Folyékony szcintillációs detektorok
Sir William Crookes
Szcintillátorok - egy adott anyag rendelkezik azzal a képességgel, hogy fényt bocsátanak ki abszorpciója után ionizáló sugárzás, mint például, gamma-sugarak. Ellentétben például lumineszcencia gerjesztési akkor itt annak köszönhető, hogy az ionizációs és nem mechanikai behatásra. És alapvetően fény villog gyorsan bekövetkezik formájában instant flash-szem. Szintén jellemző a szcintillátor hogy a kibocsátott fotonok száma a típusú sugárzás közel arányos függőség az elnyelt sugárzás energiája. Így kiválaszthatja az energia spektruma sugárzás energia fáklyák.
Ezek a jellemzők lehetővé teszik a szcintillátor használni őket, mint egy alapot a közös osztály detektorok, amelyben a részecske szcintillációs, és a fénydetektor regisztrálja magát flash és energia.
Az első szcintillációs detektor megjelent 1903-ban, köszönhetően az angol fizikus Crookes. Azt mutatta, hogy nézve képernyőjén cink-szulfid, az alfa-besugárzott részecskék keresztül nagyító egy elsötétített szobában, akkor lehet megfigyelni a megjelenése egyéni rövid villanások - scintillations. Azt találtuk, hogy mindegyik ilyen önálló scintillations generált # 945; -Átlagos alá a képernyőn. Crookes egyszerű eszköz épült nevű spinthariscope Crookes, célja, hogy figyelembe # 945; részecskék (itt, a fénydetektor, illetőleg maga is kísérletező). Ezzel egyszerű technológia bevezetése élményt földrengető Rutherford diszperzióját alfa-részecskék arany magok.
Most, mint a fény érzékelők használatosak FEU - fotoelektron sokszorozó csöveket, valamint a, újabban, fénykibocsátó diódák.
Előnyök és a hátrányok szcintillátorokat
Az első előnye az ára szcintillátor. Technológiailag szcintillációs detektorok igen egyszerű, ezért olcsó. Ez lehetővé teszi azok használatát, ahol ez megköveteli a nagy számú érzékelők és nem a minőség (például, amint a későbbiekben tovább neutrínó detektorok, és a különböző kaloriméterek). Másodszor, ezek a detektorok meg tudja határozni az energia elveszett a szemcse a szcintillátor a repülés környezetre. Impulzus, és nem méri a koordináta (mert nagyon érzékeny photomultiplier ehhez szükséges mérési mágneses és elektromos mezők). A frakció energia detektált részecske átalakítható energiát vaku nevezzük fénykibocsátás. Például, a fénykibocsátás antracén körülbelül 0,05, ami körülbelül 1 és 50 eV foton nagy energiájú részecskék. Egy gyakran alkalmazott NaI fénykibocsátás mintegy 0,1 vagy 1 és 25 eV a foton. Elfogadott fénykibocsátás szcintillátort fénykibocsátás képest antracén, amelyet használnak, mint a standard.
Hátránya azonban az, hogy ez a nagyon energia szcintillátorok határoztuk kellően pontatlan (összehasonlítva a proporcionális számlálók és szilárdtest detektorok). Ez érinti csak sok tényező: a statisztikai jellege szcintillációs, hibás a PMT és sajátosságait szcintillátor kapcsolatos perzisztencia (fluoreszcens után szcintillációs, amelyet nehéz meghatározni az energia a következő részecske, és a kapcsolódó lumineszcencia, de különböző anyagból természete eltér ), valamint a formában a spektrum a szcintillátor. Ez vezet az a tény, hogy használja szcintillátorok precíziós érzékelők nem.
A szcintillátorok egy holtidő nagyságrendű mikroszekundum vagy tíz ns. Ez annak tulajdonítható, inkább érdemben a szcintillátor, mert egy pivot érzékelők elvégre ionizációs kamrák és sok más érzékelők holtidő lényegesen hosszabb.
A hátrányok közé tartozik, hogy nehéz szcintillátorok működésének néhány közülük. Mivel sok szcintillátorok higroszkópos, és ha nedves (vagy abszorbeáló vízgőz a levegőből) leállításához süt. Egy másik szükséges alacsony hőmérsékleten. Azonban, ez a probléma általában a legtöbb detektorok, és csak az azonos ebben a tekintetben szcintillátor detektorok, eléggé nehézkes, mint mások, ami gyakran szükséges, és az alacsony hőmérséklet és magas vákuumban.
Továbbá, a meghatározása a részecske energia szcintillátor bonyolítja, hogy a különböző részecskék energiát veszítenek eltérő módon és eltérő fényáramot. Az úgynevezett kvenching tényező tükrözi, hogy sokkal kevesebb foton ad nehéz részecskék, mint a fény.
TÍPUSOK szcintillátorokat
Amellett, hogy különböző fényességi tulajdonságokat, van még egy fontos gyakorlati különbség. Szervetlen kristályok nehéz nőnek nagy. Kristályok egyáltalán. A gáz szcintillátorok, üveg, műanyag és folyékony szcintillátorok lehet egy jelentős összeget.
MECHANISM szcintillációs
Re-kibocsátási molekuláris szinten
Általában, a mechanizmus a szcintillációs, hogy az izgalom által generált tompított részecske, először jön a bizonyos nem-kibocsátó közegben, és csak ezután jön a sugárzó központ. Általában azt is felszívódik váltókar ki anyagot bocsát ki a fényt a hullámhossz, ami a legjobban megkapja a PMT. A szervetlen kristályrács atomok gerjesztési transzfer lyuk-biztosított részben mechanizmust, és a sugárzó központok szennyeződések a kristály. A szerves szcintillátorok nem zonális izgatott szintjét minden anyagra általában, és molekuláris szinten az egyes atomok és a közlekedési bekövetkezik reradiation. Vizsgáljuk meg ezt részletesebben.
A szerves szcintillátorok hatása alatt az észlelt sugárzás egy molekula gerjesztett elektronikus állapotban. Szintén elérhető ionizációs és molekuláris disszociáció (ez vezet az öregedő szcintillátor).
A fénykibocsátás koncentrációjától függően a szcintilláló anyag
Ennek eredményeként a rekombináció az ionizált molekula, akkor általában kialakítva gerjesztett állapotban. Kezdetben a gerjesztett molekula lehet nagy gerjesztési szintek rövid idő alatt, és a kibocsátott nagy energiájú foton. Ez foton által elnyelt másik molekula, amelyben egy része a gerjesztési energia a molekula alkalmazható akár termikus mozgás, és ezt követően a kibocsátott foton már van egy kisebb energiát igényel, mint az előző. És ez így lesz, amíg az összes energia újra sugárzás nem megy át hőenergiává. De szcintillátorokban néhány apró (néhány százalék) hozzáadásával egy másik anyag, úgy, hogy lehet gerjeszteni foton sugározzuk bázikus anyag, majd bocsátanak más frekvencián. Szcintillátorhoz süt át rajta. A különlegessége abban rejlik, hogy ha egy kis mennyiségű sziporkázó anyag hozam alacsony, annak a ténynek köszönhető, hogy nem lesz kicsi az esélye a gerjesztés a molekulák és a nagy lesz kicsi annak a ténynek köszönhető, hogy a sugárzás lesz felszívódhat és energia megy át hőmozgás.
Továbbá, a szerves szcintillátorok bocsátanak ki elsősorban az UV-sáv vételére. Annak érdekében, hogy a szcintillátor világító optikai tartományok kerültek bevezetésre, mint említettük, egy speciális anyag - váltó, amely elnyeli az ultraibolya fényt, és újra bocsát ki a kívánt hullámhosszon. Például, ez használt oxazolil- benzol - POPOP.
CONCEPT DETEKTOR
Elvileg az érzékelő két részből áll: a kapacitás a szcintillátor és a fényt érzékelő. A tartályt kell körülvéve jó fényt visszaverő tükröt. PMT feltétlenül meg kell védeni a mágneses mező, amely az érzékeny. Meg kell elhelyezni, hogy az ő bizonyságtétele nem függ, hogy hol a járvány fordult elő a tartályban. Továbbá, az egész szerkezet kell árnyékolni, az idegen fényforrások.
JELLEMZŐI folyadék szcintillátor
Folyékony szcintillátorok - szcintilláló anyag megoldásokat bizonyos szerves folyadék. Jellemzőik szerves szcintillátorok, kibocsátási időt kicsi (a sorrendben tíz ns) és az alacsony hatékonyság, összehasonlításban is szerves kristályok. gerjesztési mechanizmus a fent leírt bármely szerves szcintillátorok.
Ezek szcintillátorok, annak a ténynek köszönhető, hogy ez egy folyadék, egyedi alkalmazási területei. Először is, a folyékony szcintillátorokban lehet minden gond nélkül az adalékok bevitelének érzékenyek adott típusú sugárzás. Például, a neutronok (Ezt a választóvonal által bevezetett reakcióval egy neutron izotópok). Másodszor, a folyékony szcintillátorok tehet bármilyen méretben. Ezek a szó szoros értelmében öntjük hatalmas tartályok, annak érdekében, hogy megbízhatóan érzékelni slaboreagiruyuschie részecskék olyan anyaggal (például, neutrínó). Hasonlóképpen, lehet, hogy minden szükséges nyomtatványok a kísérletet. Ehhez megfelelő kialakítja, ami szükséges mennyiség és a forma, a kapacitás szcintillátorokat PMT.
Így a folyékony szcintillátorok minőségileg eltérnek a többitől. Miközben szilárd szcintillátorok - kész, és gyakran nem túl nagy (kivéve műanyag), detektorok folyadék szcintillációs detektor szó emelni egy adott feladatot.
Különböző szemcsék folyékony registiriruyutsya stsiintillyatorah másképp. Az elektronok megbízhatóan rögzítették bármilyen szcintillációs detektorok. Jellemzője szerves folyadék szcintillátor és beleértve azt a tényt, hogy azok jobban rögzített alacsony energiájú nagy energiájú elektronok és rosszabb. Az ionok, protonok, és alfa részecskéket mutattunk nem ideális. Először is, mivel az erős ionizációs hatások, másrészt, mert a nagy tömegű. Ez egyrészt, az csökkenti a fénykibocsátás kis energiákon, másrészt, hogy az a tény, hogy a spektrum a könnyű és nehéz részecskék különböző. A nehéz részecskék általában erősebb, ha a utánvilágítás szcintillációs.
A neutronok kölcsönhatásba elektromágneses anyaggal. Ezért, annak érdekében, hogy regisztrálni őket, meg kell provzaimodeystoval egy neutron és a proton. Magukat elfogadható szerves detektorok regisztrálja gyors neutronok keresztül hidrogén-összetételükben. Regisztrálni a lassú neutronok, például akkor be a 6 Li vagy 10 B. Ezek az izotópok magas befogási keresztmetszet a lassú neutronok. A folyékony szcintillátort nehézség nélkül.
Végezetül, a Gamma-sugarak szükség van egy nagy atomi tömeg, nincsenek folyadék szcintillátorok, vagy nagy mennyiségű, mi van ott. A kimutatás a neutrínók nincs versenytárs, hiszen fontos, mindenekelőtt, a kötet az anyag.
PÉLDÁK folyékony szcintillátorok
A példák közé tartoznak ilyen elegyek például oldott p-terfenil (C18 H14) xilollal (C6 H4 (CH3) 2) kiegészített váltókar POPOP. Elég gyakran használják előtt szcintillátor. Amikor a koncentrációja p-terfinila 5 g / l a sűrűsége: 0,86 g / cm 3. A maximális fényesség esik 350 nm. villogó idő: 2 ns. Luminancia felé a NaJ: 0,25, viszonyítva antracén, rendre: 0,5. Egyéb, szokásosan használt oldószerek például a toluol, fenil-tsiklogesksan és PXE (PhenyloXylylethane). Vibráló anyagok: difenil (PPO) és detrafenilbutadien (PBD).
Most sok fajta Szcintillátorok, és gyakran a gyártó cég felhívja a saját nevét. A szolgáltatás azonban folyékony Szcintillátorok, hogy a kísérletvezető maga keverje a kívánt neki anyag detektor a vásárolt alapanyagokból. Ugyanezt a kristályok nyilván nem fog működni.
Folyadék szcintillációs számlálóval
Ez a módszer a radioaktivitás mérésével hatásos annak a ténynek köszönhető, hogy bármely emittált elektronok minden esetben beleesik a szcintillátor.
neutrínó detektor
Talán az egyik legérdekesebb alkalmazásai folyadék Szcintillátorok - ez alkalmazásuk neutrínó detektorok. A lényeg az, hogy egy neutrínó kölcsönhatásba rosszul az anyaggal. Szüksége van egy nagy mennyiségű érzékelő megbízhatóan kimutatható. Azonban ebben az esetben a probléma abban rejlik, hogy a tényleges regisztrációs kölcsönhatás is. Az egyik megoldás - az, hogy egy nagy mennyiségű folyadék szcintillációs detektorok. Ebben az esetben a reakció termékek könnyen nyomon szcintillációs és összehasonlítottuk az eredményeket számos photomultiplier meg tudja határozni a helyét a reakciót.
Az egyik ilyen detektor egy híres KamLAND (Kamioka Liquid szcintillátorhoz Anti-neutrínó detektor) - ez egy nagy neutrínó detektor a sziget Honshu Japánban. A kísérlet részt 12 amerikai és a japán intézmények. Ebben a detektort először nyert meggyőző bizonyíték neutrínóoszcilláció.
Az ötlet a kísérlet - volt az eredménye összehasonlításával antineutrinó fluxus mérések KamLAND és pontosan kiszámítani az áramlás antineutrinos származó reaktorok, Koreában és Japánban. A fő telepítési detektor egy kilótonnás folyékony szcintillátor átlátszó nejlon gömb átmérője 13 m (azt kell mondani, hogy most több nagy projektek 18-Tew kt szcintillátor). A szcintillátor áll oldatot 1-4 pszeudokumol dodekánban és egy kis hányadát a difenil, amely javítja a jellemzői a szcintillációs. A belső felületén acélgolyók 1879 található kétféle fotomultiplierek (17- és 20-es átmérőjű). Moment működésének minden PMT lánctalpas belül körülbelül 3,5 ns, amely lehetővé teszi, hogy ne csak az intézkedés az energia a rendezvény, hanem visszaállítja a helyzetét szcintillációs villog. A kísérlet eredménye volt, a regisztrációs 150 nap 54 antineutrinos, míg a becsült száma volt 86. A jelenléte a hiány a antineutrinó fluxus létezésére utal antineutrinó rezgések, azaz, az átmenet az elektron antineutrinó más típusú antineutrinos - müon vagy tau.
KÖVETKEZTETÉS
Folyékony szcintillátorok - egyedülálló, olcsó és könnyen használható eszköz rögzítésére mindenféle részecskéket. Ezek az alkalmazások azt mutatják, hogy azok nem folyadék pótlását szcintillátor. A kísérletek neutrínók ezek a detektorok, látszólag nagy jövőt.