Основные типы сцинтилляторов

Неорганические сцинтилляторы. Монокристаллы большого объема из NaJ(Tl) и CsJ(Tl) служат в основном для регистрации γ-излучения, так как имеют достаточно большие атомные номера. Z. У сцинтиллятора NaJ(Tl) одна из самых высоких конверсионных эффективностей, составляющая 0,153 для электронов, у CsJ(Tl) С _эфф = 0,06. Сцинтиллятор (С _эфф = 0,015) из монокристаллического LiJ(Eu), обогащенного изотопом ⁶Li, используется для регистрации медленных нейтронов с помощью реакции ⁶Li(n,α)³H. Большой интерес представляет также сернистый цинк ZnS(Ag), который используется для регистрации α-излучения, но из него не удается получить кристаллы заметных размеров (С _эфф = 0,1). Сцинтилляционный процесс в неорганических сцинтилляторах обусловлен диффузией и последующим захватом носителей электрического заряда или экситонов*, возникающих в кристалле под действием заряженных частиц, на локальные уровни энергии в запрещенной зоне. Элементы Tl, Eu и Ag служат активаторами. Например, NaJ(Tl) – читать: «натрий-йод, активированный таллием», аналогично и другие. Небольшое количество активатора (0,1 ÷ 0,3 %) образует в запрещенной зоне локальные энергетические уровни, необходимые для разделения спектров испускания и поглощения. Спектр испускаемых при этом фотонов люминесценции оказывается смещенным относительно спектра поглощения чистого кристалла. Время диффузии носителей и экситонов определяет время высвечивания 0,25 ÷ 1 мкс у неорганических сцинтилляторов.

Органические сцинтилляторы изготавливаются чаще всегоиз монокристаллических углеводородов (стильбен, антрацен, толан и др.), а также из жидких и твердых растворов этих ароматических соединений. Предназначаются для исследования энергетических распределений быстрых нейтронов по протонам отдачи, электронов и γ -квантов (тканеэквивалентные детекторы). Люминесценция во всех без исключения органических сцинтилляторах обусловлена электронными переходами в возбужденных молекулах. Органические сцинтилляторы имеют малое время высвечивания t ≈ 10^-9 ÷ I0^-8 c, конверсионная эффективность С _эфф составляет ≈ 0,03.

Жидкие органические сцинтилляторы. Эти материалы представляют собой жидкие органические растворители (толуол, ксилол и т. д.), активированные растворенными органическими сцинтилляторами, так как сами по себе растворители не обладают сцинтиллирующими свойствами. В качестве растворяемых сцинтилляторов чаще всего используют p -терфенил, 2,5-дефинилксазол, тетрафенилбутадиен. Могут использоваться в больших объемах. Введение соединений, содержащих бор или кадмий, делает жидкие сцинтилляторы эффективным средством регистрации нейтронов. Время высвечивания t ≈ (2 ÷ 3)·10^-9 c, конверсионная эффективность С _эфф ≈ 0,01 ÷ 0,02.

Пластические сцинтилляторы. Это твердые растворы некоторых органических сцинтилляторов в полистироле и поливинилтолуоле. Наибольшее распространение получил сцинтиллятор на основе 2% раствора p -терфенила в полистироле с добавкой 0,03 % тетрафенилбутадиена для смещения спектра испускания. Обладают такими же характеристиками, как и жидкие. В них также можно вводить различные соединения для увеличения эффективности регистрации нейтронов и γ-квантов.

Газовые сцинтилляторы. Чаще всего - благородные газы, такие как смесь ксенона с гелием. Могут использоваться в сжиженном виде. Спектры люминесценции лежат в области близкого ультрафиолета. Для перевода спектра излучения в видимую область применяют конверторы, вещества, которые преобразуют ультрафиолет в видимое свечение.

5.3. Фотоэлектронные умножители

Фотоэлектронные умножители (см. (2) на рис. 6.) используются для преобразования световых вспышек сцинтилляторов в электрические сигналы. Световые кванты, испущенные сцинтиллятором (1), падают сквозь прозрачное окно на фотокатод ФЭУ (3) и в результате фотоэффекта выбивают электроны. Вероятность фотону выбить фотоэлектрон характеризуют конверсионной эффективностью фотокатода или квантовым выходом γ, определяемым как отношение среднего числа фотоэлектронов на один падающий фотон с энергией, соответствующей максимуму спектральной чувствительности. Обычно значение γ составляет 0,1 ÷ 0,15. Фотокатоды ФЭУ обладают наибольшей чувствительностью в области видимого света (hν ≈ 3 эВ).

Фотоэлектроны ускоряются и фокусируются электрическим полем фокусирующего электрода (4) таким образом, чтобы достичь специального электрода, который называется динодом (5). Динод изготавливается из вещества с малой работой выхода, способного при бомбардировке электронами испускать вторичные электроны в количестве, превышающем число первичных в несколько раз. Электроны, вылетевшие из динода, вновь ускоряются электрическим полем и падают на следующий динод, также являющийся эмиттером вторичных электронов. При переходе от динода к диноду число электронов в каждом следующем поколении возрастает и, в зависимости от свойств и числа динодов, может превысить первоначальное число электронов, упавших с фотокатода на первый динод, в 10⁵ ÷ 10⁷ раз.

Дата добавления: 2015-07-08