Lab Tartalomjegyzék

Fizikai átalakítási hatékonyság szcintillátort (vagy kimenő teljesítmény) az aránya az energia a fény villog, hogy Eb felszívódik a szcintillátor képernyőn töltött részecske energia E:

ahol Nb - teljes száma fotonok generált a szcintillátor képernyőn töltött részecske; νsv h - az átlagos energia egyetlen foton szcintillációs.

A magasabb konverziós hatékonyságot a szcintillátor, annál nagyobb az aránya a töltött részecske energia alakul át fény villog, így, következésképpen nagyobb amplitúdója jel egy és ugyanazon az elveszett energia detektor.

A hatásfoka szcintillátor egy intézkedés a spektroszkópiai tulajdonságait. Szcintillátorok lehet mennyiségileg összehasonlítva egymással tekintetében azok konverziós hatékonyságot. Ennél a konverzió hatásfoka általában NaI (Tl) hagyományosan tekinthető egységét. Így a relatív hatásfoka CsI (Tl) costavlyaet

Átlagos energiyaωf. által fogyasztott egy töltött részecske kialakulását a szcintillációs fotonok viszonya határozza meg

Az érték a h cv ωf és bizonyos típusú Szcintillátorok mutatjuk be az 1. táblázatban. Együtt a koncepció a fizikai mennyiség a konverziós hatékonyságot bevezetett technikai konverziós hatékonyságot:

ahol f - tényező figyelembe vételével a frakció fotonok megüt a fotokatódon a fotomuitipiikátor, a teljes fotonszám Nb. részecske képződik a szcintillátor. Tekintettel a kapcsolatok rögzített ingeramplitúdó kimenetén a fotomuitipiikátor kifejezve, az elektronok száma, ez:

ahol M - a nyereség a fotomuitipiikátor;  - kvantumhatásfok a fotoelektron sokszorozó katód, amely egyenlő a valószínűsége a foton kivonat egy elektront a fotokatód. Feltételezve, hogy minden együttható a képletben (4) összekötő amplitúdója az elnyelt energia nem függ az energia és részecskék fajlagos ionizációs energia veszteséget, az impulzus amplitúdója kimenetén a PMT arányos az elnyelt energia. Más szóval - szcintillációs detektorral rendelkezik azzal a tulajdonsággal az arányosság.

Úgy tűnik azonban, hogy a fizikai konverziós hatékonyságot, szigorúan véve, nem állandó, és függ az adott ionizációs energia a részecske veszteség. Például, egy kristály NaI (Tl) a jel amplitúdója a elektron körülbelül kétszer az amplitúdó a alfa-részecskék az azonos energia. A függőség jele az ionizációs energiaveszteség jellemezve együttható  (lásd. Táblázat. 1.). Ez az arány arányát jelenti a fizikai konverziós hatásfok besugárzás alatt a szcintillátor alfa-részecskékkel és elektronok, vagy ugyanaz az energia, ami ugyanaz, ebben az esetben, az arány a jelek amplitúdóit a fotoelektron-sokszorozó kimenet:

Így a szcintillációs detektor arányos a részecskék az egyik típusú, és az arányossági együttható típusától függ a detektált részecskék.

Lecsengési ideje a szcintillátor általában  az az idő, amely alatt az intenzitása a DNF / dt izzás. azaz a fotonok száma a szcintillációs flash-egységnyi idő faktorral csökken e. Ha például az összes fotont a flash egyébként Nb. és flash-intenzitása exponenciálisan csökken, az

Under sugárzást detektáló hatékonyságát  megérteni a valószínűsége, amellyel a részecske lehet kimutatni a detektor, azaz a ez az arány a száma detektált részecskék a részecskék száma csökken a szcintillátor:

η 

. A töltött részecske detektálás hatékonysága közel azonos legyen.

Az egyik fő előnye a szcintillációs detektor, hogy más típusú detektorok a magas észlelési hatékonyságát semleges sugárzás (gamma-sugarakkal és neutronok). Mint ismeretes, a kölcsönhatás a sugárzás és az anyag képződéséhez vezet a töltött részecskék, amelyeket azután rögzíti a detektor által. Így a hatékonysága kimutatására gamma-sugárzás és a neutronok fogja meghatározni a valószínűségét, hogy interakció a detektor anyagát. A gamma-detektálás hatékonysága egy keskeny sugárnyaláb geometriája alapján becsülhető:

ahol  - komplett lineáris abszorpciós együtthatóját a gamma-sugarak; X - vastagsága a szcintillátor. Méretfelismerés hatékonysága az effektív ös abszorber

(Nő a ), Tehát így hatékonyabb kimutatására gamma-sugarak használják szcintillátorok típusú NaI (Tl) vagy CsI (Tl) (lásd. Táblázat. 1).

Besorolás Szcintillátorok végezhetjük különböző okokból. két csoport kiemelkedik legtisztábban annak jellemzői: szerves és szervetlen.

Szerves szcintillátorok jellemzi viszonylag alacsony atomi szám (

6) és az alacsony sűrűségű (

1 ÷ 2 g / cm3). Szerves szcintillátorok jó időbeli felbontás (10 -9 - 10 -7 s). A hatékonyság a gamma-sugár szcintillátorok ilyen kis, így gyakran kimutatására használják a töltött részecskék. Szerves szcintillátorok közé tartoznak a szerves kristályok, folyékony és szilárd oldatok szcintillációs anyagok a monomerek és polimerek, valamint a szerves gázok.

Szervetlen szcintillátorok jellemzi nagy atomszámai (

25 50) és a nagy sűrűségű (

4 g / cm 3). A detektálás hatékonysága gamma-sugárzás detektorok olyan nagy. Az időbeli felbontása kisebb, mint a szerves szcintillátorok (

Szervetlen szcintillátorok közé tartoznak alkálifém-halogenideket, cink-szulfid és az oxid szcintillátorok és szcintillátorok alapuló nemesgázok (folyékony, szilárd és gáz halmazállapotú).

A fizikai kísérlet szcintillációs detektorokat leggyakrabban használt spektrometria ionizáló sugárzás, különösen a gamma-sugárzás. Gamma-spektrometria végezzük mérésével energia a másodlagos elektronok termelt a kölcsönhatás a gamma-sugarak a szcintillátor anyagot.

Mint ismeretes, a gamma-sugarak áthaladó anyag kölcsönhatásba vele valamelyike ​​miatt három folyamat: fotoelektromos hatás, Compton hatása, és pár termelés. Annak a valószínűsége, ezek a folyamatok nagymértékben függ a gamma-sugár energia, és a tulajdonságait az anyagokra, amelyekkel ezek a gamma-sugarakkal kölcsönhatásba.

A folyamat során a fotó hatását gamma-kvantum energia Eγ húz az atomok egyik belső (K. L. M. ...) elektronok kiadások így energiát egyenlő a kötési energiája a megfelelő elektron (EK, EL, EM, ...), amely eléri a több tíz keV. A többi energia alakul át kinetikus energia a fotoelektron Efe:

A Compton-szórás gammasugár transzferek elektronokat az atomok csak egy része az energia. Az energia a Compton-elektron Eke kapcsolatos az energia a gamma-kvantum E arány:

ahol θ - a szög a kibocsátása a szórt gamma kvantum képest a mozgás irányát a primer gammasugár; m0c2 = = 0511 MeV - elektron nyugalmi tömeg.

A folyamat egy pár két részecskék - az elektronok és pozitronokat, amely a kialakulását energiát kell fordított 2 m0c2 = 1,022 MeV. A fennmaradó energiája gamma-sugarak alakítjuk kinetikus energiájának elektronok és pozitronokat, és továbbította a visszarúgás sejtmagba vagy a visszarúgás elektronok, amelyek a folyamat alkotó a pár előfordulhat.

2. ábra példakénti eloszlását mutatja amplitúdóinak a impulzusok a másodlagos elektronok egy szcintillációs detektor típusú NaI (Tl), amikor regisztráció abban monoenergiás fotonok energiájú 0,5 MeV.

Csúcsterület 1. gyakran nevezik a teljes abszorpciós csúcsot, okozta két folyamat közötti kölcsönhatás gamma-sugarak a szcintillátor anyagot.

2. ábra. Eloszlás impulzus amplitúdók a Gamma sugarak Eγ = 0,5 MeV

Először is, a csúcs területe az őszi események kapcsolódnak a felszívódását gamma-sugarak miatt a fényelektromos hatást. Ismeretes, hogy a fényelektromos hatás kíséri jellegzetes fellépő sugárzást az átmenetet az elektronok a megüresedett a elektronhéjak atomok (K. L. M, ...), illetve a kialakulását Auger-elektronokat az energia átadása gerjesztett atomot az egyik a külső héj elektronok.

A mozgási energia az Auger-elektronokat így gyakorlatilag egyenlő az elektron energia által alkotott fényelektromos hatás.

Karakterisztikus sugárzás viszont valószínűleg felszívódik a hangerőt a szcintillátor miatt a fényelektromos hatás nagyobb elektronhéjak.

Így, nem számít, hogy milyen atomot és bármely elektron héj a szcintillátor, hogy felszívja a gamma kvantum fotoelektromos hatás kapott teljes energia a másodlagos elektronok egyenlő Eγ gamma-kvantum energia.

A második eljárás, amely hozzájárul a teljes abszorpciós csúcs, az úgynevezett többszörös Compton-szórás, ennek eredményeként a Compton-szórt gamma-hatás kvantum teljesen elveszti az energia a szcintillátor a többszörös szóródás következtében és az azt követő fotoelektromos hatás. Ebben az esetben, a teljes energia a másodlagos elektronok, és egyenlő az energia a gamma-foton.

Ezért, a teljes abszorpciós csúcsa közvetlenül meghatározható a gamma-sugár energia.

Field a folytonos spektrumú, hogy fekszik a bal oldalon a teljes abszorpciós csúcs hatására a Compton-szórás gamma-sugarak a szcintillációs képernyőn.

Tól (9) látható, hogy a maximális energia Compton elektronok mindig kevesebb, mint az energia, a gamma kvantum és egyenlő:

Ebben a tekintetben, van egy alapvető lehetőség, hogy biztosítsák a teljes abszorpciós csúcs, amelynek a helyzete megfelel a maximális energiát a gammasugárzás.

Gyakran a kis energiájú oldalán a Compton elosztó bocsátanak ki egy széles csúcs miatt a szórási gamma-sugarak szögben közel 180 ◦ a fotoelektron-sokszorozó ablakok, falak, a védő burkolat és az ablak üvegtartály, amely tele van a szcintillátor. Ez a csúcs az úgynevezett visszaszórási csúcs (2. régió a 2. ábrán).

Meg kell jegyezni, hogy az alak a valós amplitúdó eloszlása ​​a Compton-spektrum általában nagyon különbözik a design. Számított eloszlása ​​Compton elektron energia nyerhető egyenletből a Klein-Nishina-Tamm [1, s.43-44]. 2. ábra az összehasonlítás mutatja a szaggatott vonal a számított eloszlása ​​Compton elektronok számára E = 0,5 MeV.

3. régió a 2. ábrán a spektrum társított regisztrációs zaj impulzusok fotoelektron sokszorozó, amelynek egy kis amplitúdójú.

impulzus eloszlás típusa amplitúdók a felvétel során a gamma-sugár QUANTA nagyban függ szcintillációs detektorral a szcintillátor típusú (szervetlen vagy szerves), annak geometriai méreteit, valamint a besugárzási körülmények. Például, egy kristály nagyméretű miatt többszörös Compton-szórás figyelhető szignifikáns gátlását a folytonosság Compton elektronok, és a megfelelő növelésével a csúcs intenzitása megfelel a teljes abszorpciós energiájú gamma kvantum.

A mérés pontosságát a spektrális összetételét ionizáló sugárzás és a képessége, hogy külön szorosan elhelyezett rögzítési távvezetékek határozza meg az energia felbontása a szcintillációs detektor. Relatív energia felbontása szcintillációs detektor egyenlő delta

, gdeE - részecske elnyelt energia a szcintillátor, AE - abszolút energia felbontása a detektor szélességével egyenlő a maximum felénél amplitúdó eloszlása ​​során kapott regisztrációs monoenergiás részecskék és kifejezett energiát egység.

Amikor regisztráció szcintillációs detektorral gamma-sugarak energiákon akár 2 MeV 1,5 ÷ függését a relatív energia felbontás a fotonenergia lehet elég pontosan által leírt kapcsolatban

A B érték függ lényegében a gyártási minősége a fotoelektron sokszorozó, különösen, hogy a fotokatód azonos tulajdonságokat különböző pontokon, mint a hatékony gyűjteménye elektronok az első dinóda, a minősége és egységessége fényösszegyűjtő a szcintillátor, optikai kapcsolatot a fotoelektron-sokszorozó, stb Az érték C1 határozza elsősorban száma szcintillációs fotonok keletkezett és a veszteségeket a szcintillátor, fotokatód, begyűjtése során, hogy az első dinóda a fotoelektron-sokszorozó. A legjobb NaI szcintillációs detektorral kristály (Tl) érték C1 elérheti 1,510 -3 MeV, és az értéket a B 2

210 -4. Ilyen értékek a C1 és B 2 δ relatív energiáját felbontást gamma-sugarak energiákkal 1 MeV körülbelül 4,5%.

Értéke nagy gamma energia jelentőssé válik sugárzás szivárgás a kristály, azaz eltérnénk a szcintillátor elektronok képződött a felszín közelében a kristály. Ez ahhoz vezet, hogy a kisebb impulzus amplitúdója és a romló energia felbontás.

Amikor a szerves szcintillátor amelynek általában kis átlagos atomszám (

6) fotocsúcs gyakorlatilag hiányzik, mivel fotoeffekta keresztmetszet gamma sugarak attól függ, hogy  Z.