Tuikelaskurin peruslaite on melko yksinkertainen. Radioaktiivinen hiukkanen osuu tuikeeseen, minkä seurauksena sen molekyylit siirtyvät virittyneeseen tilaan. Tämän jälkeen he palaavat pääosaan energiatila johon liittyy fotonin emissio, jonka ilmaisin rekisteröi. Siten välähdysten (tuike) määrä on verrannollinen absorboituneiden radioaktiivisten hiukkasten lukumäärään. Mitattu intensiteetti fotonisäteilyä sitten muunnetaan radioaktiivisten hiukkasten säteilyn intensiteetiksi.

Tuikelaskimet ovat vaihtoehto laitteille, joissa on Geiger-Muller-laskurit, vaikka niillä on useita merkittäviä etuja jälkimmäiseen verrattuna. Gammasäteilyn rekisteröinnin tehokkuus heidän avullaan saavuttaa 100%. Tämä ei kuitenkaan ole tärkein asia. Tärkeintä on, että heidän avullaan voit rekisteröidä beeta- ja jopa alfasäteilyä. Kuten tiedetään, alfa-hiukkaset ilmaistuna ydinfysiikka, ovat raskaita, niiden kantama ilmassakin on vain senttejä, ja niiden tielle asetettu tavallinen paperiarkki imee ne täysin. Tietenkin tällaisten hiukkasten rekisteröinti kaasupurkausputken avulla ei tule kysymykseen, nämä hiukkaset eivät yksinkertaisesti pääse tunkeutumaan sen seinien läpi. Nestetuikelaskimet, nestetuikelaitteet, tule apuun. Radioaktiivinen näyte syötetään kyvettiin tuikeliuoksen kanssa ja asetetaan sitten laskuriin. Tällaisessa tilanteessa radioaktiivinen hiukkanen, joka lähtee tutkittavan näytteen molekyylistä, törmää välittömästi sitä ympäröiviin tuikemolekyyleihin ja sitten kaikkeen edellä kuvattuun.

Tuikelaskijoita käytetään laajalti lääketieteessä ja radiobiologiassa. Suosituimpia kaikkialla maailmassa ovat amerikkalaisten valmistajien Beckman Coulter ja Perkin Elmer laitteet.

Portaalistamme löydät tuikelaskimet by edullinen hinta. Jos et löydä haluamaasi ilmoitusta kategorian "Yksilöiden tarjoukset" joukosta, niin katso sama luokka osiossa "Yritysten ehdotukset" tai aloita haku tunnuksella .

- Kuinka tuikelaskuri toimii

- Scintillaattorit

- Valomonistimet

- Tuikelaskijoiden mallit

- Tuikelaskurin ominaisuudet

- Esimerkkejä tuikelaskinten käytöstä

- Luettelo käytetystä kirjallisuudesta

TUIKKELASKURIT

Menetelmä varautuneiden hiukkasten havaitsemiseksi laskemalla valon välähdyksiä, jotka tapahtuvat näiden hiukkasten osuessa sinkkisulfidi (ZnS) -verkkoon, on yksi ensimmäisistä menetelmistä ydinsäteilyn havaitsemiseksi.

Jo vuonna 1903 Crookes ym. osoittivat, että jos a-hiukkasilla säteilytettyä sinkkisulfidiruutua tarkastellaan suurennuslasin läpi pimeässä huoneessa, niin siinä voi havaita yksittäisten lyhytaikaisten valon välähdyksiä - tuikeita. . Havaittiin, että jokainen näistä tuikeista syntyy erillisen a-hiukkasen osuessa näyttöön. Crookes rakensi yksinkertaisen laitteen nimeltä Crookes-spinthariscope, joka oli suunniteltu laskemaan a-hiukkasia.

Visuaalista tuikemenetelmää käytettiin myöhemmin pääasiassa a-hiukkasten ja protonien havaitsemiseen useiden miljoonien elektronivolttien energialla. Yksittäisiä nopeita elektroneja ei voitu rekisteröidä, koska ne aiheuttavat erittäin heikkoja tuikeita. Joskus, kun sinkkisulfidisiulaa säteilytettiin elektroneilla, oli mahdollista havaita välähdyksiä, mutta tämä tapahtui vain, kun tarpeeksi iso luku elektroneja.

Gammasäteet eivät aiheuta välähdyksiä näytölle, vaan ne luovat vain yleistä hehkua. Tämä mahdollistaa a-hiukkasten havaitsemisen voimakkaan g-säteilyn läsnä ollessa.

Visuaalinen tuikemenetelmä mahdollistaa hyvin pienen määrän hiukkasia rekisteröintiä aikayksikköä kohden. Parhaat olosuhteet laskemiseen tuike saadaan, kun niiden lukumäärä on välillä 20-40 minuutissa. Tietenkin tuikemenetelmä on subjektiivinen, ja tulokset riippuvat jossain määrin yksilöllisiä ominaisuuksia kokeilija.

Puutteistaan ​​huolimatta visuaalisen tuikemenetelmällä oli roolinsa valtava rooli ydin- ja atomifysiikan kehittämisessä. Rutherford käytti sitä rekisteröimään a-hiukkasia, kun ne olivat hajallaan atomeilla. Nämä kokeet johtivat Rutherfordin ytimen löytämiseen. Visuaalinen menetelmä mahdollisti ensimmäistä kertaa typen ytimistä irtautuneiden nopeiden protonien havaitsemisen, kun niitä pommitettiin a-hiukkasilla, ts. ensimmäinen keinotekoinen ytimen fissio.

Visuaalinen tuikemenetelmä oli hyvin tärkeä aina 30-luvulle asti, jolloin uusien ydinsäteilyn tallennusmenetelmien ilmaantuminen sai hänet unohtamaan joksikin aikaa. Tuikerekisteröintimenetelmä elvytettiin 1940-luvun lopulla uusi perusta. Tähän mennessä oli kehitetty fotomonistinputket (PMT), jotka mahdollistivat erittäin heikkojen valon välähdyksen. Scintillation laskurit on luotu, joiden avulla on mahdollista nostaa laskentanopeutta 108-kertaiseksi tai jopa useammin kuin visuaalinen menetelmä, ja on myös mahdollista rekisteröidä ja analysoida energian suhteen sekä varautuneita hiukkasia että neutroneja ja g-säteitä.

§ 1. Tuikelaskurin toimintaperiaate

Tuikelaskuri on tuikelaitteen (fosfori) ja valomonistinputken (PMT) yhdistelmä. Laskurisarja sisältää myös PMT-virtalähteen ja radiolaitteiston, joka vahvistaa ja rekisteröi PMT-pulssit. Joskus fosforin ja PMT:n yhdistelmä tehdään erityisellä optinen järjestelmä(valoopas).

Tuikelaskurin toimintaperiaate on seuraava. Tuikeeseen saapuva varautunut hiukkanen saa aikaan molekyyliensä ionisaation ja virittymisen, mikä lyhyt aika (10-6- 10-9 sek ) menevät vakaaseen tilaan lähettämällä fotoneja. Siellä on valon välähdys (tuike). Jotkut fotoneista osuvat PMT-valokatodiin ja tyrmäävät siitä fotoelektroneja. Jälkimmäiset kohdistetaan PMT:hen syötetyn jännitteen vaikutuksesta ja suunnataan elektronikertojan ensimmäiseen elektrodiin (dynodiin). Lisäksi sekundäärisen elektroniemission seurauksena elektronien määrä kasvaa lumivyöryn tavoin ja PMT-lähtöön ilmestyy jännitepulssi, jota radiolaitteet vahvistavat ja tallentavat.

Lähtöpulssin amplitudi ja kesto määräytyvät sekä tuikelaitteen että PMT:n ominaisuuksien mukaan.

Fosforina käytetään:

orgaaniset kiteet,

Nestemäiset orgaaniset tuikeaineet,

kovamuoviset tuikeaineet,

kaasutuikeaineet.

Sintillaattorien pääominaisuudet ovat: valoteho, spektrinen koostumus säteily ja tuiketen kesto.

Kun varattu hiukkanen kulkee tuikelaitteen läpi, siihen syntyy tietty määrä fotoneja, joilla on yhtä tai toista energiaa. Jotkut näistä fotoneista absorboituvat itse tuikelaitteen tilavuuteen, ja sen sijaan emittoidaan muita fotoneja, joiden energia on hieman pienempi. Reabsorptioprosessien seurauksena ulos tulee fotoneja, joiden spektri on tyypillinen tietylle tuikeaineelle.

Tuikeen c valoteho tai muunnostehokkuus on valon välähdysenergian suhde , ulos menossa energian määrään E varattu hiukkanen, joka on kadonnut tuikelaitteeseen

missä - ulos lähtevien fotonien keskimääräinen määrä, - keskimääräistä energiaa fotonit. Jokainen tuike ei lähetä monoenergeettisiä kvantteja, vaan tälle tuikeelle ominaista jatkuvaa spektriä.

On erittäin tärkeää, että tuikesta lähtevien fotonien spektri on sama tai ainakin osittain päällekkäinen valomonistimen spektriominaisuuksien kanssa.

Ulomman tuikespektrin päällekkäisyysaste spektrivasteen kanssa. Tämä PMT määräytyy sovituskertoimella

missä on tuikelaitteen ulkoinen spektri tai tuikesta ulos tulevien fotonien spektri. Käytännössä, kun verrataan tuikeaineita yhdistettynä PMT-tietoihin, otetaan käyttöön tuiketehokkuuden käsite, joka määritellään seuraavalla lausekkeella:

missä minä 0 - tuikevoimakkuuden maksimiarvo; t - vaimenemisaikavakio, joka määritellään ajaksi, jonka aikana tuikeintensiteetti laskee e yhden kerran.

Valon fotonien lukumäärä n , vapautuu ajan myötä t havaitun hiukkasen osuman jälkeen ilmaistaan ​​kaavalla

missä - kokonaismäärä tuikeprosessin aikana emittoidut fotonit.

Fosforin luminesenssin (hehkun) prosessit jaetaan kahteen tyyppiin: fluoresenssi ja fosforesenssi. Jos vilkkuminen tapahtuu suoraan virityksen aikana tai ajanjaksona, joka on luokkaa 10-8 sek, prosessia kutsutaan fluoresenssiksi. Väli 10-8 sek valittu, koska se on suuruusluokaltaan yhtä suuri kuin atomin elinikä viritetyssä tilassa niin sanotuille sallituille siirtymille.

Vaikka fluoresenssin spektrit ja kesto eivät riipu virityksen tyypistä, fluoresenssin saanto riippuu olennaisesti siitä. Siten, kun kide viritetään a-hiukkasilla, fluoresenssin saanto on lähes suuruusluokkaa pienempi kuin silloin, kun sitä valoviritetään.

Fosforesenssi ymmärretään luminesenssiksi, joka jatkuu huomattavan pitkään virityksen päättymisen jälkeen. Mutta tärkein ero fluoresenssin ja fosforesenssin välillä ei ole jälkihehkun kesto. Kidefosforien fosforesenssi syntyy virityksen aikana syntyneiden elektronien ja reikien rekombinaatiosta. Joissakin kiteissä jälkihohto voi pitkittyä johtuen siitä, että elektronit ja reiät vangitaan "ansoilla", joista ne voidaan vapauttaa vasta saatuaan lisäenergiaa. tarvittava energia. Näin ollen fosforesenssin keston riippuvuus lämpötilasta on ilmeinen. Jos kyseessä on monimutkainen orgaanisia molekyylejä fosforesenssi liittyy niiden läsnäoloon metastabiilissa tilassa, jolloin siirtymisen todennäköisyys josta perustilaan voi olla pieni. Ja tässä tapauksessa havaitaan fosforesenssin hajoamisnopeuden riippuvuus lämpötilasta.

§ 2. Scintillaattorit

Epäorgaaniset tuikeaineet . Epäorgaaniset tuikeaineet ovat kiteitä epäorgaaniset suolat. Käytännöllinen käyttö tuiketekniikassa on pääasiassa halogeeniyhdisteitä joistakin alkalimetallit.

Tuikemuodostuksen prosessia voidaan esittää käyttämällä vyöhyketeoria kiinteä runko. Erillisessä atomissa, joka ei ole vuorovaikutuksessa muiden kanssa, elektronit sijaitsevat hyvin määritellyllä diskreetillä energiatasot. Kiinteässä aineessa atomit ovat lähellä toisiaan, ja niiden vuorovaikutus on melko voimakasta. Tämän vuorovaikutuksen ansiosta ulkoiset tasot elektronikuoret jakaa ja muodostavat vyöhykkeitä, jotka on erotettu toisistaan ​​nauharaoilla. Uloin sallittu elektroneilla täytetty kaista on valenssivyöhyke. Sen yläpuolella on vapaa vyöhyke - johtumiskaista. Valenssikaistan ja johtavuuskaistan välissä on kaistaväli, jonka energialeveys on useita elektronivoltteja.

Jos kiteessä on vikoja, hilahäiriöitä tai epäpuhtausatomeja, niin tässä tapauksessa kaistavälissä olevien energiaelektronisten tasojen ilmaantuminen on mahdollista. Ulkoisen toiminnan alaisena, esimerkiksi kun nopeasti varautunut hiukkanen kulkee kiteen läpi, elektronit voivat siirtyä valenssikaistalta johtavuuskaistalle. Pysyy valenssialueella avoimia työpaikkoja, joilla on yksikkövarauksella positiivisesti varautuneiden hiukkasten ominaisuuksia ja joita kutsutaan reikiksi.

Kuvattu prosessi on kiteen viritysprosessi. Viritys poistetaan elektronien käänteisellä siirtymällä johtavuuskaistalta valenssikaistalle, ja elektronien ja reikien suositus tapahtuu. Monissa kiteissä elektronin siirtyminen johtumisesta valenssikaistalle tapahtuu välissä olevien luminesenssikeskusten kautta, joiden tasot ovat kaistavälissä. Nämä keskukset johtuvat vioista tai epäpuhtausatomeista kiteessä. Elektronien kahdessa vaiheessa siirtymisen aikana fotoneja emittoidaan energialla, joka on pienempi kuin kaistaväli. Tällaisilla fotoneilla itse kiteen absorption todennäköisyys on pieni, ja siksi sen valoteho on paljon suurempi kuin puhtaalla, seostamattomalla kiteellä.

Käytännössä epäorgaanisten tuikeaineiden valontuoton lisäämiseksi otetaan käyttöön muiden alkuaineiden erityisiä epäpuhtauksia, joita kutsutaan aktivaattoreiksi. Esimerkiksi talliumia lisätään aktivaattorina natriumjodidikiteeseen. NaJ(Tl)-kiteeseen perustuvalla tuiketuotteella on korkea valoteho. NaJ(Tl)-tuikeella on merkittäviä etuja kaasutäytteisiin laskuriin verrattuna:

suurempi tehokkuus g-säteiden rekisteröinti (suurilla kiteillä havaitsemisteho voi olla kymmeniä prosentteja);

lyhyt tuikeaika (2,5 x 10-7 s);

lineaarinen yhteys pulssin amplitudin ja varautuneen hiukkasen menettämän energian määrän välillä.

Viimeinen ominaisuus kaipaa selitystä. Sintillaattorin valoteho on jossain määrin riippuvainen varautuneen hiukkasen ominaisenergiahäviöstä.

Hyvin suuria määriä merkittävät rikkomukset ovat mahdollisia. kristallihila tuike, joka johtaa paikallisten sammutuskeskusten ilmestymiseen. Tämä tilanne voi johtaa valotehon suhteelliseen vähenemiseen. Itse asiassa kokeelliset tosiasiat osoittavat, että raskaiden hiukkasten saanto on epälineaarinen ja lineaarinen riippuvuus alkaa ilmetä vain useiden miljoonien elektronivoltien energialla. Kuvassa 1 on esitetty riippuvuuskäyrät E: käyrä 1 elektroneille, käyrä 2 hiukkasille.

Ilmoitettujen alkalihalogenidituikeiden lisäksi käytetään joskus muita epäorgaanisia kiteitä: ZnS (Tl), CsJ (Tl), CdS (Ag), CaWO4, CdWO4 jne.

Orgaaniset kiteiset tuikeaineet. Molekyylisidosvoimat orgaanisissa kiteissä ovat pieniä verrattuna epäorgaanisissa kiteissä vaikuttaviin voimiin. Siksi vuorovaikutuksessa olevat molekyylit eivät käytännössä häiritse energiaa elektroniset tasot toisiaan ja orgaanisen kiteen luminesenssiprosessi on prosessi, joka on ominaista yksittäisille molekyyleille. Peruselektroniikkatilassa molekyylissä on useita värähtelytasot. Havaitun säteilyn vaikutuksesta molekyyli siirtyy kiihtyneeksi elektroninen tila, joka vastaa myös useita värähtelytasoja. Molekyylien ionisaatio ja dissosiaatio ovat myös mahdollisia. Ionisoidun molekyylin rekombinaation seurauksena se muodostuu yleensä virittyneessä tilassa. Aluksi kiihtynyt molekyyli voi olla päällä korkeat tasot jännitystä ja hetken kuluttua (~10-11 sek) lähettää korkean energian fotonin. Toinen molekyyli absorboi tämän fotonin, ja osa tämän molekyylin viritysenergiasta voidaan käyttää lämpöliikettä ja myöhemmin emittoidulla fotonilla on pienempi energia kuin edellisellä. Useiden emissio- ja absorptiosyklien jälkeen muodostuu molekyylejä, jotka ovat ensimmäisellä viritystasolla; ne lähettävät fotoneja, joiden energia saattaa jo olla riittämätön virittämään muita molekyylejä, ja siten kide on läpinäkyvä ilmaan tulevalle säteilylle.

Riisi. 2. Valon tehon riippuvuus

antraseenia energiasta erilaisiksi hiukkasiksi.

Kiitokset suurin osa viritysenergia kuluu lämpöliikkeeseen, kiteen valoteho (muunnostehokkuus) on suhteellisen pieni ja muutaman prosentin luokkaa.

Ydinsäteilyn rekisteröintiin käytetään yleisimmin seuraavia orgaanisia kiteitä: antraseeni, stilbeeni, naftaleeni. Antraseenilla on melko korkea valoteho (~4 %) ja lyhyt hehkuaika (3 10-8 sek). Mutta kun rekisteröidään raskaita varautuneita hiukkasia, tuikevoimakkuuden lineaarinen riippuvuus havaitaan vain melko korkeat energiat hiukkasia.

Kuvassa Kuvassa 2 on kaavioita valotehon c riippuvuudesta (mielivaltaisissa yksiköissä) elektronien 1, protonien 2 energiasta , deuteronit 3 ja a-hiukkaset 4 .

Stilbene, vaikka sen valoteho on hieman pienempi kuin antraseeni, mutta tuikekesto on paljon lyhyempi (7 10-9 sek), kuin antraseenin, mikä mahdollistaa sen käytön niissä kokeissa, joissa vaaditaan erittäin voimakkaan säteilyn rekisteröintiä.

muoviset tuikeaineet. Muoviset tuikeaineet ovat fluoresoivien orgaanisten yhdisteiden kiinteitä liuoksia sopivassa läpinäkyvässä aineessa. Esimerkiksi antraseenin tai stilbeenin liuokset polystyreenissä tai pleksilasissa. Liuenneen fluoresoivan aineen pitoisuudet ovat yleensä pieniä, muutaman prosentin kymmenesosia tai muutamia prosentteja.

Koska liuotinta on paljon enemmän kuin liuennutta tuikeainetta, rekisteröity hiukkanen tuottaa luonnollisesti pääasiassa liuotinmolekyylien virityksen. Viritysenergia siirretään tämän jälkeen tuikemolekyyleihin. On selvää, että liuottimen emissiospektrin on oltava kovempi kuin liuenneen aineen absorptiospektri, tai vähintään ottelu hänen kanssaan. Kokeelliset tosiasiat osoittavat, että liuottimen viritysenergia siirtyy tuikemolekyyleihin fotonimekanismin ansiosta, eli liuotinmolekyylit emittoivat fotoneja, jotka sitten absorboituvat liuenneiden aineiden molekyyleihin. Toinen energiansiirtomekanismi on myös mahdollinen. Koska tuikeaineen pitoisuus on alhainen, liuos on käytännössä läpinäkyvä tuloksena olevalle tuikesäteilylle.

Muovisilla tuikeaineilla on merkittäviä etuja orgaanisiin kiteisiin tuikeisiin verrattuna:

Kyky valmistaa tuikeaineita on erittäin hyvä suuret koot;

Mahdollisuus tuoda spektrisekoittimia tuikeeseen, jotta sen luminesenssispektri sovitetaan paremmin valokatodin spektriominaisuuksiin;

Mahdollisuus viedä tuikelaitteeseen erilaisia ​​aineita vaaditaan erityisissä kokeissa (esimerkiksi neutronien tutkimuksessa);

Mahdollisuus käyttää muovisia tuikeaineita tyhjiössä;

lyhyt hehkuaika (~3 10-9 sek). Muoviset tuikeaineet, jotka on valmistettu liuottamalla antraseenia polystyreeniin, tarjoavat suurimman valontuoton. Myös stilbeenin liuoksella polystyreenissä on hyvät ominaisuudet.

Nestemäiset orgaaniset tuikeaineet. Nestemäiset orgaaniset tuikeaineet ovat orgaanisten tuikeaineiden liuoksia joissakin nestemäisissä orgaanisissa liuottimissa.

Fluoresenssin mekanismi nestetuikeissa on samanlainen kuin kiinteissä liuoksissa - tuikeissa.

Ksyleeni, tolueeni ja fenyylisykloheksaani osoittautuivat sopivimmiksi liuottimista, kun taas p-terfenyyli, difenyylioksatsoli ja tetrafenyylibutadieeni liuottamalla valmistettu tuike.

p-terfenyyli ksyleenissä liuenneen aineen pitoisuudella 5 g/l.

Nestetuikeiden tärkeimmät edut:

Mahdollisuus valmistaa suuria määriä;

Mahdollisuus lisätä tuikelaitteeseen erityisissä kokeissa tarvittavia aineita;

Lyhyt salaman kesto ( ~3 10-9sek).

kaasutuikeaineet. Kun varautuneet hiukkaset kulkevat erilaisten kaasujen läpi, niissä havaittiin tuikea. Raskailla jalokaasuilla (ksenon ja krypton) on suurin valoteho. Ksenonin ja heliumin seoksella on myös korkea valoteho. 10 % ksenonin läsnäolo heliumissa antaa valotehon, joka on jopa suurempi kuin puhtaalla ksenonilla (kuva 3). Merkittömän pienet muiden kaasujen epäpuhtaudet vähentävät jyrkästi tuiketen voimakkuutta jalokaasuissa.

Riisi. 3. Kaasun valontuoton riippuvuus

tuike heliumin ja ksenonin seoksen suhteen.

Kokeellisesti osoitettiin, että välähdyksen kesto jalokaasuissa on lyhyt (10-9 -10-8 sek), ja välähdysten voimakkuus laaja valikoima on verrannollinen rekisteröityjen hiukkasten menetettyyn energiaan eikä riipu niiden massasta ja varauksesta. Kaasutuikeilla on alhainen herkkyys g-säteilylle.

Suurin osa luminesenssispektristä sijaitsee kauko-ultraviolettialueella, joten valonmuuntimia käytetään sovittamaan valomonistimen spektriherkkyys. Jälkimmäisellä tulisi olla korkea muunnosnopeus, optinen läpinäkyvyys ohuissa kerroksissa, alhainen elastisuus tyydyttyneitä höyryjä sekä mekaaninen ja kemiallinen kestävyys. Valonmuuntimien materiaaleina erilaisia orgaaniset yhdisteet, esimerkiksi:

difenyylistilbeeni (konversiotehokkuus noin 1);

P1p'-kvaterfenyyli (~1);

antraseeni (0,34) jne.

Valonmuunnin kerrostetaan ohuena kerroksena valomonistimen valokatodille. Tärkeä parametri valonmuuntimen välähdysaika. Tässä suhteessa orgaaniset muuntimet ovat varsin tyydyttäviä (10-9 sek tai useita yksiköitä 10-9 sek). Valonkeräyksen lisäämiseksi tuikekammion sisäseinät on yleensä päällystetty valoheijastimilla (MgO, titaanioksidipohjainen emali, fluoroplasti, alumiinioksidi jne.).

§ 3. Valoelektroniset kertoimet

PMT:n pääelementit ovat: fotokatodi, tarkennusjärjestelmä, kerroinjärjestelmä (dynodit), anodi (kollektori). Kaikki nämä elementit sijaitsevat lasisäiliössä, joka on tyhjennetty korkeaan tyhjiöön (10-6 mmHg).

Ydinsäteilyspektrometriaa varten valokatodi sijoitetaan yleensä päälle sisäpinta PMT-säiliön tasainen päätyosa. Valokatodin materiaaliksi valitaan aine, joka on riittävän herkkä tuikevalon säteilemälle valolle. Yleisimpiä ovat antimoni-cesium-valokatodit, joiden spektrin maksimiherkkyys on l = 3900¸4200 A, mikä vastaa monien tuikespektrien luminesenssispektrien maksimiarvoja.

Riisi. 4. PMT:n kaavio.

Yksi fotokatodin ominaisuuksista on sen kvanttituotto, eli todennäköisyys, että fotonin osuva fotoni sinetöi valoelektronin. E:n arvo voi olla 10-20 %. Valokatodin ominaisuuksille on tunnusomaista myös integraalinen herkkyys, joka on valovirran suhde (mka) to tapahtuma valokatodilla valovirta (lm).

Valokatodi levitetään lasille ohuena läpikuultavana kerroksena. Tämän kerroksen paksuus on merkittävä. Toisaalta suurelle valon absorptiolle sen täytyy olla merkittävää, toisaalta esiin tulevat fotoelektronit, joilla on hyvin pieni energia, eivät pääse poistumaan paksusta kerroksesta ja tehollinen kvanttituotto voi osoittautua olla pieni. Siksi valitaan fotokatodin optimaalinen paksuus. On myös tärkeää varmistaa valokatodin tasainen paksuus, jotta sen herkkyys on sama koko alueella. Tuike-g-spektrometriassa on usein tarpeen käyttää suuria kiinteitä tuikeaineita, sekä paksuudeltaan että halkaisijaltaan. Siksi on välttämätöntä valmistaa valomonistimia, joilla on suuret valokatodihalkaisijat. Kotimaisissa valomonistimissa valokatodit valmistetaan halkaisijaltaan useista senttimetreistä 15¸20 cm. valokatodista irrotetut fotoelektronit on fokusoitava ensimmäiselle kerrannaiselektrodille. Tätä tarkoitusta varten käytetään sähköstaattista linssijärjestelmää, joka on sarja tarkennuskalvoja. PMT:n hyvien ajallisten ominaisuuksien saamiseksi on tärkeää luoda sellainen fokusointijärjestelmä, että elektronit osuvat ensimmäiseen dynodiin mahdollisimman pienellä aikahajoamalla. Kuvassa 4 on kaaviomainen järjestely valomonistimesta. PMT:tä syöttävä korkea jännite on kytketty katodiin negatiivisella navalla ja jaettu kaikkien elektrodien kesken. Katodin ja kalvon välinen potentiaaliero varmistaa fotoelektronien fokusoinnin ensimmäiselle kertovalle elektrodille. Monistavia elektrodeja kutsutaan dynodeiksi. Dynodit on valmistettu materiaaleista, joiden toissijainen emissiokerroin on suurempi kuin yksikkö (s>1). Kotimaisissa PMT:issä dynodit valmistetaan joko kaukalomaisen muotoisena (kuva 4) tai kaihtimena. Molemmissa tapauksissa dynodit on järjestetty linjaan. Myös dynodien rengasjärjestely on mahdollista. PMT:illä, joissa on rengasmainen dynodijärjestelmä, on parhaat aikaominaisuudet. Dynodien säteilevä kerros on kerros antimonia ja cesiumia tai kerros erikoisseoksia. Suurin arvo s antimoni-cesium-säteilijöille saavutetaan elektronienergialla 350¸400 ev, ja metalliseosten aiheuttajille - 500¸550 ev. Ensimmäisessä tapauksessa s=12¸14, toisessa s=7¸10. PMT-käyttötavoissa s:n arvo on hieman pienempi. Melko hyvä uudelleenpäästökerroin on s=5.

Ensimmäiseen dynodiin keskittyneet fotoelektronit syrjäyttävät siitä toissijaiset elektronit. Ensimmäisestä dynodista lähtevien elektronien määrä on useita kertoja lisää numeroa valoelektroneja. Ne kaikki lähetetään toiselle dynodille, jossa myös toissijaiset elektronit lyödään ulos jne., dynodista dynodille, elektronien määrä kasvaa s kertaa.

Kulkiessaan koko dynodijärjestelmän läpi elektronivuo kasvaa 5-7 suuruusluokkaa ja tulee anodille - PMT:n keräyselektrodille. Jos PMT toimii virtatilassa, anodipiiri sisältää laitteita, jotka vahvistavat ja mittaavat virtaa. Ydinsäteilyä rekisteröitäessä on yleensä tarpeen mitata ionisoivien hiukkasten vaikutuksesta syntyvien pulssien lukumäärä sekä näiden pulssien amplitudi. Näissä tapauksissa anodipiiriin sisältyy vastus, jossa esiintyy jännitepulssi.

Tärkeä ominaisuus PMT on kerroin M. Jos s:n arvo kaikille dynodeille on sama (kun dynodeissa on täysi elektronien kokoelma), ja dynodien lukumäärä on yhtä suuri kuin n , sitten

A ja B ovat vakioita, u on elektronin energia. kerroin M ei yhtä suuri kuin kerroin vahvistusta M", joka kuvaa PMT-lähdön virran suhdetta katodista lähtevään virtaan

M" =CM,

missä FROM<1 - elektronien keräyskerroin, joka kuvaa fotoelektronien keräämisen tehokkuutta ensimmäisessä dynodissa.

On erittäin tärkeää, että voitto on jatkuvaa. M" PMT sekä ajassa että valokatodista tulevien elektronien lukumäärän muutoksen kanssa. Jälkimmäinen seikka mahdollistaa tuikelaskinten käytön ydinsäteilyspektrometreinä.

Valomonistimien häiriöistä. Tuikelaskureissa PMT-lähdössä voi esiintyä suuri määrä pulsseja jopa ilman ulkoista säteilyä. Näillä pulsseilla on yleensä pienet amplitudit ja niitä kutsutaan kohinapulsseiksi. Suurin määrä kohinapulsseja johtuu termoelektronien ilmaantumisesta fotokatodista tai jopa ensimmäisistä dynodeista. Jäähdytystä käytetään usein PMT-melun vähentämiseen. Kun rekisteröidään suuriamplitudisia pulsseja muodostavaa säteilyä, tallennuspiiriin sisällytetään erotin, joka ei lähetä kohinapulsseja.

Riisi. 5. PMT-melun vaimennuskaavio.

1. Rekisteröitäessä pulsseja, joiden amplitudi on verrattavissa kohinaan, on järkevää käyttää yhtä tuikea, jossa on kaksi PMT:tä koinsidenssipiirissä (kuva 5). Tässä tapauksessa tapahtuu ajallinen pulssien valinta havaitusta hiukkasesta. Itse asiassa valon välähdys, joka syntyi tuikeessa rekisteröidystä hiukkasesta, osuu samanaikaisesti molempien PMT:iden fluorokatodeihin, ja pulsseja ilmestyy samanaikaisesti niiden ulostuloon, mikä pakottaa yhteensattumapiirin toimimaan. Partikkeli rekisteröidään. Kohinapulssit kussakin PMT:ssä näkyvät toisistaan ​​riippumatta, eikä koinsidenssipiiri yleensä rekisteröi niitä. Tämä menetelmä mahdollistaa PMT:n luontaisen taustan pienentämisen 2–3 suuruusluokkaa.

Kohinapulssien määrä kasvaa syötetyn jännitteen myötä, aluksi melko hitaasti, sitten kasvu jyrkästi. Syy tähän taustan voimakkaaseen kasvuun on elektrodien terävistä reunoista tuleva kenttäemissio ja ionisen takaisinkytkennän ilmaantuminen viimeisten dynodien ja PMT-valokatodin välillä.

Anodin alueella, jossa virrantiheys on suurin, voi esiintyä sekä jäännöskaasun että rakennemateriaalien hehkua. Tuloksena oleva heikko hehku, samoin kuin ioninen takaisinkytkentä, aiheuttavat ns. saattopulssien ilmaantumisen, jotka ovat ajallisesti 10-8 ¸10-7 erillään tärkeimmistä. sek.

§ 4. Tuikelaskurin mallit

Seuraavat vaatimukset asetetaan tuikelaskimien malleille:

Paras tuikevalokokoelma fotokatodilla;

Tasainen valon jakautuminen valokatodin yli;

Tummeneminen vieraiden lähteiden valosta;

Ei magneettikenttien vaikutusta;

PMT-vahvistuksen vakaus.

Tuikelaskimien kanssa työskennellessä on aina tarpeen saavuttaa suurin signaalipulssin amplitudin suhde kohinapulssien amplitudiin, mikä pakottaa tuikeessa syntyvien välähdysten intensiteettien optimaaliseen käyttöön. Tyypillisesti tuike on pakattu metallisäiliöön, joka on suljettu toisesta päästään tasolasilla. Säiliön ja tuikelaitteen väliin asetetaan kerros materiaalia, joka heijastaa valoa ja edistää sen täydellisimpää poistumista. Magnesiumoksidilla (0,96), titaanidioksidilla (0,95), kipsillä (0,85-0,90) on suurin heijastavuus, alumiinia käytetään myös (0,55-0,85).

Erityistä huomiota tulee kiinnittää hygroskooppisten tuikepakkausten huolelliseen pakkaamiseen. Joten esimerkiksi yleisimmin käytetty fosfori NaJ (Tl) on erittäin hygroskooppista ja kosteuden tunkeutuessaan siihen se kellastuu ja menettää tuikeominaisuudet.

Muovisia tuikelaitteita ei tarvitse pakata sinetöityihin säiliöihin, mutta tuikelaitteen ympärille voidaan sijoittaa heijastin valon keräämisen lisäämiseksi. Kaikissa kiinteissä tuikeissa on oltava lähtöikkuna toisessa päässä, joka on kytketty valomonistimen valokatodiin. Tuikevalon intensiteetti saattaa heikentyä merkittävästi risteyksessä. Näiden hävikkien välttämiseksi tuikeaineen ja PMT:n väliin lisätään kanadalaista balsamia, mineraali- tai silikoniöljyä ja luodaan optinen kontakti.

Joissakin kokeissa, esimerkiksi mitatessa tyhjiössä, magneettikentissä, voimakkaissa ionisoivan säteilyn kentissä, tuikea ei voida asettaa suoraan PMT-valokatodille. Tällaisissa tapauksissa valonohjainta käytetään siirtämään valoa tuikesta fotokatodille. Valonohjaimina käytetään läpinäkyvistä materiaaleista valmistettuja kiillotettuja tankoja - kuten lucite, pleksi, polystyreeni sekä metalli- tai pleksiputkia, jotka on täytetty läpinäkyvällä nesteellä. Valonhäviö valoohjaimessa riippuu sen geometrisista mitoista ja materiaalista. Joissakin kokeissa on tarpeen käyttää kaarevia valoohjaimia.

On parempi käyttää valoohjaimia, joilla on suuri kaarevuussäde. Valonohjaimet mahdollistavat myös erihalkaisijaisten tuikeputkien ja PMT:iden niveltamisen. Tässä tapauksessa käytetään kartion muotoisia valoohjaimia. PMT on kytketty nestetuikeeseen joko valonohjaimen kautta tai suorassa kosketuksessa nesteeseen. Kuvassa 6 on esimerkki PMT-liitoksesta, jossa on nestetuike. Eri toimintatiloissa PMT syötetään jännitteellä 1000 - 2500 sisään. Koska PMT:n vahvistus riippuu erittäin voimakkaasti jännitteestä, syöttövirtalähteen on oltava hyvin stabiloitu. Lisäksi itsestabilisaatio on mahdollista.

PMT saa virtansa jännitteenjakajasta, jonka avulla jokaiselle elektrodille voidaan syöttää sopiva potentiaali. Virtalähteen negatiivinen napa on kytketty valokatodiin ja jakajan toiseen päähän. Positiivinen napa ja jakajan toinen pää on maadoitettu. Jakajan vastukset valitaan siten, että PMT:n optimaalinen toimintatapa toteutuu. Vakauden lisäämiseksi jakajan läpi kulkevan virran tulisi olla suuruusluokkaa suurempi kuin PMT:n läpi kulkevien elektronivirtojen.

Riisi. 6. PMT-kytkentä nestetuikeella.

1-nestetuike;

2- PMT;

3- valokilpi.

Kun tuikelaskuri toimii pulssitilassa, lyhyt (~10-8 sek) impulsseja, joiden amplitudi voi olla useita yksiköitä tai useita kymmeniä voltteja. Tässä tapauksessa viimeisten dynodien potentiaalit voivat kokea jyrkkiä muutoksia, koska jakajan läpi kulkevalla virralla ei ole aikaa täydentää elektronien kaskadista pois kuljettamaa varausta. Tällaisten mahdollisten heilahtelujen välttämiseksi jakajan muutamat viimeiset resistanssit on ohitettu kapasitanssilla. Potentiaalien valinnan ansiosta dynodeissa luodaan suotuisat olosuhteet elektronien keräämiselle näille dynodeille, ts. tietty elektroni-optinen järjestelmä, joka vastaa optimaalista järjestelmää, toteutetaan.

Elektronioptisessa järjestelmässä elektronien liikerata ei riipu potentiaalien suhteellisesta muutoksesta kaikissa elektrodeissa, jotka muodostavat tämän elektroni-optisen järjestelmän. Joten kertoimessa, kun syöttöjännite muuttuu, vain sen vahvistus muuttuu, mutta elektronioptiset ominaisuudet pysyvät muuttumattomina.

PMT-dynodien potentiaalien suhteettoman muutoksen myötä olosuhteet elektronien fokusoimiseksi alueella, jossa suhteellisuus rikotaan, muuttuvat. Tätä seikkaa käytetään PMT-vahvistuksen itsestabilisaatioon. Tätä tarkoitusta varten potentiaalia

Riisi. 7. Osa jakajapiiriä.

yhden dynodin arvo suhteessa edellisen dynodin potentiaaliin asetetaan vakioksi joko lisäakun tai lisäksi stabiloidun jakajan avulla. Kuvassa 7 on osa jakajapiiristä, jossa lisäakku on kytketty dynodien D5 ja D6 väliin ( Ub = 90 sisään). Parhaan itsestabiloivan vaikutuksen saavuttamiseksi on tarpeen valita vastusarvo R". Yleensä R" lisää R 3-4 kertaa.

§ 5. Tuikelaskurin ominaisuudet

Tuikelaskureilla on seuraavat edut.

Korkea aikaresoluutio. Pulssin kesto, riippuen käytetyistä tuiketuotteista, vaihtelee välillä 10-6 ja 10-9 sek, nuo. useita suuruusluokkia vähemmän kuin laskurit, joissa on itsepurkautuminen, mikä mahdollistaa paljon suuremmat laskentanopeudet. Toinen tärkeä tuikelaskurin ajallinen ominaisuus on pulssiviiveen pieni arvo rekisteröidyn hiukkasen kulkemisen jälkeen loisteaineen läpi (10-9 -10-8 sek). Tämä mahdollistaa sattumakaavioiden käytön alhaisella resoluutiolla (<10-8sek) ja näin ollen mitata yhteensattumia monilla suurilla kuormituksilla yksittäisillä kanavilla pienellä määrällä satunnaisia ​​yhteensattumia.

Korkea rekisteröintitehokkuus g - säteet ja neutronit. G-kvantin tai neutronin rekisteröimiseksi on välttämätöntä, että ne reagoivat ilmaisimen aineen kanssa; tässä tapauksessa ilmaisimen on rekisteröitävä tuloksena oleva sekundäärivarattu hiukkanen. On selvää, että mitä enemmän aineita on g-säteiden tai neutronien tiellä, sitä suurempi on niiden absorption todennäköisyys, sitä tehokkaampi on niiden rekisteröinti. Tällä hetkellä suuria tuikelaitteita käytettäessä saavutetaan useiden kymmenien prosentin g-ray-ilmaisutehokkuus. Neutronien havaitsemisen tehokkuus tuikeilla, joissa käytetään erityisiä aineita (10 V, 6 Li jne.), on myös paljon korkeampi kuin kaasupurkauslaskurien neutronien havaitsemisen tehokkuus.

Mahdollisuus rekisteröidyn säteilyn energia-analyysiin. Kevyesti varautuneiden hiukkasten (elektronien) tapauksessa välähdyksen intensiteetti tuikeessa on verrannollinen hiukkasen tässä tuikeessa menettämään energiaan.

Amplitudianalysaattoreihin kiinnitetyillä tuikelaskureilla voidaan tutkia elektronien ja g-säteiden spektrejä. Tilanne on hieman huonompi, kun tutkitaan raskaiden varautuneiden hiukkasten (a-hiukkasten jne.) spektrejä, jotka synnyttävät suuren spesifisen ionisaation tuikeessa. Näissä tapauksissa kadonneen energian purskeen intensiteetin suhteellisuutta ei havaita missään hiukkasenergioissa ja se ilmenee vain tietyn arvon ylittävillä energioilla. Pulssin amplitudien ja hiukkasten energian välinen epälineaarinen suhde on erilainen eri loisteaineille ja eri tyyppisille hiukkasille. Tätä havainnollistavat kuvien 1 ja 2 kaaviot.

Mahdollisuus valmistaa erittäin suuria geometrisia tuikelaitteita. Tämä tarkoittaa, että on mahdollista havaita ja analysoida erittäin korkean energian energiapartikkeleita (kosmiset säteet) sekä hiukkasia, jotka ovat heikosti vuorovaikutuksessa aineen kanssa (neutriinot).

Mahdollisuus lisätä tuikekoostumukseen aineita, joiden kanssa neutronit ovat vuorovaikutuksessa suurella poikkileikkauksella. Loisteaineita LiJ(Tl), LiF, LiBr käytetään havaitsemaan hitaita neutroneja. Hitaiden neutronien vuorovaikutuksessa 6 Li:n kanssa tapahtuu reaktio 6 Li(n,a)3 H, jossa energia on 4,8 Mev.

§ 6. Esimerkkejä tuikelaskurin käytöstä

Ytimen virittyneiden tilojen eliniän mittaaminen. Radioaktiivisen hajoamisen tai erilaisissa ydinreaktioissa syntyvät ytimet päätyvät usein virittyneeseen tilaan. Ytimen virittyneiden tilojen kvanttiominaisuuksien tutkiminen on yksi ydinfysiikan päätehtävistä. Ytimen virittyneen tilan erittäin tärkeä ominaisuus on sen elinikä t. Tämän arvon tietäminen antaa mahdollisuuden saada monia tietoja ytimen rakenteesta.

Atomiytimet voivat olla virittyneessä tilassa eri aikoja. Näiden aikojen mittaamiseen on erilaisia ​​menetelmiä. Tuikelaskimet ovat osoittautuneet erittäin käteviksi mittaamaan ydintasojen elinikää muutamasta sekunnista hyvin pieniin sekunnin murto-osaan. Esimerkkinä tuikelaskinten käytöstä tarkastelemme viivästetyn sattuman menetelmää. Muuttukoon ydin A (ks. kuva 10) b-hajoamalla ytimeksi AT virittyneessä tilassa, joka luovuttaa ylimääräisen energiansa kahden g-kvantin (g1, g2) peräkkäiseen emissioon. On määritettävä virittyneen tilan käyttöikä minä. Isotooppi A sisältävä valmiste asennetaan kahden NaJ(Tl)-kiteitä sisältävän laskurin väliin (kuva 8). PMT:n lähdössä generoidut pulssit syötetään nopeaan koinsidenssipiiriin resoluutiolla ~10-8 -10-7 sek. Lisäksi pulsseja syötetään lineaarisiin vahvistimiin ja sitten amplitudianalysaattoreihin. Jälkimmäiset on konfiguroitu siten, että ne läpäisevät tietyn amplitudin pulsseja. Meidän tarkoitukseen, ts. tason käyttöiän mittaamiseksi minä(katso kuva 10), amplitudianalysaattori AAI tulee läpäistä vain fotonienergiaa g1 vastaavat pulssit ja analysaattori AAII - g2 .

Kuva 8. Kaavakuva määritettäväksi

ytimien virittyneiden tilojen elinikä.

Lisäksi pulssit analysaattoreista sekä nopeasta koinsidenssipiiristä syötetään hitaalle (t ~ 10-6 sek) kolminkertainen ottelukuvio. Kokeessa tutkitaan kolminkertaisten yhteensattumien lukumäärän riippuvuutta nopean koinsidenssipiirin ensimmäiseen kanavaan sisältyvän pulssin aikaviiveen arvosta. Tyypillisesti pulssiviive suoritetaan käyttämällä niin kutsuttua muuttuvaa viivelinjaa LZ (kuva 8).

Viivelinja on kytkettävä täsmälleen siihen kanavaan, johon kvantti g1 on rekisteröity, koska se lähetetään ennen kvanttia g2. Kokeen tuloksena muodostetaan puolilogaritminen kuvaaja kolminkertaisten yhteensattumien lukumäärän riippuvuudesta viiveajasta (kuva 9), ja siitä määritetään viritetyn tason elinikä. minä(samalla tavalla kuin se tehdään määritettäessä puoliintumisaikaa käyttämällä yhtä ilmaisinta).

Käyttämällä NaJ(Tl)-kiteellä varustettuja tuikelaskureita ja tarkasteltua nopeiden ja hitaiden yhteensattumien kaaviota on mahdollista mitata eliniän 10-7 -10-9 sek. Jos kuitenkin käytetään nopeampia orgaanisia tuikeaineita, voidaan mitata lyhyemmät viritystilojen elinajat (jopa 10-11 sek).

Kuva 9. Sattumien lukumäärän riippuvuus viiveen suuruudesta.

Gammavirheen tunnistus. Ydinsäteilyä, jolla on suuri läpäisykyky, käytetään yhä enemmän tekniikassa putkien, kiskojen ja muiden suurten metallikappaleiden vikojen havaitsemiseen. Näihin tarkoituksiin käytetään g-säteilylähdettä ja g-sädeilmaisinta. Paras ilmaisin tässä tapauksessa on tuikelaskuri, jolla on korkea tunnistustehokkuus. Säteilylähde sijoitetaan lyijysäiliöön, josta kollimaattorireiän läpi tulee kapea g-säde, joka valaisee putkea. Tuikelaskuri on asennettu putken vastakkaiselle puolelle. Lähde ja laskuri on sijoitettu liikkuvaan mekanismiin, jonka avulla niitä voidaan siirtää putkea pitkin ja pyörittää sen akselin ympäri. Putken materiaalin läpi kulkeva g-säde absorboituu osittain; jos putki on homogeeninen, absorptio on sama kaikkialla ja laskuri rekisteröi aina saman määrän (keskimäärin) g-kvantteja aikayksikköä kohti, mutta jos jossain putken kohdassa on nielu, niin g-säteet imeytyvät tähän paikkaan vähemmän, laskentanopeus kasvaa. Altaan sijainti paljastetaan. On olemassa monia esimerkkejä tällaisesta tuikelaskinten käytöstä.

Neutriinojen kokeellinen havaitseminen. Neutriino on alkuainehiukkasista salaperäisin. Lähes kaikki neutriinojen ominaisuudet saadaan epäsuorasta tiedosta. Nykyaikainen b-hajoamisen teoria olettaa, että neutrinon massa mn on yhtä suuri kuin nolla. Jotkut kokeet antavat meille mahdollisuuden väittää sen. Neutrinospin on 1/2, magneettinen momentti<10-9 магнетона Бора. Электрический заряд равен нулю. Нейтрино может преодолевать огромные толщи вещества, не взаимодействуя с ним. При радиоактивном распаде ядер испускаются два сорта нейтрино. Так, при позитронном распаде ядро испускает позитрон (античастица) и нейтрино (n-частица). При электронном распадеиспускается электрон (частица) и антинейтрино (`n-античастйца).

Ydinreaktorien luominen, joissa erittäin suuri määrä ytimiä, joissa on ylimäärä neutroneja, antoi toivoa antineutriinojen havaitsemisesta. Kaikki runsaasti neutroneja sisältävät ytimet hajoavat elektronien emissiolla ja siten antineutriinojen. Lähellä useiden satojen tuhansien kilowattien kapasiteettia olevaa ydinreaktoria antineutrinovuo on 1013 cm -2 · sek-1 - valtavan tiheyden virta, ja sopivan antineutrino-ilmaisimen valinnalla niitä voisi yrittää havaita. Reines ja Cowen tekivät tällaisen yrityksen vuonna 1954. Kirjoittajat käyttivät seuraavaa reaktiota:

n + p ® n+e+ (1)

Tässä reaktiossa tuotehiukkaset ovat positroni ja neutroni, jotka voidaan rekisteröidä.

Nestetuike, jonka tilavuus on ~1 m3, korkea vetypitoisuus, kyllästetty kadmiumilla. Reaktiossa (1) syntyneet positronit tuhoutuivat kahdeksi g-kvantiksi, joiden energia oli 511 kev jokainen ja aiheutti tuikkeen ensimmäisen välähdyksen. Neutroni hidastettiin useiksi mikrosekunneiksi ja vangittiin kadmiumilla. Tässä kadmiumin sieppauksessa emittoitiin useita g-kvantteja, joiden kokonaisenergia oli noin 9 Mev. Tämän seurauksena tuikeessa ilmestyi toinen välähdys. Kahden pulssin viivästynyt yhteensattuma mitattiin. Välähdysten rekisteröimiseksi nestetuike oli ympäröity suurella määrällä valon monistajia.

Viivästyneiden sattumien laskentanopeus oli kolme laskua tunnissa. Näistä tiedoista saatiin, että reaktion poikkileikkaus (kuva 1) s = (1,1 ± 0,4) 10 -43 cm2, joka on lähellä laskettua arvoa.

Tällä hetkellä erittäin suuria nestetuikelaskureita käytetään monissa kokeissa, erityisesti kokeissa, joilla mitataan ihmisten ja muiden elävien organismien lähettämiä g-säteilyvirtoja.

Fissiofragmenttien rekisteröinti. Fissiofragmenttien rekisteröimiseksi kaasutuikelaskimet osoittautuivat käteviksi.

Yleensä fissiopoikkileikkauksen tutkiminen järjestetään seuraavasti: kerros tutkittavasta elementistä kerrostetaan jonkinlaiselle alustalle ja säteilytetään neutronivuolla. Tietysti mitä enemmän halkeavaa materiaalia käytetään, sitä enemmän fissiotapahtumia tapahtuu. Mutta koska yleensä halkeamiskelpoiset aineet (esim. transuraanialkuaineet) ovat a-säteilijöitä, niiden käyttö merkittävissä määrissä vaikeutuu a-hiukkasten suuren taustan vuoksi. Ja jos fissiotapahtumia tutkitaan pulssi-ionisaatiokammioiden avulla, niin a-hiukkasista tulevat pulssit voidaan asettaa päällekkäin fissiofragmenteista syntyvien pulssien päälle. Ainoastaan ​​paremman ajallisen resoluution omaava instrumentti mahdollistaa suurten halkeamiskelpoisten materiaalimäärien käytön ilman pulsseja toisilleen. Tässä suhteessa kaasutuikelaskurilla on merkittävä etu pulssi-ionisaatiokammioihin verrattuna, koska jälkimmäisten pulssin kesto on 2–3 suuruusluokkaa pidempi kuin kaasutuikelaskurin. Fissiofragmenttien pulssiamplitudit ovat paljon suurempia kuin a-hiukkasten pulssiamplitudit, ja siksi ne voidaan helposti erottaa amplitudianalysaattorilla.

Kaasutuikelaskurin erittäin tärkeä ominaisuus on sen alhainen herkkyys g-säteille, koska raskaiden varautuneiden hiukkasten ilmaantumiseen liittyy usein voimakas g-sädevirta.

Valoisa kamera. Vuonna 1952 Neuvostoliiton fyysikot Zavoisky ja muut valokuvasivat ensimmäistä kertaa ionisoivien hiukkasten jälkiä luminoivissa aineissa käyttämällä herkkiä elektronioptisia muuntimia (EOC). Tällä hiukkasten havaitsemismenetelmällä, jota kutsutaan fluoresoivaksi kameraksi, on korkea aikaresoluutio. Ensimmäiset kokeet tehtiin käyttämällä CsJ (Tl) -kidettä.

Myöhemmin luminesoivan kammion valmistukseen alettiin käyttää muovisia tuikeputkia pitkien ohuiden sauvojen (kierteiden) muodossa. Langat pinotaan riveihin siten, että kahden vierekkäisen rivin langat ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden. Tämä tarjoaa mahdollisuuden stereoskooppiseen havainnointiin hiukkasten avaruudellisen liikeradan luomiseksi. Kuvat kummastakin kahdesta keskenään kohtisuorassa olevien filamenttien ryhmästä ohjataan erillisiin elektronioptisiin muuntimiin. Langat toimivat myös valonohjainten roolissa. Valoa antavat vain ne langat, jotka hiukkanen ylittää. Tämä valo tulee valokuvien vastaavien lankojen päiden läpi. Järjestelmät valmistetaan yksittäisten kierteiden halkaisijalla 0,5 - 1,0 mm.

Kirjallisuus :

1. J. Birks. tuikelaskimet. M., IL, 1955.

2. V.O. Vyazemsky, I.I. Lomonosov, V.A. Ruzin. Tuikemenetelmä radiometriassa. M., Gosatomizdat, 1961.

3. Yu.A. Egorov. Gammasäteilyn ja nopeiden neutronien spektrometrian stincillaatiomenetelmä. M., Atomizdat, 1963.

4. P.A. Tishkin. Ydinfysiikan kokeelliset menetelmät (ydinsäteilyn ilmaisimet).

Leningradin yliopiston kustantamo, 1970.

5 G.S. Landsberg. Fysiikan perusoppikirja (nide 3) M., Nauka, 1971

Scintillation laskuri

Toimintaperiaate ja laajuus

Tuikelaskimessa ionisoiva säteily aiheuttaa valon välähdyksen vastaavassa tuikelaitteessa, joka voi olla joko kiinteää tai nestemäistä. Tämä salama välittyy valomonistinputkeen, joka muuttaa sen sähkövirran pulssiksi. Virtapulssi vahvistuu seuraavissa PMT-vaiheissa niiden korkean toissijaisen emissiokertoimen vuoksi.

Huolimatta siitä, että yleensä tarvitaan monimutkaisempia elektronisia laitteita käytettäessä tuikelaskimia, näillä laskureilla on merkittäviä etuja Geiger-Muller-laskuriin verrattuna.

1. Tehokkuus röntgen- ja gammasäteilyn laskennassa on paljon suurempi; suotuisissa olosuhteissa se saavuttaa 100 %.

2. Joidenkin tuiketen valoteho on verrannollinen herättävän hiukkasen tai kvantin energiaan.

3. Aikaresoluutio on suurempi.

Tuikelaskuri on siten sopiva anturi matalan intensiteetin säteilyn havaitsemiseen, energian jakautumisanalyysiin, jossa ei ole liian korkeat resoluutiovaatimukset, sekä koinsidenssimittauksiin suurella säteilyintensiteetillä.

B) Scintillaattorit

1) Protonit ja muut voimakkaasti ionisoivat hiukkaset. Jos puhumme vain näiden hiukkasten rekisteröinnistä, niin kaikki tuiketyypit ovat yhtä sopivia, ja korkean pysäytysvoimansa vuoksi riittävät kerrokset, joiden paksuus on millimetrin luokkaa ja jopa pienempi. On kuitenkin pidettävä mielessä, että protonien ja β-hiukkasten valontuotto orgaanisissa tuikeissa on vain noin 1/10 saman energian elektronien valontuotannosta, kun taas ZnS- ja NaJ-epäorgaanisissa tuikeissa ne ovat molemmat sama järjestys.

Valon välähdyksen energian ja siihen liittyvien pulssien voimakkuuden sekä tuikeeseen siirtyneiden hiukkasten energian välinen suhde orgaanisten aineiden osalta on yleisesti ottaen epälineaarinen. ZnS 1 NaJ:lle ja CsJ:lle tämä riippuvuus on kuitenkin lähellä lineaarista. NaJ- ja CsJ-kiteiden hyvä läpinäkyvyys omalle fluoresoivalle säteilylleen tarjoaa erinomaisen energiaresoluution; on kuitenkin huolehdittava siitä, että pinta, jonka kautta hiukkaset pääsevät kiteen, on erittäin puhdas.

2) Neutronit. Hitaat neutronit voidaan havaita reaktioilla Li6Hs, B10Li" tai CdlisCd114. Tätä tarkoitusta varten tuikeina LiJ:n yksittäiskiteitä, jauheseoksia, esimerkiksi 1 paino-osa B 2 O 3:a ja 5 paino-osaa ZnS:a, kerrostetaan suoraan PMT-ikkuna; voidaan myös käyttää

Tuikespektrometrin lohkokaavio. 1 - tuike, 2 - PMT, h - korkeajännitelähde, 4 - katodiseuraaja, e - lineaarinen vahvistin, 6 - amplitudipulssianalysaattori, 7 - tallennuslaite.

ZnS suspendoituna sulaan B 2 O 3 :een, vastaavat booriyhdisteet synteettisissä tuikeissa sekä kadmiummetyyliboraatin tai -propionaatin seokset nestetuikeaineiden kanssa. Jos z-säteilyn vaikutus on poissuljettava neutronimittauksissa, niin niissä reaktioissa, jotka aiheuttavat raskaiden hiukkasten emissiota, on otettava yllä oleva suhde erilaisten tuiketen valontuottoon hiukkastyypistä riippuen. tili.

Nopeat neutronit havaitaan käyttämällä vetyä sisältävissä aineissa tuotettuja rekyyliprotoneja. Koska korkea vetypitoisuus esiintyy vain orgaanisissa tuikeaineissa, on y-säteilyn vaikutusta vaikea vähentää edellä mainituista syistä. Parhaat tulokset saavutetaan, jos rekyyliprotonien muodostumisprosessi erotetaan tuikeen virityksestä r-säteillä. Tässä tapauksessa jälkimmäisen kerroksen tulee olla ohut, sen paksuuden määrää rekyyliprotonien alue, jolloin z-säteilyn havaitsemisen todennäköisyys pienenee oleellisesti. Tässä tapauksessa on edullista käyttää ZnS:ää tuikeaineena. On myös mahdollista suspendoida jauhettua ZnS:ää läpinäkyvään vetyä sisältävään keinotekoiseen aineeseen.

Nopeiden neutronien energiaspektriä on lähes mahdotonta tutkia tuikeilla. Tämä selittyy sillä, että rekyyliprotonien energia voi saada kaikenlaisia ​​arvoja aina neutronien kokonaisenergiaan asti, riippuen siitä, miten törmäys tapahtuu.

3) Elektronit, p-hiukkaset. Muiden säteilytyyppien osalta elektronien tuikeresoluutio riippuu valoenergian ja ionisoivan hiukkasen tuikeeseen siirtämän energian välisestä suhteesta. Tämä johtuu siitä, että monoenergeettisten osuvien hiukkasten aiheuttamien pulssien voimakkuuksien jakautumiskäyrän puolileveys, joka johtuu tilastollisista vaihteluista, ensimmäisessä approksimaatiossa on kääntäen verrannollinen poistuneiden fotoelektronien lukumäärän neliöjuureen PMT-valokatodista. Tällä hetkellä käytössä olevista tuikeamplitudeista suurimmat pulssiamplitudit antaa NaJ 1 ja orgaanisilla tuikeaineilla antraseeni, joka muiden asioiden ollessa sama antaa noin kaksi kertaa pienemmän amplitudin pulsseja kuin NaJ.

Koska tehokkaat elkasvavat voimakkaasti atomiluvun kasvaessa, NaJ:ta käytettäessä 80-90 % kaikista saapuvista elektroneista siroaa jälleen kiteestä; antraseenia käytettäessä tämä vaikutus saavuttaa noin 10 %. Sironneet elektronit aiheuttavat impulsseja, joiden suuruus on pienempi kuin elektronien kokonaisenergiaa vastaava arvo. Tämän seurauksena on erittäin vaikeaa kvantifioida NaJ-kiteillä saatuja β-spektrejä. Siksi β-spektroskopiassa on usein tarkoituksenmukaisempaa käyttää orgaanisia tuikeaineita, jotka koostuvat pieniatomilukuisista alkuaineista.

Takaisinsirontaa voidaan myös heikentää seuraavilla menetelmillä. Aine, jonka β-säteilyä on tutkittava, joko sekoitetaan tuikeaineeseen, jos se ei vaimenna fluoresoivaa säteilyä, tai sijoitetaan tuikeaineen kahden pinnan väliin, joiden fluoresoiva Iryny 1 Ienne vaikuttaa valokatodiin, tai lopuksi käytetään tuikea. sisäinen kanava, johon se ohjaa sisään tulevaa säteilyä.

Valoenergian ja säteilyn avulla tuikeeseen siirtyneen energian välinen riippuvuus on lineaarinen NaJ:lle. Kaikilla orgaanisilla tuikeaineilla tämä suhde pienenee alhaisilla elektronien energioilla. Tämä epälineaarisuus on otettava huomioon spektrien kvantitoinnissa.

4) Röntgen- ja gammasäteily. Sähkömagneettisen säteilyn ja tuikeaineen vuorovaikutusprosessi koostuu pääasiassa kolmesta perusprosessista.

Valosähköisessä efektissä kvantin energia muuttuu lähes kokonaan fotoelektronin liike-energiaksi, ja fotoelektronin lyhyen kantaman vuoksi se useimmiten absorboituu tuikeeseen. Toissijainen kvantti, joka vastaa elektronin sitomisenergiaa, joko absorboituu tuikeeseen tai poistuu siitä.

Compton-ilmiössä vain osa kvanttienergiasta siirtyy elektroniin, tämä osa absorboituu suurella todennäköisyydellä tuikeessa. Sironnut fotoni, jonka energia on pienentynyt Compton-elektronin energiaa vastaavan määrän myös joko imeytyy tuikeeseen tai poistuu siitä.

Parien muodostumisen aikana primäärikvantin energia, josta on vähennetty parinmuodostuksen energia, siirtyy tämän parin liike-energiaksi ja absorboituu pääasiassa tuikelaitteeseen. Elektronin ja positronin tuhoutuessa syntyvä säteily absorboituu tuikelaitteeseen tai poistuu siitä.

Tehollisten poikkileikkausten energiariippuvuus näissä prosesseissa on sellainen, että pienillä fotonienergioilla valosähköinen vaikutus tapahtuu pääasiassa; Alkaen 1,02 Mae:n energiasta parien muodostumista voidaan havaita, mutta tämän prosessin todennäköisyys saavuttaa huomattavan arvon vain huomattavasti suuremmilla energioilla. Välialueella pääosassa on Compton-ilmiö.

Kun atomiluku Z kasvaa, teholliset poikkileikkaukset valosähköiselle efektille ja parien muodostukselle kasvavat paljon voimakkaammin kuin Compton-ilmiöllä. Tässä tapauksessa elektroni kuitenkin siirretään:

1) valosähköisellä efektillä, - kvantin energian lisäksi, joka muuttuu elektronin energiaksi jo primäärivaikutuksen aikana, on vielä vain fotoelektronin sitoutumisenergia, joka vastaa sekundaarista säteilyä, pehmeää ja imeytyy helposti;

2) parien muodostuksessa - vain tuhoava säteily erillisellä tunnetulla energialla. Compton-ilmiön avulla sekundäärielektronien ja sironneiden kvanttien energialla on laaja valikoima mahdollisia arvoja. Koska, kuten jo mainittiin, sekundaarikvantit eivät välttämättä koe absorptiota ja poistua tuikesta, spektrien tulkinnan helpottamiseksi on tarkoituksenmukaista kaventaa mahdollisimman pitkälle aluetta, jolla Komhtohj-ilmiö on vallitseva, valitsemalla tuike, jolla on suuri H, esimerkiksi NaJ. Lisäksi valon energian suhde NaJ:n tuikeeseen siirrettyyn energiaan on käytännössä riippumaton elektronien energiasta, joten kaikissa monimutkaisissa prosesseissa, joissa kvantit absorboituvat, vapautuu sama määrä valoa .Tällaisia ​​monimutkaisia ​​prosesseja tapahtuu sitä suuremmalla todennäköisyydellä, mitä suurempi on tuike.

Gammasäteiden vaimennus antraseenissa, μ on vaimennuskerroin; f on valoabsorptiokerroin, a on Comptonin sirontakerroin, p on parinmuodostuskerroin.

tuikelaskuri, laite ydinsäteilyn ja alkuainehiukkasten (protonit, neutronit, elektronit, g-kvantit, mesonit jne.) havaitsemiseen, jonka pääelementit ovat varautuneiden hiukkasten vaikutuksesta luminesoiva aine (tuike) ja valon monistin (FEU). Ionisoivien hiukkasten (α-hiukkasten, ydinfissiofragmenttien) vaikutuksesta tapahtuvien valon välähdysten (tuikeiden) visuaaliset havainnot olivat ydinfysiikan päämenetelmä 1900-luvun alussa. (cm. Spinthariscope ). Myöhemmin S. kanssa. syrjäytettiin kokonaan ionisaatiokammiot ja suhteelliset laskurit. Hänen paluunsa ydinfysiikkaan tapahtui 1940-luvun lopulla, kun monivaiheisia PMT:itä käytettiin suurella vahvistuksella havaitsemaan tuike, joka pystyi havaitsemaan erittäin heikkoja valon välähdyksiä.

S:n toimintaperiaate. koostuu seuraavista: tuikelaitteen läpi kulkeva varautunut hiukkanen atomien ja molekyylien ionisaation ohella virittää niitä. Palattuaan virittymättömään (perus)tilaan atomit lähettävät fotoneja (katso kuva 1). Luminesenssi ). PMT-katodiin osuvat fotonit syrjäyttävät elektronit (katso kuva 1). Valoelektroninen emissio ), seurauksena PMT-anodille ilmestyy sähköpulssi, jota vahvistetaan ja tallennetaan (katso kuva 1). riisi. ). Neutraalien hiukkasten (neutronit, g-kvantit) havaitseminen tapahtuu sekundäärivarautuneilla hiukkasilla, jotka muodostuvat neutronien ja g-kvanttien vuorovaikutuksessa tuikeatomien kanssa.

Erilaisia ​​aineita (kiinteitä, nestemäisiä, kaasumaisia) käytetään tuikeina. Muoveja käytetään laajalti, jotka ovat helposti valmistettuja, koneistettavia ja jotka antavat voimakkaan hehkun. Sintillaattorin tärkeä ominaisuus on se osa havaitun hiukkasen energiasta, joka muuttuu valoenergiaksi (muunnostehokkuus h). Kiteisillä tuikeaineilla on korkeimmat h-arvot: NaI, aktivoitu Tl, antraseeni ja ZnS. DR. tärkeä ominaisuus on hehkuaika t, joka määräytyy käyttöiän perusteella viritystasoilla. Hehkun voimakkuus hiukkasen läpikulun jälkeen muuttuu eksponentiaalisesti: , missä minä 0 - alkuintensiteetti. Useimpien tuikelaitteiden t on välillä 10–9 - 10–5 sek. Muoveilla on lyhyt hehkuaika (taulukko 1). Mitä pienempi t, sitä nopeammin S. voidaan tehdä.

Jotta PMT rekisteröi valon välähdyksen, on välttämätöntä, että tuikespektri osuu yhteen PMT-valokatodin herkkyysalueen kanssa, ja tuikemateriaalin on oltava läpinäkyvää omalle säteilylleen. Rekisteröintiä varten hitaita neutroneja Li:tä tai B:tä lisätään tuikeeseen. Nopeat neutronit havaitaan käyttämällä vetyä sisältäviä tuikeaineita (ks. Neutronin ilmaisimet ). G-kvanttien ja korkeaenergisten elektronien spektrometriaan käytetään Nal (Tl), jolla on suuri tiheys ja korkea tehollinen atomiluku (katso kuva 1). Gammasäteily ).

S. s. valmistetaan erikokoisilla tuikeilla - 1-2 mm 3-1-2 m 3 . Jotta emittoitua valoa ei "hävittäisi", PMT:n ja tuikelaitteen välinen hyvä kontakti on välttämätön. S. kanssa. pieni tuike liimataan suoraan PMT-valokatodiin. Kaikki muut sivut on peitetty kerroksella heijastavaa materiaalia (esim. MgO, TiO 2). S. kanssa. suuren koon käyttö valonohjaimet (yleensä kiillotettu orgaaninen lasi).

S. s.:lle tarkoitetuilla PMT:illä on oltava korkea valokatoditehokkuus (jopa 2,5 %), korkea vahvistus (10 8 -10 8), lyhyt elektronien keräysaika (10 -8 %) sek) korkealla vakaudella tällä hetkellä. Jälkimmäinen mahdollistaa resoluution saavuttamisen ajassa S. s. 10-9 puntaa sek. PMT:n suuri vahvistus yhdessä alhaisen sisäisen kohinan tason kanssa mahdollistaa yksittäisten elektronien havaitsemisen, jotka on syrjäytynyt valokatodista. PMT-anodin signaali voi olla 100 sisään.

Tab. 1. - Joidenkin kiinteiden ja nestemäisten tuikeaineiden ominaisuudet,

käytetään tuikelaskureissa

Aine	Tiheys, g/cm3	Hehkuaika, t, 10 -9 sek.		Muunnoshyötysuhde h, % (elektroneille)
kiteitä
Antraseeni C 14 H 10
Stilbene C 14 H 12
Nesteet
Ratkaisu R-terfenyyli ksyleenissä (5 g/l) lisäten POPOP 1:tä (0,1 g/l)
Ratkaisu R-terfenyyli tolueenissa (4 g/l) lisäten POPOP:ta (0,1 g/l)
Muovit
Polystyreeni lisäyksellä R-terfenyyli (0,9 %) ja a-NPO 2 (0,05 painoprosenttia)
Polyvinyylitolueeni, johon on lisätty 3,4 % R-terfenyyli ja 0,1 paino-% POPOP

1 POPOP - 1,4-dibentseeni. 2 NPO - 2-(1-naftyyli)-5-fenyylioksatsoli.

S.:n edut: erilaisten hiukkasten korkea rekisteröinnin tehokkuus (käytännössä 100%); nopeus; mahdollisuus valmistaa erikokoisia ja -kokoonpanoisia tuikelaitteita; korkea luotettavuus ja suhteellisen alhaiset kustannukset. Näiden ominaisuuksien ansiosta S. with. käytetään laajasti ydinfysiikassa, alkeishiukkasfysiikassa ja kosmiset säteet, teollisuudessa (säteilynhallinta), dosimetria, radiometria, geologia, lääketiede jne. S. S.:n haitat: alhainen herkkyys matalaenergisille hiukkasille (1 puntaa kev), alhainen energiaresoluutio (katso kuva). Tuikespektrometri ).

Matalaenergiaisten hiukkasten tutkiminen (< 0,1 mev) ja ydinfissiofragmentteja, kaasuja käytetään tuikeina (taulukko 2). Kaasuilla on lineaarinen signaalin suuruuden riippuvuus hiukkasen energiasta laajalla energiaalueella, nopea vaste ja kyky muuttaa pysäytystehoa painetta muuttamalla. Lisäksi lähde voidaan viedä kaasutuiketilavuuteen. Kaasutuikelaitteet vaativat kuitenkin korkean kaasun puhtauden ja erityisen kvartsiikkunoilla varustetun PMT:n (merkittävä osa emittoidusta valosta on ultraviolettialueella).

Tab. 2. - Joidenkin käytettyjen kaasujen ominaisuudet

tuikelaskurit (paineella 740 mm

rt. Taide., a-hiukkasille, joiden energia on 4.7 mev)

	valaistusaika t,	aallonpituus spektrin maksimissa,	Muunnostehokkuus n, %
	3×10 -9

Lit.: Birke J., Scintillation laskurit, käännös. Englannista, M., 1955; Kalashnikova V. I., Kozodaev M. S., Alkuainehiukkasten ilmaisimet, kirjassa: Ydinfysiikan kokeelliset menetelmät, M., 1966; Ritson D., kokeelliset menetelmät korkean energian fysiikassa, käänn. Englannista, M., 1964.

Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia M.: "Neuvostoliiton tietosanakirja", 1969-1978

- Kuinka tuikelaskuri toimii

- Scintillaattorit

- Valomonistimet

- Tuikelaskijoiden mallit

- Tuikelaskurin ominaisuudet

- Esimerkkejä tuikelaskinten käytöstä

- Luettelo käytetystä kirjallisuudesta

TUIKKELASKURIT

Menetelmä varautuneiden hiukkasten havaitsemiseksi laskemalla valon välähdyksiä, jotka tapahtuvat näiden hiukkasten osuessa sinkkisulfidi (ZnS) -verkkoon, on yksi ensimmäisistä menetelmistä ydinsäteilyn havaitsemiseksi.

Jo vuonna 1903 Crookes ym. osoittivat, että jos a-hiukkasilla säteilytettyä sinkkisulfidiruutua tarkastellaan suurennuslasin läpi pimeässä huoneessa, niin siinä voi havaita yksittäisten lyhytaikaisten valon välähdyksiä - tuikeita. . Havaittiin, että jokainen näistä tuikeista syntyy erillisen a-hiukkasen osuessa näyttöön. Crookes rakensi yksinkertaisen laitteen nimeltä Crookes-spinthariscope, joka oli suunniteltu laskemaan a-hiukkasia.

Visuaalista tuikemenetelmää käytettiin myöhemmin pääasiassa a-hiukkasten ja protonien havaitsemiseen useiden miljoonien elektronivolttien energialla. Yksittäisiä nopeita elektroneja ei voitu rekisteröidä, koska ne aiheuttavat erittäin heikkoja tuikeita. Joskus, kun sinkkisulfidisiulaa säteilytettiin elektroneilla, oli mahdollista havaita välähdyksiä, mutta tämä tapahtui vain, kun riittävän suuri määrä elektroneja putosi samanaikaisesti samalle sinkkisulfidikiteelle.

Gammasäteet eivät aiheuta välähdyksiä näytölle, vaan ne luovat vain yleistä hehkua. Tämä mahdollistaa a-hiukkasten havaitsemisen voimakkaan g-säteilyn läsnä ollessa.

Visuaalinen tuikemenetelmä mahdollistaa hyvin pienen määrän hiukkasia rekisteröintiä aikayksikköä kohden. Parhaat olosuhteet tuikelaskulle saadaan, kun niiden lukumäärä on 20-40 minuutissa. Tietenkin tuikemenetelmä on subjektiivinen, ja tulokset riippuvat jossain määrin kokeen tekijän yksilöllisistä ominaisuuksista.

Puutteistaan ​​huolimatta visuaalisella tuikemenetelmällä oli valtava rooli ydin- ja atomifysiikan kehityksessä. Rutherford käytti sitä rekisteröimään a-hiukkasia, kun ne olivat hajallaan atomeilla. Nämä kokeet johtivat Rutherfordin ytimen löytämiseen. Visuaalinen menetelmä mahdollisti ensimmäistä kertaa typen ytimistä irtautuneiden nopeiden protonien havaitsemisen, kun niitä pommitettiin a-hiukkasilla, ts. ensimmäinen keinotekoinen ytimen fissio.

Visuaalisen tuikemenetelmän merkitys oli suuri aina 1930-luvulle asti, jolloin uusien ydinsäteilyn havaitsemismenetelmien ilmaantuminen unohtui joksikin aikaa. Tuikerekisteröintimenetelmä elvytettiin 1940-luvun lopulla uudella pohjalla. Tähän mennessä oli kehitetty fotomonistinputket (PMT), jotka mahdollistivat erittäin heikkojen valon välähdyksen. Luotiin tuikelaskimet, joiden avulla on mahdollista nostaa laskentanopeutta kertoimella 108 ja jopa enemmän visuaaliseen menetelmään verrattuna, ja on myös mahdollista rekisteröidä ja analysoida energian suhteen sekä varautuneita hiukkasia että neutronit ja g-säteet.

§ 1. Tuikelaskurin toimintaperiaate

Tuikelaskuri on tuikelaitteen (fosfori) ja valomonistinputken (PMT) yhdistelmä. Laskurisarja sisältää myös PMT-virtalähteen ja radiolaitteiston, joka vahvistaa ja rekisteröi PMT-pulssit. Joskus fosforin ja valomonistimen yhdistelmä tuotetaan erityisen optisen järjestelmän (valojohtimen) kautta.

Tuikelaskurin toimintaperiaate on seuraava. Tuikeeseen saapuva varautunut hiukkanen saa aikaan molekyyliensä ionisaation ja virittymisen, mikä hyvin lyhyen ajan kuluttua (10 -6 - 10-9 sek ) menevät vakaaseen tilaan lähettämällä fotoneja. Siellä on valon välähdys (tuike). Jotkut fotoneista osuvat PMT-valokatodiin ja tyrmäävät siitä fotoelektroneja. Jälkimmäiset kohdistetaan PMT:hen syötetyn jännitteen vaikutuksesta ja suunnataan elektronikertojan ensimmäiseen elektrodiin (dynodiin). Lisäksi sekundäärisen elektroniemission seurauksena elektronien määrä kasvaa lumivyöryn tavoin ja PMT-lähtöön ilmestyy jännitepulssi, jota radiolaitteet vahvistavat ja tallentavat.

Lähtöpulssin amplitudi ja kesto määräytyvät sekä tuikelaitteen että PMT:n ominaisuuksien mukaan.

Fosforina käytetään:

orgaaniset kiteet,

Nestemäiset orgaaniset tuikeaineet,

kovamuoviset tuikeaineet,

kaasutuikeaineet.

Tuikelaitteiden pääominaisuudet ovat: valontuotto, säteilyn spektrikoostumus ja tuiketen kesto.

Kun varattu hiukkanen kulkee tuikelaitteen läpi, siihen syntyy tietty määrä fotoneja, joilla on yhtä tai toista energiaa. Jotkut näistä fotoneista absorboituvat itse tuikelaitteen tilavuuteen, ja sen sijaan emittoidaan muita fotoneja, joiden energia on hieman pienempi. Reabsorptioprosessien seurauksena ulos tulee fotoneja, joiden spektri on tyypillinen tietylle tuikeaineelle.

Tuikeen c valoteho tai muunnostehokkuus on valon välähdysenergian suhde , ulos menossa energian määrään E varattu hiukkanen, joka on kadonnut tuikelaitteeseen
missä - ulos lähtevien fotonien keskimääräinen määrä, - keskimääräinen fotonienergia. Jokainen tuike ei lähetä monoenergeettisiä kvantteja, vaan tälle tuikeelle ominaista jatkuvaa spektriä.

On erittäin tärkeää, että tuikesta lähtevien fotonien spektri on sama tai ainakin osittain päällekkäinen valomonistimen spektriominaisuuksien kanssa.

Ulomman tuikespektrin päällekkäisyysaste spektrivasteen kanssa. Tämä PMT määräytyy sovituskertoimella missä on tuikelaitteen ulkoinen spektri tai tuikesta ulos tulevien fotonien spektri. Käytännössä, kun verrataan tuikeaineita yhdistettynä PMT-tietoihin, otetaan käyttöön tuiketehokkuuden käsite, joka määritellään seuraavalla lausekkeella:

missä minä 0 - tuikevoimakkuuden maksimiarvo; t 0 - vaimenemisaikavakio, joka määritellään ajaksi, jonka aikana tuikeintensiteetti laskee e yhden kerran.

Valon fotonien lukumäärä n , vapautuu ajan myötä t havaitun hiukkasen osuman jälkeen ilmaistaan ​​kaavalla

missä on tuikeprosessin aikana emittoineiden fotonien kokonaismäärä.

Fosforin luminesenssin (hehkun) prosessit jaetaan kahteen tyyppiin: fluoresenssi ja fosforesenssi. Jos vilkkuminen tapahtuu suoraan virityksen aikana tai aikavälillä, joka on luokkaa 10 -8 sek, prosessia kutsutaan fluoresenssiksi. Väli 10 -8 sek valittu, koska se on suuruusluokaltaan yhtä suuri kuin atomin elinikä viritetyssä tilassa niin sanotuille sallituille siirtymille.

Vaikka fluoresenssin spektrit ja kesto eivät riipu virityksen tyypistä, fluoresenssin saanto riippuu olennaisesti siitä. Siten, kun kide viritetään a-hiukkasilla, fluoresenssin saanto on lähes suuruusluokkaa pienempi kuin silloin, kun sitä valoviritetään.

Fosforesenssi ymmärretään luminesenssiksi, joka jatkuu huomattavan pitkään virityksen päättymisen jälkeen. Mutta tärkein ero fluoresenssin ja fosforesenssin välillä ei ole jälkihehkun kesto. Kidefosforien fosforesenssi syntyy virityksen aikana syntyneiden elektronien ja reikien rekombinaatiosta. Joissakin kiteissä jälkihohto voi pitkittyä johtuen siitä, että elektronit ja reiät vangitaan "ansoilla", joista ne voidaan vapauttaa vasta saatuaan tarvittavaa lisäenergiaa. Näin ollen fosforesenssin keston riippuvuus lämpötilasta on ilmeinen. Monimutkaisten orgaanisten molekyylien tapauksessa fosforesenssi liittyy niiden läsnäoloon metastabiilissa tilassa, jolloin siirtymisen todennäköisyys josta perustilaan voi olla pieni. Ja tässä tapauksessa havaitaan fosforesenssin hajoamisnopeuden riippuvuus lämpötilasta.