Perangkat dasar penghitung kilau cukup sederhana. Sebuah partikel radioaktif mengenai sintilator, akibatnya molekul-molekulnya berubah menjadi keadaan tereksitasi. Setelah ini, mereka kembali ke utama keadaan energi disertai dengan emisi foton, yang dicatat oleh detektor. Dengan demikian, jumlah kilasan (sintilasi) sebanding dengan jumlah partikel radioaktif yang diserap. Intensitas terukur radiasi foton kemudian diubah menjadi intensitas radiasi partikel radioaktif.
Penghitung kilau adalah alternatif untuk perangkat dengan penghitung Geiger-Muller, sementara mereka memiliki sejumlah keunggulan signifikan dibandingkan yang terakhir. Efisiensi pendaftaran radiasi gamma dengan bantuan mereka mencapai 100%. Namun, ini bukan hal yang paling penting. Hal utama adalah bahwa dengan bantuan mereka Anda dapat mendaftarkan radiasi beta dan bahkan alfa. Seperti diketahui, partikel alfa, dinyatakan dalam fisika nuklir, berat, jangkauan mereka bahkan di udara hanya sentimeter, dan selembar kertas biasa yang ditempatkan di jalur mereka akan menyerapnya sepenuhnya. Tentu saja, pendaftaran partikel semacam itu dengan bantuan tabung pelepasan gas tidak mungkin; partikel-partikel ini tidak dapat menembus dindingnya. Penghitung kilau cair, perangkat sintilator cair, datang untuk menyelamatkan. Sampel radioaktif dimasukkan ke dalam kuvet dengan larutan sintilator dan kemudian dipasang di penghitung. Dalam situasi seperti itu, partikel radioaktif, meninggalkan molekul sampel yang sedang dipelajari, segera bertabrakan dengan molekul sintilator yang mengelilinginya, dan kemudian semua yang dijelaskan di atas.
Penghitung kilau banyak digunakan dalam kedokteran dan radiobiologi. Yang paling populer di seluruh dunia adalah perangkat dari pabrikan Amerika Beckman Coulter dan Perkin Elmer.
Di portal kami, Anda dapat menemukan penghitung kilau dengan harga yang menguntungkan. Jika Anda tidak menemukan iklan yang diinginkan di antara "Penawaran dari individu" dalam kategori, lihat kategori yang sama di bagian "Penawaran perusahaan" atau mulai pencarian Anda dengan .
- Bagaimana penghitung kilau bekerja
- Scintillator
- pengganda foto
- Desain penghitung kilau
- Sifat penghitung kilau
- Contoh penggunaan penghitung kilau
- Daftar literatur yang digunakan
PENGHITUNG SINTILASI
Metode mendeteksi partikel bermuatan dengan menghitung kilatan cahaya yang terjadi ketika partikel-partikel ini mengenai layar seng sulfida (ZnS) adalah salah satu metode pertama untuk mendeteksi radiasi nuklir.
Pada awal tahun 1903, Crookes dan lain-lain menunjukkan bahwa jika layar seng sulfida disinari dengan partikel-a dilihat melalui kaca pembesar di ruangan gelap, maka orang dapat melihat munculnya kilatan cahaya individu jangka pendek - kilau. Ditemukan bahwa masing-masing kilau ini dibuat oleh partikel terpisah yang mengenai layar. Crookes membuat perangkat sederhana yang disebut spinthariscope Crookes, yang dirancang untuk menghitung partikel-a.
Metode kilau visual kemudian digunakan terutama untuk mendeteksi partikel-a dan proton dengan energi beberapa juta elektron volt. Itu tidak mungkin untuk mendaftarkan elektron cepat individu, karena mereka menyebabkan kilau yang sangat lemah. Kadang-kadang, ketika layar seng sulfida disinari dengan elektron, dimungkinkan untuk mengamati kilatan, tetapi ini hanya terjadi jika cukup jumlah besar elektron.
Sinar gamma tidak menyebabkan kilatan pada layar, hanya menciptakan cahaya umum. Hal ini memungkinkan untuk mendeteksi partikel-a dengan adanya radiasi g yang kuat.
Metode kilau visual memungkinkan untuk mendaftarkan sejumlah kecil partikel per satuan waktu. Kondisi terbaik untuk menghitung kecemerlangan diperoleh ketika jumlahnya terletak antara 20 dan 40 per menit. Tentu saja, metode kilau itu subjektif, dan hasilnya sampai batas tertentu bergantung pada kualitas individu eksperimen.
Terlepas dari kekurangannya, metode kilau visual memainkan peran peran besar dalam pengembangan fisika nuklir dan atom. Rutherford menggunakannya untuk mendaftarkan partikel-a karena mereka dihamburkan oleh atom. Eksperimen inilah yang membawa Rutherford pada penemuan nukleus. Untuk pertama kalinya, metode visual memungkinkan untuk mendeteksi proton cepat yang tersingkir dari inti nitrogen ketika dibombardir dengan partikel-a, yaitu. pembelahan inti buatan pertama.
Metode kilau visual memiliki sangat penting sampai tahun tiga puluhan, ketika munculnya metode baru untuk merekam radiasi nuklir membuatnya lupa untuk beberapa waktu. Metode pendaftaran kilau dihidupkan kembali pada akhir empat puluhan abad XX pada dasar baru. Pada saat ini, tabung photomultiplier (PMT) telah dikembangkan yang memungkinkan untuk mencatat kilatan cahaya yang sangat lemah. Penghitung kilau telah dibuat, dengan bantuan yang memungkinkan untuk meningkatkan tingkat penghitungan hingga 108 kali atau bahkan lebih banyak dibandingkan dengan metode visual, dan juga memungkinkan untuk mendaftarkan dan menganalisis dalam hal energi baik partikel bermuatan maupun neutron dan sinar-g.
1. Prinsip pengoperasian penghitung kilau
Penghitung kilau adalah kombinasi dari sintilator (fosfor) dan tabung photomultiplier (PMT). Kit penghitung juga mencakup catu daya PMT dan peralatan radio yang menyediakan amplifikasi dan registrasi pulsa PMT. Terkadang kombinasi fosfor dengan PMT dibuat melalui proses khusus sistem optik(panduan ringan).
Prinsip pengoperasian pencacah kilau adalah sebagai berikut. Partikel bermuatan yang memasuki sintilator menghasilkan ionisasi dan eksitasi molekulnya, yang setelah waktu yang singkat (10-6- 10-9 detik ) masuk ke keadaan stabil dengan memancarkan foton. Ada kilatan cahaya (kilau). Beberapa foton menabrak fotokatoda PMT dan melumpuhkan fotoelektron darinya. Yang terakhir, di bawah aksi tegangan yang diterapkan ke PMT, difokuskan dan diarahkan ke elektroda pertama (dynode) dari pengganda elektron. Selanjutnya, sebagai akibat dari emisi elektron sekunder, jumlah elektron meningkat seperti longsoran salju, dan pulsa tegangan muncul pada keluaran PMT, yang kemudian diperkuat dan direkam oleh peralatan radio.
Amplitudo dan durasi pulsa output ditentukan oleh sifat sintilator dan PMT.
Sebagai fosfor digunakan:
kristal organik,
sintilator organik cair,
sintilator plastik keras,
sintilator gas.
Karakteristik utama sintilator adalah: keluaran cahaya, komposisi spektral radiasi dan durasi kilau.
Ketika partikel bermuatan melewati sintilator, sejumlah foton dengan satu atau lain energi muncul di dalamnya. Beberapa foton ini akan diserap dalam volume sintilator itu sendiri, dan foton lain dengan energi yang agak lebih rendah akan dipancarkan sebagai gantinya. Sebagai hasil dari proses reabsorpsi, foton akan keluar, yang spektrumnya merupakan karakteristik sintilator yang diberikan.
Output cahaya atau efisiensi konversi sintilator c adalah rasio energi flash cahaya , pergi ke luar, dengan jumlah energi E partikel bermuatan hilang di sintilator
di mana - jumlah rata-rata foton yang keluar, - energi rata-rata foton. Setiap sintilator tidak memancarkan kuanta monoenergetik, tetapi karakteristik spektrum kontinu dari sintilator ini.
Sangat penting bahwa spektrum foton yang muncul dari sintilator bertepatan atau setidaknya sebagian tumpang tindih dengan karakteristik spektral dari photomultiplier.
Tingkat tumpang tindih spektrum kilau luar dengan respons spektral. dari PMT ini ditentukan oleh koefisien pencocokan
dimana spektrum luar sintilator atau spektrum foton yang keluar dari sintilator. Dalam praktiknya, ketika membandingkan sintilator yang digabungkan dengan data PMT, konsep efisiensi kilau diperkenalkan, yang ditentukan oleh ekspresi berikut:
di mana Saya 0 - nilai maksimum intensitas kilau; t - konstanta waktu peluruhan, didefinisikan sebagai waktu di mana intensitas kilau berkurang dalam e sekali.
Jumlah foton cahaya n , dipancarkan dari waktu ke waktu t setelah tumbukan partikel yang terdeteksi, dinyatakan dengan rumus
di mana - jumlah total foton yang dipancarkan selama proses sintilasi.
Proses pendaran (glow) fosfor dibagi menjadi dua jenis: fluoresensi dan fosforesensi. Jika flashing terjadi secara langsung selama eksitasi atau selama periode waktu urutan 10-8 detik, prosesnya disebut fluoresensi. Interval 10-8 detik dipilih karena sama dalam urutan besarnya dengan masa hidup atom dalam keadaan tereksitasi untuk apa yang disebut transisi yang diizinkan.
Meskipun spektrum dan durasi fluoresensi tidak tergantung pada jenis eksitasi, hasil fluoresensi pada dasarnya tergantung padanya. Jadi, ketika kristal tereksitasi oleh partikel-a, hasil fluoresensi hampir orde besarnya lebih rendah daripada ketika difotoeksitasi.
Pendaran dipahami sebagai pendaran, yang berlanjut untuk waktu yang cukup lama setelah penghentian eksitasi. Tetapi perbedaan utama antara fluoresensi dan fosforesensi bukanlah durasi dari pancaran cahaya. Pendar fosfor kristal muncul dari rekombinasi elektron dan lubang yang muncul selama eksitasi. Dalam beberapa kristal, pijaran cahaya dapat diperpanjang karena fakta bahwa elektron dan lubang ditangkap oleh "perangkap", dari mana mereka dapat dilepaskan hanya setelah menerima energi tambahan. energi yang diperlukan. Oleh karena itu, ketergantungan durasi pendar pada suhu jelas. Dalam kasus kompleks molekul organik pendar dikaitkan dengan kehadiran mereka dalam keadaan metastabil, kemungkinan transisi dari mana ke keadaan dasar mungkin kecil. Dan dalam hal ini, ketergantungan tingkat peluruhan pendar pada suhu akan diamati.
2. Sintilator
sintilator anorganik . Sintilator anorganik adalah kristal garam anorganik. Penggunaan praktis dalam teknik kilau terutama memiliki senyawa halogen dari beberapa logam alkali.
Proses pembentukan sintilasi dapat direpresentasikan menggunakan teori zona tubuh yang kokoh. Dalam atom terpisah yang tidak berinteraksi dengan yang lain, elektron terletak pada diskrit yang terdefinisi dengan baik tingkat energi. Dalam padatan, atom berada pada jarak yang dekat, dan interaksinya cukup kuat. Berkat interaksi ini, level eksternal kulit elektron membelah dan membentuk zona yang dipisahkan satu sama lain oleh celah pita. Pita terluar yang diperbolehkan diisi dengan elektron adalah pita valensi. Di atasnya adalah zona bebas - pita konduksi. Antara pita valensi dan pita konduksi terdapat celah pita, yang lebar energinya beberapa volt elektron.
Jika kristal mengandung cacat, gangguan kisi, atau atom pengotor, maka dalam hal ini, kemunculan level elektronik energi yang terletak di celah pita dimungkinkan. Di bawah aksi eksternal, misalnya, ketika partikel bermuatan cepat melewati kristal, elektron dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi. Akan tetap berada di pita valensi Lowongan, yang memiliki sifat partikel bermuatan positif dengan muatan satuan dan disebut lubang.
Proses yang dijelaskan adalah proses eksitasi kristal. Eksitasi dihilangkan dengan transisi terbalik elektron dari pita konduksi ke pita valensi, dan rekomendasi elektron dan lubang terjadi. Dalam banyak kristal, transisi elektron dari konduksi ke pita valensi terjadi melalui pusat luminescent menengah, yang levelnya berada di celah pita. Pusat-pusat ini disebabkan oleh adanya cacat atau atom pengotor dalam kristal. Selama transisi elektron dalam dua tahap, foton dipancarkan dengan energi yang lebih kecil dari celah pita. Untuk foton seperti itu, kemungkinan penyerapan dalam kristal itu sendiri kecil, dan oleh karena itu keluaran cahaya untuk itu jauh lebih besar daripada untuk kristal murni yang tidak didoping.
Dalam praktiknya, untuk meningkatkan keluaran cahaya sintilator anorganik, pengotor khusus dari elemen lain, yang disebut aktivator, diperkenalkan. Misalnya, talium dimasukkan sebagai aktivator ke dalam kristal natrium iodida. Sintilator berdasarkan kristal NaJ(Tl) memiliki keluaran cahaya yang tinggi. Sintilator NaJ(Tl) memiliki keunggulan signifikan dibandingkan penghitung berisi gas:
efisiensi yang lebih besar pendaftaran g-ray (dengan kristal besar, efisiensi pendaftaran bisa mencapai puluhan persen);
durasi kilau yang singkat (2,5 10-7 detik);
koneksi linier antara amplitudo pulsa dan jumlah energi yang hilang oleh partikel bermuatan.
Properti terakhir membutuhkan penjelasan. Output cahaya sintilator memiliki beberapa ketergantungan pada kehilangan energi spesifik dari partikel bermuatan.
sangat jumlah besar pelanggaran yang signifikan mungkin terjadi. kisi kristal sintilator, yang mengarah pada munculnya pusat pendinginan lokal. Keadaan ini dapat menyebabkan penurunan relatif pada keluaran cahaya. Memang, fakta eksperimental menunjukkan bahwa untuk partikel berat, hasilnya adalah nonlinier, dan ketergantungan linier mulai memanifestasikan dirinya hanya dengan energi beberapa juta elektron volt. Gambar 1 menunjukkan kurva ketergantungan E: kurva 1 untuk elektron, kurva 2 untuk partikel.
Selain scintillators alkali halida yang ditunjukkan, kristal anorganik lainnya kadang-kadang digunakan: ZnS (Tl), CsJ (Tl), CdS (Ag), CaWO4, CdWO4, dll.
sintilator kristal organik. Gaya ikatan molekuler dalam kristal organik kecil dibandingkan dengan gaya yang bekerja pada kristal anorganik. Oleh karena itu, molekul yang berinteraksi praktis tidak mengganggu energi level elektronik satu sama lain dan proses pendaran kristal organik merupakan karakteristik proses dari molekul individu. Dalam keadaan elektronik dasar, molekul memiliki beberapa tingkat getaran. Di bawah pengaruh radiasi yang terdeteksi, molekul masuk ke dalam keadaan tereksitasi keadaan elektronik, yang juga sesuai dengan beberapa tingkat getaran. Ionisasi dan disosiasi molekul juga dimungkinkan. Sebagai hasil rekombinasi molekul terionisasi, biasanya terbentuk dalam keadaan tereksitasi. Mulanya molekul tereksitasi mungkin aktif level tinggi kegembiraan dan setelah waktu yang singkat (~ 10-11 detik) memancarkan foton berenergi tinggi. Foton ini diserap oleh molekul lain, dan sebagian energi eksitasi molekul ini dapat digunakan untuk gerakan termal dan foton yang dipancarkan selanjutnya akan memiliki energi yang lebih rendah dari yang sebelumnya. Setelah beberapa siklus emisi dan penyerapan, molekul terbentuk pada tingkat tereksitasi pertama; mereka memancarkan foton, energi yang mungkin sudah tidak cukup untuk menggairahkan molekul lain, dan dengan demikian kristal akan transparan terhadap radiasi yang muncul.
Beras. 2. Ketergantungan keluaran cahaya
antrasena dari energi ke berbagai partikel.
Terimakasih untuk kebanyakan energi eksitasi dihabiskan untuk gerakan termal, keluaran cahaya (efisiensi konversi) kristal relatif kecil dan berjumlah beberapa persen.
Untuk pendaftaran radiasi nuklir, kristal organik berikut paling banyak digunakan: antrasena, stilben, naftalena. Antrasena memiliki keluaran cahaya yang cukup tinggi (~4%) dan waktu cahaya yang singkat (3 10-8 detik). Tetapi ketika mendaftarkan partikel bermuatan berat, ketergantungan linier dari intensitas kilau diamati hanya pada tingkat yang cukup energi tinggi partikel.
pada gambar. Gambar 2 menunjukkan grafik ketergantungan keluaran cahaya c (dalam satuan sembarang) pada energi elektron 1, proton 2 , deuteron 3 dan partikel a 4 .
Stilbene, meskipun memiliki keluaran cahaya yang sedikit lebih rendah daripada antrasena, tetapi durasi kilaunya jauh lebih pendek (7 10-9 detik), daripada antrasena, yang memungkinkan untuk menggunakannya dalam eksperimen di mana pendaftaran radiasi yang sangat intens diperlukan.
sintilator plastik. Sintilator plastik adalah larutan padat dari senyawa organik fluoresen dalam zat transparan yang sesuai. Misalnya, larutan antrasena atau stilben dalam polistirena atau kaca plexiglass. Konsentrasi zat fluoresen terlarut biasanya rendah, beberapa persepuluh persen atau beberapa persen.
Karena ada lebih banyak pelarut daripada sintilator terlarut, maka, tentu saja, partikel yang terdaftar terutama menghasilkan eksitasi molekul pelarut. Energi eksitasi selanjutnya ditransfer ke molekul sintilator. Jelas, spektrum emisi pelarut harus lebih keras daripada spektrum penyerapan zat terlarut, atau paling sedikit cocok dengan dia. Fakta eksperimental menunjukkan bahwa energi eksitasi pelarut ditransfer ke molekul sintilator karena mekanisme foton, yaitu molekul pelarut memancarkan foton, yang kemudian diserap oleh molekul zat terlarut. Mekanisme lain untuk transfer energi juga dimungkinkan. Karena konsentrasi sintilator rendah, larutan praktis transparan terhadap radiasi sintilator yang dihasilkan.
Scintillator plastik memiliki keunggulan signifikan dibandingkan sintilator kristal organik:
Kemampuan untuk memproduksi sintilator sangat ukuran besar;
Kemungkinan memasukkan pencampur spektrum ke dalam sintilator untuk mencapai pencocokan spektrum pendaran yang lebih baik dengan karakteristik spektral fotokatoda;
Kemungkinan pengenalan ke sintilator berbagai zat diperlukan dalam eksperimen khusus (misalnya, dalam studi neutron);
Kemungkinan menggunakan sintilator plastik dalam ruang hampa;
waktu cahaya pendek (~ 3 10-9 detik). Sintilator plastik yang dibuat dengan melarutkan antrasena dalam polistirena memiliki keluaran cahaya tertinggi. Larutan stilbene dalam polistirena juga memiliki sifat yang baik.
sintilator organik cair. Sintilator organik cair adalah larutan sintilator organik dalam pelarut organik cair tertentu.
Mekanisme fluoresensi pada sintilator cair mirip dengan mekanisme yang terjadi pada sintilator larutan padat.
Pelarut yang paling sesuai adalah xilena, toluena, dan fenilsikloheksana, sedangkan pelarut yang paling sesuai adalah p-terfenil, difeniloksazol, dan tetrafenilbutadiena.
p-terfenil dalam xilena pada konsentrasi zat terlarut 5 g/l.
Keuntungan utama sintilator cair:
Kemungkinan pembuatan volume besar;
Kemungkinan pengenalan ke sintilator zat yang diperlukan dalam percobaan khusus;
Durasi flash pendek ( ~3 10-9detik).
sintilator gas. Ketika partikel bermuatan melewati berbagai gas, penampilan kilau diamati di dalamnya. Gas mulia berat (xenon dan kripton) memiliki keluaran cahaya tertinggi. Campuran xenon dan helium juga memiliki output cahaya yang tinggi. Kehadiran 10% xenon dalam helium memberikan keluaran cahaya yang bahkan lebih besar daripada xenon murni (Gbr. 3). Kotoran gas lain yang sangat kecil dapat dengan tajam mengurangi intensitas kilau dalam gas mulia.
Beras. 3. Ketergantungan keluaran cahaya gas
sintilator pada rasio campuran helium dan xenon.
Secara eksperimental ditunjukkan bahwa durasi kilatan dalam gas mulia pendek (10-9 -10-8 detik), dan intensitas kedipan dalam jangkauan luas sebanding dengan energi yang hilang dari partikel terdaftar dan tidak bergantung pada massa dan muatannya. Sintilator gas memiliki sensitivitas rendah terhadap radiasi-g.
Bagian utama dari spektrum luminescence terletak di daerah ultraviolet jauh, sehingga konverter cahaya digunakan untuk menyesuaikan sensitivitas spektral dari photomultiplier. Yang terakhir harus memiliki tingkat konversi yang tinggi, transparansi optik dalam lapisan tipis, elastisitas rendah uap jenuh serta ketahanan mekanik dan kimia. Sebagai bahan untuk konverter cahaya, berbagai senyawa organik, Sebagai contoh:
diphenylstilbene (efisiensi konversi sekitar 1);
P1p'-quaterfenil (~1);
antrasena (0,34), dll.
Konverter cahaya disimpan dalam lapisan tipis pada fotokatoda photomultiplier. Parameter penting dari konverter cahaya adalah waktu flash-nya. Dalam hal ini, konverter organik cukup memuaskan (10-9 detik atau beberapa unit untuk 10-9 detik). Untuk meningkatkan pengumpulan cahaya, dinding bagian dalam ruang sintilator biasanya dilapisi dengan reflektor cahaya (MgO, enamel berbahan dasar titanium oksida, fluoroplastik, aluminium oksida, dll.).
3. Pengganda fotoelektronika
Elemen utama dari PMT adalah: fotokatoda, sistem pemfokusan, sistem pengali (dynodes), anoda (kolektor). Semua elemen ini terletak di wadah kaca yang dievakuasi ke vakum tinggi (10-6 mmHg).
Untuk keperluan spektrometri radiasi nuklir, fotokatoda biasanya terletak di Permukaan dalam bagian ujung datar dari wadah PMT. Sebagai bahan fotokatoda, dipilih bahan yang cukup peka terhadap cahaya yang dipancarkan oleh sintilator. Yang paling luas adalah fotokatoda antimony-cesium, sensitivitas spektral maksimum yang terletak pada l = 3900¸4200 A, yang sesuai dengan maksimum spektrum luminesensi dari banyak sintilator.
Beras. 4. Diagram skema PMT.
Salah satu karakteristik fotokatoda adalah hasil kuantumnya, yaitu probabilitas sebuah fotoelektron dikeluarkan oleh foton yang menumbuk fotokatoda. Nilai e bisa mencapai 10-20%. Sifat-sifat fotokatoda juga dicirikan oleh sensitivitas integral, yang merupakan rasio arus foto (mka) untuk kejadian pada fotokatoda fluks bercahaya (lm).
Fotokatoda diterapkan pada kaca sebagai lapisan tipis tembus cahaya. Ketebalan lapisan ini signifikan. Di satu sisi, untuk penyerapan cahaya yang besar, itu harus signifikan, di sisi lain, fotoelektron yang muncul, memiliki energi yang sangat rendah, tidak akan dapat meninggalkan lapisan tebal dan hasil kuantum efektif dapat berubah menjadi menjadi kecil. Oleh karena itu, ketebalan optimal fotokatoda dipilih. Hal ini juga penting untuk memastikan ketebalan yang seragam dari fotokatoda sehingga sensitivitasnya sama di seluruh area. Dalam spektrometri g sintilasi, sering kali perlu menggunakan sintilator padat yang besar, baik dalam ketebalan maupun diameter. Oleh karena itu, perlu dibuat photomultiplier dengan diameter fotokatoda yang besar. Dalam fotomultiplier domestik, fotokatoda dibuat dengan diameter dari beberapa sentimeter hingga 15¸20 cm. fotoelektron yang terlempar dari fotokatoda harus difokuskan pada elektroda pengali pertama. Untuk tujuan ini, sistem lensa elektrostatik digunakan, yang merupakan serangkaian diafragma pemfokusan. Untuk mendapatkan karakteristik temporal yang baik dari PMT, penting untuk membuat sistem pemfokusan sedemikian rupa sehingga elektron mengenai dynode pertama dengan penyebaran waktu minimum. Gambar 4 menunjukkan pengaturan skema dari sebuah photomultiplier. Tegangan tinggi yang memasok PMT terhubung ke katoda dengan kutub negatif dan didistribusikan di antara semua elektroda. Perbedaan potensial antara katoda dan diafragma memastikan pemfokusan fotoelektron pada elektroda pengali pertama. Elektroda yang mengalikan disebut dynodes. Dinoda dibuat dari bahan yang koefisien emisi sekundernya lebih besar dari satu (s>1). Di PMT domestik, dinoda dibuat baik dalam bentuk bentuk palung (Gbr. 4) atau dalam bentuk tirai. Dalam kedua kasus, dynodes diatur dalam satu garis. Susunan annular dynodes juga dimungkinkan. PMT dengan sistem dynode berbentuk cincin memiliki karakteristik waktu terbaik. Lapisan pemancar dinoda adalah lapisan antimon dan cesium atau lapisan paduan khusus. Nilai maksimum s untuk pemancar antimon-cesium dicapai pada energi elektron 350¸400 ev, dan untuk emitor paduan - pada 500¸550 ev. Dalam kasus pertama s= 12¸14, dalam kasus kedua s=7¸10. Dalam mode operasi PMT, nilai s agak lebih kecil. Faktor re-emisi yang cukup baik adalah s= 5.
Fotoelektron yang difokuskan pada dinoda pertama melumpuhkan elektron sekunder darinya. Jumlah elektron yang meninggalkan dynode pertama adalah beberapa kali lebih banyak nomor fotoelektron. Semuanya dikirim ke dynode kedua, di mana elektron sekunder juga tersingkir, dll., dari dynode ke dynode, jumlah elektron bertambah s kali.
Ketika melewati seluruh sistem dinoda, fluks elektron meningkat 5-7 kali lipat dan memasuki anoda - elektroda pengumpul PMT. Jika PMT beroperasi dalam mode arus, maka rangkaian anoda mencakup perangkat yang memperkuat dan mengukur arus. Saat mendaftarkan radiasi nuklir, biasanya perlu untuk mengukur jumlah pulsa yang muncul di bawah pengaruh partikel pengion, serta amplitudo pulsa ini. Dalam kasus ini, resistansi termasuk dalam rangkaian anoda, di mana pulsa tegangan terjadi.
Karakteristik penting PMT adalah faktor perkalian M. Jika nilai s untuk semua dinoda sama (dengan koleksi penuh elektron pada dinoda), dan jumlah dinoda sama dengan n , kemudian
A dan B adalah konstanta, u adalah energi elektron. faktor perkalian M bukan sama dengan koefisien amplifikasi M", yang mencirikan rasio arus pada keluaran PMT dengan arus yang meninggalkan katoda
M" =cm,
di mana Dengan<1 - koefisien pengumpulan elektron yang mencirikan efisiensi pengumpulan fotoelektron pada dynode pertama.
Sangat penting bahwa keuntungannya konstan. M" PMT baik dalam waktu dan dengan perubahan jumlah elektron yang muncul dari katoda foto. Keadaan terakhir memungkinkan untuk menggunakan penghitung kilau sebagai spektrometer radiasi nuklir.
Pada gangguan di photomultiplier. Dalam pencacah kilau, bahkan tanpa penyinaran eksternal, sejumlah besar pulsa dapat muncul pada keluaran PMT. Pulsa ini biasanya memiliki amplitudo kecil dan disebut pulsa noise. Jumlah pulsa derau terbesar adalah karena munculnya termoelektron dari fotokatoda atau bahkan dari dinoda pertama. Pendinginan sering digunakan untuk mengurangi kebisingan PMT. Saat mendaftarkan radiasi yang menghasilkan pulsa amplitudo besar, diskriminator disertakan dalam sirkuit perekam yang tidak mengirimkan pulsa noise.
Beras. 5. Skema untuk penekanan kebisingan PMT.
1. Saat mendaftarkan pulsa yang amplitudonya sebanding dengan kebisingan, adalah rasional untuk menggunakan satu sintilator dengan dua PMT yang termasuk dalam rangkaian kebetulan (Gbr. 5). Dalam hal ini, pemilihan pulsa sementara yang timbul dari partikel yang terdeteksi terjadi. Faktanya, kilatan cahaya yang muncul di sintilator dari partikel yang terdaftar akan secara bersamaan mengenai fluorokatoda dari kedua PMT, dan pulsa secara bersamaan akan muncul pada outputnya, memaksa rangkaian kebetulan untuk bekerja. Partikel akan didaftarkan. Pulsa noise di masing-masing PMT muncul secara independen satu sama lain dan paling sering tidak akan dicatat oleh sirkuit kebetulan. Metode ini memungkinkan untuk mengurangi latar belakang intrinsik PMT sebanyak 2-3 kali lipat.
Jumlah pulsa kebisingan meningkat dengan tegangan yang diberikan, pada awalnya agak lambat, kemudian meningkat tajam. Alasan peningkatan tajam di latar belakang ini adalah emisi medan dari tepi tajam elektroda dan munculnya umpan balik ionik antara dinoda terakhir dan fotokatoda PMT.
Di wilayah anoda, di mana kerapatan arus paling tinggi, pancaran gas sisa dan bahan struktural dapat terjadi. Pancaran lemah yang dihasilkan, serta umpan balik ionik, menyebabkan munculnya apa yang disebut pulsa pengiring, yang berjarak 10-8 10-7 dalam waktu dari yang utama. detik.
4. Desain penghitung kilau
Persyaratan berikut dikenakan pada desain penghitung kilau:
Koleksi terbaik kilau cahaya pada fotokatoda;
Distribusi cahaya yang seragam di atas fotokatoda;
Gelap dari cahaya sumber asing;
Tidak ada pengaruh medan magnet;
Stabilitas penguatan PMT.
Saat bekerja dengan penghitung kilau, selalu perlu untuk mencapai rasio amplitudo pulsa sinyal tertinggi dengan amplitudo pulsa kebisingan, yang memaksa penggunaan optimal intensitas lampu kilat yang timbul di sintilator. Biasanya, sintilator dikemas dalam wadah logam yang salah satu ujungnya ditutup dengan kaca datar. Di antara wadah dan sintilator ditempatkan lapisan bahan yang memantulkan cahaya dan berkontribusi pada keluarnya yang paling lengkap. Magnesium oksida (0,96), titanium dioksida (0,95), gipsum (0,85-0,90) memiliki reflektifitas tertinggi, aluminium juga digunakan (0,55-0,85).
Perhatian khusus harus diberikan pada pengemasan sintilator higroskopis yang cermat. Jadi, misalnya, fosfor NaJ (Tl) yang paling umum digunakan sangat higroskopis dan ketika kelembaban menembus ke dalamnya, warnanya menjadi kuning dan kehilangan sifat kilaunya.
Scintillator plastik tidak perlu dikemas dalam wadah kedap udara, tetapi reflektor dapat ditempatkan di sekitar sintilator untuk meningkatkan pengumpulan cahaya. Semua sintilator padat harus memiliki jendela keluaran di salah satu ujungnya, yang terhubung ke fotokatoda pengganda foto. Mungkin ada kehilangan intensitas cahaya kilau yang signifikan di persimpangan. Untuk menghindari kerugian ini, balsam Kanada, minyak mineral atau silikon dimasukkan antara sintilator dan PMT, dan kontak optik dibuat.
Dalam beberapa percobaan, misalnya, ketika mengukur dalam ruang hampa, di medan magnet, di medan radiasi pengion yang kuat, sintilator tidak dapat ditempatkan langsung pada fotokatoda PMT. Dalam kasus seperti itu, panduan cahaya digunakan untuk mengirimkan cahaya dari sintilator ke fotokatoda. Sebagai pemandu cahaya, batang yang dipoles yang terbuat dari bahan transparan digunakan - seperti lucite, plexiglass, polystyrene, serta tabung logam atau plexiglass yang diisi dengan cairan transparan. Hilangnya cahaya dalam panduan cahaya tergantung pada dimensi geometris dan material. Dalam beberapa percobaan perlu menggunakan panduan cahaya melengkung.
Lebih baik menggunakan pemandu cahaya dengan radius kelengkungan yang besar. Pemandu cahaya juga memungkinkan untuk mengartikulasikan sintilator dan PMT dengan diameter berbeda. Dalam hal ini, panduan cahaya berbentuk kerucut digunakan. PMT digabungkan ke sintilator cair baik melalui pemandu cahaya atau dengan kontak langsung dengan cairan. Gambar 6 menunjukkan contoh sambungan PMT dengan sintilator cair. Dalam berbagai mode operasi, PMT disuplai dengan tegangan dari 1000 hingga 2500 di. Karena penguatan PMT sangat tergantung pada tegangan, sumber arus suplai harus distabilkan dengan baik. Selain itu, stabilisasi diri dimungkinkan.
PMT didukung oleh pembagi tegangan, yang memungkinkan potensi yang sesuai untuk diterapkan ke setiap elektroda. Kutub negatif dari sumber listrik terhubung ke fotokatoda dan ke salah satu ujung pembagi. Kutub positif dan ujung pembagi yang lain diarde. Resistor pembagi dipilih sedemikian rupa sehingga mode operasi PMT yang optimal direalisasikan. Untuk stabilitas yang lebih besar, arus yang melalui pembagi harus urutan besarnya lebih tinggi dari arus elektron yang mengalir melalui PMT.
Beras. 6. Kopling PMT dengan sintilator cair.
sintilator 1-cair;
2- PMT;
3- perisai cahaya.
Ketika penghitung kilau beroperasi dalam mode berdenyut, pendek (~ 10-8 detik) impuls, amplitudonya bisa beberapa unit atau beberapa puluh volt. Dalam hal ini, potensi pada dynodes terakhir dapat mengalami perubahan tajam, karena arus yang melalui pembagi tidak memiliki waktu untuk mengisi kembali muatan yang dibawa dari kaskade oleh elektron. Untuk menghindari fluktuasi potensial seperti itu, beberapa hambatan terakhir dari pembagi didorong dengan kapasitansi. Karena pemilihan potensial pada dinoda, kondisi yang menguntungkan diciptakan untuk pengumpulan elektron pada dinoda ini, yaitu. sistem elektron-optik tertentu yang sesuai dengan rezim optimal diimplementasikan.
Dalam sistem elektron-optik, lintasan elektron tidak bergantung pada perubahan proporsional potensial di semua elektroda yang membentuk sistem elektron-optik ini. Jadi dalam pengali, ketika tegangan suplai berubah, hanya penguatannya yang berubah, tetapi sifat elektron-optik tetap tidak berubah.
Dengan perubahan potensial yang tidak proporsional pada dinoda PMT, kondisi untuk memfokuskan elektron di area di mana proporsionalitas dilanggar berubah. Keadaan ini digunakan untuk menstabilkan diri dari penguatan PMT. Untuk tujuan ini, potensi
Beras. 7. Bagian dari rangkaian pembagi.
salah satu dinoda sehubungan dengan potensi dinoda sebelumnya diatur konstan, baik dengan bantuan baterai tambahan, atau dengan bantuan pembagi tambahan yang distabilkan. Gambar 7 menunjukkan bagian dari rangkaian pembagi, di mana baterai tambahan dihubungkan antara dynode D5 dan D6 ( Ub = 90 di). Untuk mendapatkan efek stabilisasi diri terbaik, perlu untuk memilih nilai resistansi R". Biasanya R" lagi R 3-4 kali.
5. Sifat penghitung kilau
Penghitung kilau memiliki keuntungan sebagai berikut.
Resolusi waktu tinggi. Durasi pulsa, tergantung pada sintilator yang digunakan, berkisar antara 10-6 hingga 10-9 detik, itu. oleh beberapa kali lipat kurang dari counter dengan self-discharge, yang memungkinkan untuk tingkat penghitungan yang jauh lebih tinggi. Karakteristik temporal penting lainnya dari penghitung kilau adalah nilai kecil dari penundaan pulsa setelah lewatnya partikel yang terdaftar melalui fosfor (10-9 -10-8 detik). Hal ini memungkinkan penggunaan skema kebetulan dengan waktu resolusi rendah (<10-8detik) dan, akibatnya, untuk mengukur kebetulan pada banyak beban besar pada saluran individu dengan sejumlah kecil kebetulan acak.
Efisiensi Pendaftaran Tinggi g -sinar dan neutron. Untuk mendaftarkan g-kuantum atau neutron, mereka perlu bereaksi dengan zat detektor; dalam hal ini, partikel bermuatan sekunder yang dihasilkan harus didaftarkan oleh detektor. Jelas bahwa semakin banyak zat yang berada di jalur sinar-g atau neutron, semakin besar kemungkinan penyerapannya, semakin besar efisiensi pendaftarannya. Saat ini, ketika sintilator besar digunakan, efisiensi deteksi g-ray beberapa puluh persen tercapai. Efisiensi deteksi neutron oleh sintilator dengan zat yang diperkenalkan secara khusus (10 V, 6 Li, dll.) juga jauh lebih tinggi daripada efisiensi deteksi neutron dengan penghitung pelepasan gas.
Kemungkinan analisis energi radiasi terdaftar. Memang, untuk partikel bermuatan cahaya (elektron), intensitas flash dalam sintilator sebanding dengan energi yang hilang oleh partikel dalam sintilator ini.
Menggunakan penghitung kilau yang dipasang pada penganalisis amplitudo, seseorang dapat mempelajari spektrum elektron dan sinar-g. Situasinya agak lebih buruk dengan studi spektrum partikel bermuatan berat (partikel-a, dll.), yang menciptakan ionisasi spesifik yang besar dalam sintilator. Dalam kasus ini, proporsionalitas intensitas ledakan energi yang hilang diamati tidak sama sekali pada energi partikel dan memanifestasikan dirinya hanya pada energi yang lebih besar dari nilai tertentu. Hubungan nonlinier antara amplitudo pulsa dan energi partikel berbeda untuk fosfor yang berbeda dan untuk berbagai jenis partikel. Hal ini diilustrasikan oleh grafik pada Gambar 1 dan 2.
Kemungkinan pembuatan sintilator dengan dimensi geometris yang sangat besar. Ini berarti memungkinkan untuk mendeteksi dan menganalisis partikel energi berenergi sangat tinggi (sinar kosmik), serta partikel yang berinteraksi lemah dengan materi (neutrino).
Kemungkinan memasukkan ke dalam komposisi zat sintilator yang berinteraksi dengan neutron dengan penampang besar. Fosfor LiJ(Tl), LiF, LiBr digunakan untuk mendeteksi neutron lambat. Ketika neutron lambat berinteraksi dengan 6 Li, reaksi 6 Li(n,a)3 H berlangsung, di mana energi 4,8 saya
6. Contoh penggunaan penghitung kilau
Pengukuran masa hidup keadaan tereksitasi inti. Selama peluruhan radioaktif atau dalam berbagai reaksi nuklir, inti yang dihasilkan sering berakhir dalam keadaan tereksitasi. Studi tentang karakteristik kuantum keadaan tereksitasi inti adalah salah satu tugas utama fisika nuklir. Karakteristik yang sangat penting dari keadaan tereksitasi nukleus adalah masa hidupnya t. Mengetahui nilai ini memungkinkan seseorang untuk memperoleh banyak informasi tentang struktur nukleus.
Inti atom dapat berada dalam keadaan tereksitasi untuk berbagai waktu. Ada berbagai metode untuk mengukur waktu ini. Penghitung kilau telah terbukti sangat nyaman untuk mengukur masa hidup tingkat nuklir dari beberapa detik hingga sepersekian detik yang sangat kecil. Sebagai contoh penggunaan pencacah kilau, kita akan mempertimbangkan metode kebetulan tertunda. Biarkan nukleus A (lihat Gambar 10) dengan peluruhan b berubah menjadi nukleus PADA dalam keadaan tereksitasi, yang mengeluarkan kelebihan energinya untuk emisi berturut-turut dari dua g-kuanta (g1, g2). Hal ini diperlukan untuk menentukan masa hidup keadaan tereksitasi Saya. Sediaan yang mengandung isotop A dipasang di antara dua penghitung dengan kristal NaJ(Tl) (Gbr. 8). Pulsa yang dihasilkan pada output PMT diumpankan ke sirkuit kebetulan cepat dengan waktu resolusi ~10-8 -10-7 detik. Selain itu, pulsa diumpankan ke amplifier linier dan kemudian ke penganalisis amplitudo. Yang terakhir dikonfigurasi sedemikian rupa sehingga mereka melewatkan pulsa dengan amplitudo tertentu. Untuk tujuan kita, yaitu. untuk tujuan mengukur masa pakai level Saya(lihat gbr. 10), penganalisis amplitudo AAI harus melewati hanya pulsa yang sesuai dengan energi foton g1, dan penganalisis AAII - g2 .
Gbr.8. Diagram skema untuk mendefinisikan
seumur hidup keadaan tereksitasi dari inti.
Selanjutnya, pulsa dari penganalisis, serta dari sirkuit kebetulan cepat, diumpankan ke yang lambat (t ~ 10-6 detik) pola pertandingan rangkap tiga. Dalam percobaan, ketergantungan jumlah kebetulan rangkap tiga pada nilai waktu tunda pulsa yang termasuk dalam saluran pertama dari rangkaian kebetulan cepat dipelajari. Biasanya, penundaan pulsa dilakukan dengan menggunakan apa yang disebut garis penundaan variabel LZ (Gbr. 8).
Garis tunda harus terhubung tepat ke saluran di mana kuantum g1 terdaftar, karena dipancarkan sebelum kuantum g2. Sebagai hasil dari percobaan, grafik semi-logaritmik dari ketergantungan jumlah kebetulan rangkap tiga pada waktu tunda dibangun (Gbr. 9), dan masa hidup tingkat tereksitasi ditentukan darinya Saya(dengan cara yang sama seperti yang dilakukan saat menentukan waktu paruh menggunakan detektor tunggal).
Menggunakan pencacah kilau dengan kristal NaJ(Tl) dan skema kebetulan cepat-lambat yang dipertimbangkan, adalah mungkin untuk mengukur masa hidup 10-7 -10-9 detik. Namun, jika sintilator organik yang lebih cepat digunakan, maka masa hidup yang lebih pendek dari keadaan tereksitasi dapat diukur (hingga 10-11 detik).
Gbr.9. Ketergantungan jumlah kebetulan pada besarnya penundaan.
Deteksi cacat gamma. Radiasi nuklir, yang memiliki daya tembus tinggi, semakin banyak digunakan dalam teknologi untuk mendeteksi cacat pada pipa, rel, dan balok logam besar lainnya. Untuk tujuan ini, sumber g-radiasi dan detektor g-ray digunakan. Detektor terbaik dalam hal ini adalah penghitung kilau, yang memiliki efisiensi deteksi tinggi. Sumber radiasi ditempatkan dalam wadah timah, dari mana seberkas sinar-g sempit muncul melalui lubang kolimator, menerangi tabung. Penghitung kilau dipasang di sisi berlawanan dari tabung. Sumber dan penghitung ditempatkan pada mekanisme bergerak yang memungkinkan mereka untuk dipindahkan di sepanjang pipa dan diputar di sekitar porosnya. Melewati bahan pipa, sinar g-ray akan diserap sebagian; jika tabung homogen, penyerapan akan sama di mana-mana, dan penghitung akan selalu mencatat jumlah yang sama (rata-rata) g-kuanta per satuan waktu, tetapi jika ada wastafel di beberapa tempat tabung, maka tabung sinar-g akan diserap di tempat ini lebih sedikit, kecepatan penghitungan akan meningkat. Lokasi wastafel akan terungkap. Ada banyak contoh penggunaan penghitung kilau tersebut.
Deteksi eksperimental neutrino. Neutrino adalah partikel elementer yang paling misterius. Hampir semua sifat neutrino diperoleh dari data tidak langsung. Teori peluruhan-b modern mengasumsikan bahwa massa neutrino mn sama dengan nol. Beberapa eksperimen memungkinkan kita untuk menyatakan itu. Putaran neutrino adalah 1/2, momen magnet<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).
Penciptaan reaktor nuklir, di mana sejumlah besar inti dengan kelebihan neutron, memberi harapan untuk deteksi antineutrino. Semua inti yang kaya neutron meluruh dengan emisi elektron dan, akibatnya, antineutrino. Di dekat reaktor nuklir dengan kapasitas beberapa ratus ribu kilowatt, fluks antineutrino adalah 1013 cm -2 · detik-1 - aliran dengan kepadatan yang sangat besar, dan dengan pilihan detektor antineutrino yang cocok, orang dapat mencoba mendeteksinya. Upaya semacam itu dilakukan oleh Reines dan Cowen pada tahun 1954. Para penulis menggunakan reaksi berikut:
n + p ® t+e+ (1)
Dalam reaksi ini, partikel produk adalah positron dan neutron, yang dapat didaftarkan.
Sebuah sintilator cair dengan volume ~1 m3, dengan kandungan hidrogen yang tinggi, jenuh dengan kadmium. Positron yang dihasilkan dalam reaksi (1) dimusnahkan menjadi dua g-kuanta dengan energi 511 kev masing-masing dan menyebabkan munculnya kilasan pertama sintilator. Neutron diperlambat selama beberapa mikrodetik dan ditangkap oleh kadmium. Dalam penangkapan ini oleh kadmium, beberapa g-quanta dipancarkan dengan energi total sekitar 9 saya Akibatnya, kilatan kedua muncul di sintilator. Kebetulan tertunda dari dua pulsa diukur. Untuk mendaftarkan kilatan, sintilator cair dikelilingi oleh sejumlah besar pengganda foto.
Tingkat hitungan kebetulan yang tertunda adalah tiga hitungan per jam. Dari data tersebut diperoleh penampang reaksi (Gbr. 1) s = (1.1 ± 0.4) 10 -43 cm2, yang mendekati nilai yang dihitung.
Saat ini, penghitung kilau cair yang sangat besar digunakan dalam banyak percobaan, khususnya, dalam percobaan untuk mengukur fluks radiasi g yang dipancarkan oleh manusia dan organisme hidup lainnya.
Registrasi fragmen fisi. Untuk pendaftaran fragmen fisi, penghitung kilau gas terbukti nyaman.
Biasanya, percobaan untuk mempelajari penampang fisi diatur sebagai berikut: lapisan elemen yang diteliti diendapkan pada beberapa jenis substrat dan disinari dengan fluks neutron. Tentu saja, semakin banyak bahan fisil yang digunakan, semakin banyak peristiwa fisi yang akan terjadi. Tetapi karena biasanya zat fisil (misalnya, elemen transuranium) adalah pemancar a, penggunaannya dalam jumlah yang signifikan menjadi sulit karena latar belakang partikel a yang besar. Dan jika peristiwa fisi dipelajari dengan bantuan ruang ionisasi berdenyut, maka dimungkinkan untuk menempatkan pulsa dari partikel-a pada pulsa yang timbul dari fragmen fisi. Hanya instrumen dengan resolusi temporal yang lebih baik akan memungkinkan untuk menggunakan sejumlah besar bahan fisil tanpa memaksakan pulsa satu sama lain. Dalam hal ini, penghitung kilau gas memiliki keunggulan signifikan dibandingkan ruang ionisasi berdenyut, karena durasi pulsa yang terakhir adalah 2-3 kali lipat lebih lama daripada penghitung kilau gas. Amplitudo pulsa dari fragmen fisi jauh lebih besar daripada dari partikel-a, dan oleh karena itu dapat dengan mudah dipisahkan menggunakan penganalisis amplitudo.
Sifat yang sangat penting dari penghitung kilau gas adalah sensitivitasnya yang rendah terhadap sinar-g, karena kemunculan partikel bermuatan berat sering disertai dengan fluks sinar-g yang intens.
Kamera bercahaya. Pada tahun 1952, fisikawan Soviet Zavoisky dan yang lainnya untuk pertama kalinya memotret jejak partikel pengion dalam zat luminescent menggunakan konverter elektron-optik sensitif (EOC). Metode pendeteksian partikel ini, yang disebut kamera fluoresen, memiliki resolusi waktu yang tinggi. Percobaan pertama dilakukan dengan menggunakan kristal CsJ (Tl).
Belakangan, sintilator plastik dalam bentuk batang tipis panjang (benang) mulai digunakan untuk pembuatan ruang luminescent. Benang ditumpuk dalam baris sehingga utas dalam dua baris yang berdekatan saling tegak lurus. Ini memberikan kemungkinan pengamatan stereoskopik untuk menciptakan kembali lintasan spasial partikel. Gambar dari masing-masing dua kelompok filamen yang saling tegak lurus diarahkan ke konverter elektron-optik yang terpisah. Benang juga berperan sebagai pemandu cahaya. Cahaya hanya diberikan oleh benang-benang yang dilintasi partikel itu. Cahaya ini keluar melalui ujung benang masing-masing, yang difoto. Sistem diproduksi dengan diameter ulir individu dari 0,5 hingga 1,0 mm.
literatur :
1. J. Birks. penghitung kilau. M., IL, 1955.
2. V.O. Vyazemsky, I.I. Lomonosov, V.A. Ruzin. Metode sintilasi dalam radiometri. M., Gosatomizdat, 1961.
3. Yu.A. Egorov. Metode stilasi spektrometri radiasi gamma dan neutron cepat. M., Atomizdat, 1963.
4. P.A. Tiskin. Metode eksperimental fisika nuklir (detektor radiasi nuklir).
Rumah penerbitan Universitas Leningrad, 1970.
5 G.S. Landsberg. Buku teks fisika dasar (volume 3) M., Nauka, 1971
Penghitung kilau
Prinsip operasi dan ruang lingkup
Dalam penghitung kilau, radiasi pengion menyebabkan kilatan cahaya di sintilator yang sesuai, yang dapat berupa padat atau cair. Flash ini ditransmisikan ke tabung photomultiplier, yang mengubahnya menjadi pulsa arus listrik. Pulsa saat ini diperkuat pada tahap PMT berikutnya karena koefisien emisi sekundernya yang tinggi.
Terlepas dari kenyataan bahwa, secara umum, peralatan elektronik yang lebih kompleks diperlukan saat bekerja dengan penghitung kilau, penghitung ini memiliki keunggulan signifikan dibandingkan pencacah Geiger-Muller.
1. Efisiensi penghitungan sinar-X dan radiasi gamma jauh lebih besar; dalam keadaan yang menguntungkan, mencapai 100%.
2. Output cahaya di beberapa sintilator sebanding dengan energi partikel atau kuantum yang menarik.
3. Resolusi temporal lebih tinggi.
Penghitung kilau dengan demikian merupakan detektor yang cocok untuk mendeteksi radiasi intensitas rendah, untuk analisis distribusi energi dengan persyaratan resolusi yang tidak terlalu tinggi, dan untuk pengukuran kebetulan pada intensitas radiasi tinggi.
B) Sintilator
1) Proton dan partikel pengion tinggi lainnya. Jika kita hanya berbicara tentang pendaftaran partikel-partikel ini, maka semua jenis sintilator sama-sama cocok, dan, karena daya hentinya yang tinggi, lapisan dengan ketebalan orde milimeter dan bahkan lebih sedikit sudah cukup. Akan tetapi, harus diingat bahwa keluaran cahaya proton dan partikel dalam sintilator organik hanya sekitar 1/10 dari keluaran cahaya elektron dengan energi yang sama, sedangkan pada sintilator anorganik ZnS dan NaJ keduanya merupakan pesanan yang sama.
Hubungan antara energi kilatan cahaya dan besarnya pulsa yang terkait dengannya, serta energi partikel yang ditransfer ke sintilator, untuk zat organik, secara umum, tidak linier. Untuk ZnS 1 NaJ dan CsJ, bagaimanapun, ketergantungan ini mendekati linier. Karena transparansi yang baik terhadap radiasi fluoresennya sendiri, kristal NaJ dan CsJ memberikan resolusi energi yang sangat baik; perawatan harus, bagaimanapun, diambil untuk memastikan bahwa permukaan melalui mana partikel masuk kristal sangat bersih.
2) Neutron. Neutron lambat dapat dideteksi dengan menggunakan reaksi Li6Hs, B10Li" atau CdlisCd114. Sebagai sintilator untuk tujuan ini, kristal tunggal LiJ, campuran bubuk, misalnya, 1 bagian berat B 2 O 3 dan 5 bagian berat ZnS, diendapkan langsung pada Jendela PMT; juga dapat diterapkan
Diagram blok spektrometer kilau. 1 - sintilator, 2 - PMT, h - sumber tegangan tinggi, 4 - pengikut katoda, penguat e - linier, penganalisis pulsa 6 - amplitudo, 7 - alat perekam.
ZnS tersuspensi dalam lelehan B 2 O 3 , senyawa boron yang sesuai dalam sintilator sintetik, dan campuran kadmium metil borat atau propionat dengan sintilator cair. Jika perlu untuk mengecualikan efek radiasi z dalam pengukuran neutron, maka dalam reaksi yang menyebabkan emisi partikel berat, hubungan di atas untuk keluaran cahaya dari berbagai sintilator, tergantung pada jenis partikel, harus diperhitungkan. Akun.
Neutron cepat dideteksi menggunakan proton mundur yang diproduksi dalam zat yang mengandung hidrogen. Karena kandungan hidrogen yang tinggi hanya terjadi pada sintilator organik, sulit untuk mengurangi efek radiasi karena alasan di atas. Hasil terbaik dicapai jika proses pembentukan proton rekoil dipisahkan dari eksitasi sintilator oleh sinar-r. Dalam hal ini, lapisan yang terakhir harus tipis, ketebalannya ditentukan oleh kisaran proton mundur, sehingga kemungkinan mendeteksi radiasi z berkurang secara substansial. Dalam hal ini, lebih baik menggunakan ZnS sebagai sintilator. Dimungkinkan juga untuk menangguhkan bubuk ZnS dalam zat buatan transparan yang mengandung hidrogen.
Hampir tidak mungkin untuk mempelajari spektrum energi neutron cepat menggunakan sintilator. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa energi proton mundur dapat mengambil semua jenis nilai, hingga energi total neutron, tergantung pada bagaimana tumbukan terjadi.
3) Elektron, partikel-p. Adapun jenis radiasi lainnya, resolusi energi sintilator untuk elektron tergantung pada rasio antara energi cahaya dan energi yang ditransfer ke sintilator oleh partikel pengion. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa setengah lebar kurva distribusi besaran pulsa yang disebabkan oleh partikel insiden monoenergetik, karena fluktuasi statistik, pada pendekatan pertama, berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari jumlah fotoelektron yang tersingkir. dari fotokatoda PMT. Dari sintilator yang digunakan saat ini, NaJ 1 memberikan amplitudo pulsa terbesar, dan untuk sintilator organik, antrasena, yang, jika dianggap sama, memberikan pulsa kira-kira dua kali lebih kecil dari amplitudo NaJ.
Karena penampang hamburan elektron efektif meningkat kuat dengan meningkatnya nomor atom, ketika NaJ digunakan, 80-90% dari semua elektron yang datang dihamburkan lagi dari kristal; saat menggunakan antrasena, efek ini mencapai sekitar 10%. Elektron yang tersebar menyebabkan impuls, yang besarnya lebih kecil dari nilai yang sesuai dengan energi total elektron. Akibatnya, sangat sulit untuk mengukur spektrum yang diperoleh dengan kristal NaJ. Oleh karena itu, untuk spektroskopi seringkali lebih baik menggunakan sintilator organik, yang terdiri dari unsur-unsur dengan nomor atom rendah.
Hamburan balik juga dapat dilemahkan dengan metode berikut. Substansi yang radiasi yang akan diselidiki dicampur dengan sintilator jika tidak menekan radiasi fluoresen, atau ditempatkan di antara dua permukaan sintilator yang fluoresen Iryny 1 Ienne bekerja pada fotokatoda, atau, akhirnya, sintilator digunakan dengan saluran internal di mana ia melewati radiasi.
Ketergantungan antara energi cahaya dan energi yang ditransfer ke sintilator oleh radiasi adalah linier untuk NaJ. Untuk semua sintilator organik, rasio ini menurun pada energi elektron rendah. Nonlinier ini harus diperhitungkan ketika mengukur spektrum.
4) sinar-X dan radiasi gamma. Proses interaksi radiasi elektromagnetik dengan sintilator terutama terdiri dari tiga proses dasar.
Dalam efek fotolistrik, energi kuantum diubah hampir seluruhnya menjadi energi kinetik fotoelektron, dan karena jarak fotoelektron yang pendek, dalam banyak kasus energi tersebut diserap dalam sintilator. Kuantum sekunder yang sesuai dengan energi ikat elektron diserap oleh sintilator atau meninggalkannya.
Dalam efek Compton, hanya sebagian dari energi kuantum yang ditransfer ke elektron. Bagian ini diserap dengan probabilitas tinggi di sintilator. Foton yang tersebar, yang energinya telah berkurang dengan jumlah yang sama dengan energi elektron Compton, adalah juga diserap oleh sintilator atau meninggalkannya.
Selama pembentukan pasangan, energi kuantum primer, dikurangi energi pembentukan pasangan, masuk ke energi kinetik pasangan ini dan terutama diserap oleh sintilator. Radiasi yang dihasilkan selama pemusnahan elektron dan positron diserap dalam sintilator atau meninggalkannya.
Ketergantungan energi dari penampang efektif untuk proses ini sedemikian rupa sehingga, pada energi foton rendah, efek fotolistrik terutama terjadi; Dimulai dengan energi 1,02 Mae, pembentukan pasangan dapat diamati, tetapi kemungkinan proses ini mencapai nilai yang cukup besar hanya pada energi yang jauh lebih tinggi. Di wilayah perantara, peran utama dimainkan oleh efek Compton.
Dengan peningkatan nomor atom Z, penampang efektif untuk efek fotolistrik dan untuk pembentukan pasangan meningkat jauh lebih kuat daripada dengan efek Compton. Namun, dalam kasus ini, elektron ditransfer:
1) dengan efek fotolistrik, - selain energi kuantum, yang telah berubah menjadi energi elektron selama efek primer, hanya ada energi ikat fotoelektron, yang sesuai dengan radiasi sekunder, lunak dan mudah diserap;
2) dalam pembentukan pasangan - hanya radiasi pemusnahan dengan energi yang diketahui diskrit. Dengan efek Compton, energi elektron sekunder dan kuanta hamburan memiliki kisaran nilai yang luas. Karena, seperti yang telah disebutkan, kuanta sekunder mungkin tidak mengalami penyerapan dan meninggalkan sintilator, untuk memfasilitasi interpretasi spektrum, adalah bijaksana untuk mempersempit sejauh mungkin wilayah di mana efek Komhtohj mendominasi dengan memilih sintilator dengan H besar, misalnya, NaJ. Selain itu, rasio energi cahaya dengan energi yang ditransfer ke sintilator untuk NaJ praktis tidak tergantung pada energi elektron, oleh karena itu, dalam semua proses kompleks di mana kuanta diserap, jumlah cahaya yang sama dilepaskan .Proses kompleks seperti itu terjadi dengan probabilitas yang lebih besar, semakin besar ukuran sintilator.
Redaman sinar gamma di antrasena, adalah koefisien redaman; f adalah koefisien penyerapan foto, a adalah koefisien hamburan Compton, p adalah koefisien pembentukan pasangan.
penghitung kilau, perangkat untuk mendeteksi radiasi nuklir dan partikel elementer (proton, neutron, elektron, g-quanta, meson, dll.), elemen utamanya adalah zat yang bersinar di bawah aksi partikel bermuatan (sintilator), dan pengganda foto (FEU). Pengamatan visual kilatan cahaya (kilat) di bawah aksi partikel pengion (-partikel, fragmen fisi nuklir) adalah metode utama fisika nuklir di awal abad ke-20. (cm. Spinthariskop ). Nanti S. dengan. benar-benar digulingkan ruang ionisasi dan penghitung proporsional. Kembalinya dia ke fisika nuklir terjadi pada akhir 1940-an, ketika PMT multi-tahap dengan penguatan tinggi digunakan untuk mendeteksi kilau, yang mampu mendeteksi kilatan cahaya yang sangat lemah.
Prinsip aksi S. dengan. terdiri dari sebagai berikut: partikel bermuatan melewati sintilator, bersama dengan ionisasi atom dan molekul, menggairahkan mereka. Kembali ke keadaan tidak tereksitasi (dasar), atom memancarkan foton (lihat Gambar. Pendaran ). Foton yang mengenai katoda PMT melumpuhkan elektron (lihat Gambar. Emisi fotoelektronik ), akibatnya, pulsa listrik muncul pada anoda PMT, yang selanjutnya diperkuat dan direkam (lihat Gambar. Nasi. ). Deteksi partikel netral (neutron, g-quanta) terjadi oleh partikel bermuatan sekunder yang terbentuk selama interaksi neutron dan g-quanta dengan atom sintilator.
Berbagai zat (padat, cair, gas) digunakan sebagai sintilator. Plastik banyak digunakan, yang mudah dibuat, dikerjakan dengan mesin, dan memberikan kilau yang intens. Karakteristik penting dari sintilator adalah fraksi energi partikel yang terdeteksi yang diubah menjadi energi cahaya (efisiensi konversi h). Scintillator kristal memiliki nilai h tertinggi: NaI, Tl teraktivasi, antrasena, dan ZnS. dr. karakteristik penting adalah waktu pancaran t, yang ditentukan oleh masa pakai pada tingkat tereksitasi. Intensitas cahaya setelah lewatnya partikel berubah secara eksponensial: , di mana Saya 0 - intensitas awal. Untuk sebagian besar sintilator, t terletak pada kisaran 10–9 - 10–5 detik. Plastik memiliki waktu nyala yang pendek (Tabel 1). Semakin kecil t, semakin cepat S. dapat dibuat.
Agar kilatan cahaya dapat didaftarkan oleh PMT, spektrum emisi sintilator harus bertepatan dengan wilayah spektral sensitivitas fotokatoda PMT, dan bahan sintilator harus transparan terhadap radiasinya sendiri. Untuk pendaftaran neutron lambat Li atau B ditambahkan ke sintilator. Neutron cepat dideteksi menggunakan sintilator yang mengandung hidrogen (lihat Gambar. Detektor neutron ). Untuk spektrometri g-kuanta dan elektron berenergi tinggi, digunakan Nal (Tl), yang memiliki kerapatan tinggi dan nomor atom efektif tinggi (lihat Gambar. Radiasi gamma ).
S. s. dibuat dengan sintilator dengan ukuran berbeda - dari 1-2 mm 3 sampai 1-2 m 3 . Agar tidak "kehilangan" cahaya yang dipancarkan, kontak yang baik antara PMT dan sintilator diperlukan. Dalam S. dengan. sintilator kecil langsung direkatkan ke fotokatoda PMT. Semua sisi lainnya ditutupi dengan lapisan bahan reflektif (misalnya, MgO, TiO 2). Dalam S. dengan. penggunaan ukuran besar panduan cahaya (biasanya kaca organik yang dipoles).
PMT yang ditujukan untuk S. s. harus memiliki efisiensi fotokatoda yang tinggi (hingga 2,5%), gain tinggi (10 8 -10 8), waktu pengumpulan elektron yang singkat (10 -8 detik) pada stabilitas tinggi saat ini. Yang terakhir memungkinkan untuk mencapai resolusi dalam waktu S. s. £10 -9 detik. Keuntungan tinggi dari PMT, bersama dengan tingkat kebisingan intrinsik yang rendah, memungkinkan untuk mendeteksi elektron individu tersingkir dari fotokatoda. Sinyal di anoda PMT bisa mencapai 100 di.
tab. 1. - Karakteristik beberapa sintilator padat dan cair,
digunakan dalam penghitung kilau
| Zat | Kepadatan, g/cm3 | Waktu nyala, t , 10 -9 detik. | Efisiensi konversi h, % (untuk elektron) |
|
| kristal | ||||
| Antrasena C 14 H 10 | ||||
| Stilbene C 14 H 12 | ||||
| cairan | ||||
| Larutan R-terfenil dalam xilena (5 g/l) dengan penambahan POPOP 1 (0,1 g/l) | ||||
| Larutan R-terfenil dalam toluena (4 g/l) dengan penambahan POPOP (0,1 g/l) | ||||
| plastik | ||||
| Polistirena dengan tambahan R-terfenil (0,9%) dan a-NPO 2 (0,05% berat) | ||||
| Poliviniltoluena dengan penambahan 3,4% R-terfenil dan 0,1% berat POPOP |
1 POPOP - 1,4-di--benzena. 2 NPO - 2-(1-naftil)-5-feniloksazol.
Keuntungan S. dengan.: efisiensi tinggi pendaftaran berbagai partikel (hampir 100%); kecepatan; kemungkinan pembuatan sintilator dengan berbagai ukuran dan konfigurasi; keandalan yang tinggi dan biaya yang relatif rendah. Berkat kualitas ini S. dengan. banyak digunakan dalam fisika nuklir, fisika partikel dasar dan sinar kosmik, dalam industri (pengendalian radiasi), dosimetri, radiometri, geologi, kedokteran, dll. Kekurangan S. S.: sensitivitas rendah terhadap partikel berenergi rendah (£ 1 kev), resolusi energi rendah (lihat Gambar. Spektrometer kilau ).
Untuk mempelajari partikel bermuatan energi rendah (< 0,1 saya) dan fragmen fisi nuklir, gas digunakan sebagai sintilator (Tabel 2). Gas memiliki ketergantungan linier besarnya sinyal pada energi partikel dalam berbagai energi, respon cepat dan kemampuan untuk mengubah daya henti dengan mengubah tekanan. Selain itu, sumbernya dapat dimasukkan ke dalam volume sintilator gas. Namun, sintilator gas membutuhkan kemurnian gas yang tinggi dan PMT khusus dengan jendela kuarsa (sebagian besar cahaya yang dipancarkan terletak di wilayah ultraviolet).
tab. 2. - Karakteristik beberapa gas yang digunakan sebagai
sintilator di penghitung kilau (pada tekanan 740 mm
rt. Seni., untuk partikel a dengan energi 4,7 saya)
| waktu iluminasi t, | Panjang gelombang pada spektrum maksimum, | Efisiensi konversi n, % |
|
| 3×10 -9 |
Lit.: Birke J., Penghitung kilau, trans. dari bahasa Inggris, M., 1955; Kalashnikova V. I., Kozodaev M. S., Detektor partikel elementer, dalam buku: Metode eksperimental fisika nuklir, M., 1966; Ritson D., Metode eksperimental dalam fisika energi tinggi, trans. dari bahasa Inggris, M., 1964.
Ensiklopedia Besar Soviet M.: "Ensiklopedia Soviet", 1969-1978
- Bagaimana penghitung kilau bekerja
- Scintillator
- pengganda foto
- Desain penghitung kilau
- Sifat penghitung kilau
- Contoh penggunaan penghitung kilau
- Daftar literatur yang digunakan
PENGHITUNG SINTILASI
Metode mendeteksi partikel bermuatan dengan menghitung kilatan cahaya yang terjadi ketika partikel-partikel ini mengenai layar seng sulfida (ZnS) adalah salah satu metode pertama untuk mendeteksi radiasi nuklir.
Pada awal tahun 1903, Crookes dan lain-lain menunjukkan bahwa jika layar seng sulfida disinari dengan partikel-a dilihat melalui kaca pembesar di ruangan gelap, maka orang dapat melihat munculnya kilatan cahaya individu jangka pendek - kilau. Ditemukan bahwa masing-masing kilau ini dibuat oleh partikel terpisah yang mengenai layar. Crookes membuat perangkat sederhana yang disebut spinthariscope Crookes, yang dirancang untuk menghitung partikel-a.
Metode kilau visual kemudian digunakan terutama untuk mendeteksi partikel-a dan proton dengan energi beberapa juta elektron volt. Itu tidak mungkin untuk mendaftarkan elektron cepat individu, karena mereka menyebabkan kilau yang sangat lemah. Kadang-kadang, ketika layar seng sulfida disinari dengan elektron, adalah mungkin untuk mengamati kilatan, tetapi ini hanya terjadi ketika sejumlah besar elektron mengenai kristal seng sulfida yang sama pada waktu yang sama.
Sinar gamma tidak menyebabkan kilatan pada layar, hanya menciptakan cahaya umum. Hal ini memungkinkan untuk mendeteksi partikel-a dengan adanya radiasi g yang kuat.
Metode kilau visual memungkinkan untuk mendaftarkan sejumlah kecil partikel per satuan waktu. Kondisi terbaik untuk menghitung kilau diperoleh ketika jumlahnya berada di antara 20 dan 40 per menit. Tentu saja, metode kilau itu subjektif, dan hasilnya sampai batas tertentu tergantung pada kualitas individu dari eksperimen.
Terlepas dari kekurangannya, metode kilau visual memainkan peran besar dalam pengembangan fisika nuklir dan atom. Rutherford menggunakannya untuk mendaftarkan partikel-a karena mereka dihamburkan oleh atom. Eksperimen inilah yang membawa Rutherford pada penemuan nukleus. Untuk pertama kalinya, metode visual memungkinkan untuk mendeteksi proton cepat yang tersingkir dari inti nitrogen ketika dibombardir dengan partikel-a, yaitu. pembelahan inti buatan pertama.
Metode kilau visual sangat penting sampai tahun 1930-an, ketika munculnya metode baru untuk mendeteksi radiasi nuklir membuatnya terlupakan untuk beberapa waktu. Metode registrasi kilau dihidupkan kembali pada akhir tahun 1940-an dengan dasar baru. Pada saat ini, tabung photomultiplier (PMT) telah dikembangkan yang memungkinkan untuk mencatat kilatan cahaya yang sangat lemah. Penghitung kilau dibuat, dengan bantuan yang memungkinkan untuk meningkatkan laju penghitungan dengan faktor 108 dan bahkan lebih dibandingkan dengan metode visual, dan juga memungkinkan untuk mendaftar dan menganalisis dalam hal energi baik partikel bermuatan maupun neutron dan sinar-g.
1. Prinsip pengoperasian penghitung kilau
Penghitung kilau adalah kombinasi dari sintilator (fosfor) dan tabung photomultiplier (PMT). Kit penghitung juga mencakup catu daya PMT dan peralatan radio yang menyediakan amplifikasi dan registrasi pulsa PMT. Terkadang kombinasi fosfor dengan photomultiplier dihasilkan melalui sistem optik khusus (panduan cahaya).
Prinsip pengoperasian pencacah kilau adalah sebagai berikut. Partikel bermuatan yang memasuki sintilator menghasilkan ionisasi dan eksitasi molekulnya, yang setelah waktu yang sangat singkat (10 -6 - 10 -9 detik ) masuk ke keadaan stabil dengan memancarkan foton. Ada kilatan cahaya (kilau). Beberapa foton menabrak fotokatoda PMT dan melumpuhkan fotoelektron darinya. Yang terakhir, di bawah aksi tegangan yang diterapkan ke PMT, difokuskan dan diarahkan ke elektroda pertama (dynode) dari pengganda elektron. Selanjutnya, sebagai akibat dari emisi elektron sekunder, jumlah elektron meningkat seperti longsoran salju, dan pulsa tegangan muncul pada keluaran PMT, yang kemudian diperkuat dan direkam oleh peralatan radio.
Amplitudo dan durasi pulsa output ditentukan oleh sifat sintilator dan PMT.
Sebagai fosfor digunakan:
kristal organik,
sintilator organik cair,
sintilator plastik keras,
sintilator gas.
Karakteristik utama sintilator adalah: keluaran cahaya, komposisi spektral radiasi dan durasi kilau.
Ketika partikel bermuatan melewati sintilator, sejumlah foton dengan satu atau lain energi muncul di dalamnya. Beberapa foton ini akan diserap dalam volume sintilator itu sendiri, dan foton lain dengan energi yang agak lebih rendah akan dipancarkan sebagai gantinya. Sebagai hasil dari proses reabsorpsi, foton akan keluar, yang spektrumnya merupakan karakteristik sintilator yang diberikan.
Output cahaya atau efisiensi konversi sintilator c adalah rasio energi flash cahaya , pergi ke luar, dengan jumlah energi E partikel bermuatan hilang di sintilator |
di mana - jumlah rata-rata foton yang keluar, - energi foton rata-rata. Setiap sintilator tidak memancarkan kuanta monoenergetik, tetapi karakteristik spektrum kontinu dari sintilator ini.
Sangat penting bahwa spektrum foton yang muncul dari sintilator bertepatan atau setidaknya sebagian tumpang tindih dengan karakteristik spektral dari photomultiplier.
Tingkat tumpang tindih spektrum kilau luar dengan respons spektral. dari PMT ini ditentukan oleh koefisien pencocokan
dimana spektrum luar sintilator atau spektrum foton yang keluar dari sintilator. Dalam praktiknya, ketika membandingkan sintilator yang digabungkan dengan data PMT, konsep efisiensi kilau diperkenalkan, yang ditentukan oleh ekspresi berikut: di mana Saya 0 - nilai maksimum intensitas kilau; t 0 - konstanta waktu peluruhan, didefinisikan sebagai waktu di mana intensitas kilau berkurang dalam e sekali.
Jumlah foton cahaya n , dipancarkan dari waktu ke waktu t setelah tumbukan partikel yang terdeteksi, dinyatakan dengan rumus
di mana adalah jumlah total foton yang dipancarkan selama proses kilau.
Proses pendaran (glow) fosfor dibagi menjadi dua jenis: fluoresensi dan fosforesensi. Jika flashing terjadi secara langsung selama eksitasi atau selama interval waktu urutan 10 -8 detik, prosesnya disebut fluoresensi. Interval 10 -8 detik dipilih karena sama dalam urutan besarnya dengan masa hidup atom dalam keadaan tereksitasi untuk apa yang disebut transisi yang diizinkan.
Meskipun spektrum dan durasi fluoresensi tidak tergantung pada jenis eksitasi, hasil fluoresensi pada dasarnya tergantung padanya. Jadi, ketika kristal tereksitasi oleh partikel-a, hasil fluoresensi hampir orde besarnya lebih rendah daripada ketika difotoeksitasi.
Pendaran dipahami sebagai pendaran, yang berlanjut untuk waktu yang cukup lama setelah penghentian eksitasi. Tetapi perbedaan utama antara fluoresensi dan fosforesensi bukanlah durasi dari pancaran cahaya. Pendar fosfor kristal muncul dari rekombinasi elektron dan lubang yang muncul selama eksitasi. Dalam beberapa kristal, sisa-sisa cahaya dapat diperpanjang karena fakta bahwa elektron dan lubang ditangkap oleh "perangkap" dari mana mereka dapat dilepaskan hanya setelah menerima energi tambahan yang diperlukan. Oleh karena itu, ketergantungan durasi pendar pada suhu jelas. Dalam kasus molekul organik kompleks, pendar dikaitkan dengan kehadiran mereka dalam keadaan metastabil, kemungkinan transisi dari mana ke keadaan dasar mungkin kecil. Dan dalam hal ini, ketergantungan tingkat peluruhan pendar pada suhu akan diamati.
