintillator.
Voors en tegens
De voordelen van scintillatiestralingsdetectoren zijn:
- hoge detectie-efficiëntie, vooral voor kortegolf-gammastralen met hoge energie;
- goede temporele resolutie, dat wil zeggen, de mogelijkheid om een afzonderlijk beeld van twee objecten te geven (het bereikt 10-10 s);
- gelijktijdige meting van de energie van gedetecteerde deeltjes;
- mogelijkheid om tellers in verschillende vormen te vervaardigen, eenvoud van technische oplossing.
De nadelen van deze tellers is de lage gevoeligheid voor deeltjes met lage energie. Wanneer ze worden gebruikt als onderdeel van spectrometers, wordt de verwerking van de verkregen gegevens veel gecompliceerder, omdat het spectrum een complexe vorm heeft.
