სცინტილაციის საწინააღმდეგო მოქმედების ფიზიკური პრინციპი. სცინტილაციის დეტექტორის მუშაობის პრინციპის შესწავლა

სკინტილაციის მრიცხველის ძირითადი მოწყობილობა საკმაოდ მარტივია. რადიოაქტიური ნაწილაკი ურტყამს სცინტილატორს, რის შედეგადაც მისი მოლეკულები გადადის აღგზნებულ მდგომარეობაში. ამის შემდეგ მათი დაბრუნება მთავარზე ენერგეტიკული მდგომარეობათან ახლავს ფოტონის ემისია, რომელსაც აღრიცხავს დეტექტორი. ამრიგად, ციმციმები (სცინტილაციები) რაოდენობა პროპორციულია აბსორბირებული რადიოაქტიური ნაწილაკების რაოდენობისა. გაზომილი ინტენსივობა ფოტონის გამოსხივებაშემდეგ გარდაიქმნება რადიოაქტიური ნაწილაკების გამოსხივების ინტენსივობაში.

Scintillation მრიცხველები არის ალტერნატივა მოწყობილობების Geiger-Muller მრიცხველები, ხოლო მათ აქვთ მთელი რიგი მნიშვნელოვანი უპირატესობა ამ უკანასკნელთან შედარებით. მათი დახმარებით გამა გამოსხივების რეგისტრაციის ეფექტურობა 100%-ს აღწევს. თუმცა, ეს არ არის ყველაზე მნიშვნელოვანი. მთავარია, რომ მათი დახმარებით შეგიძლიათ დაარეგისტრიროთ ბეტა და თუნდაც ალფა გამოსხივება. როგორც ცნობილია, ალფა ნაწილაკები, გამოხატული თვალსაზრისით ბირთვული ფიზიკა, მძიმეა, მათი დიაპაზონი ჰაერშიც კი მხოლოდ სანტიმეტრია და მათ გზაზე მოთავსებული უბრალო ქაღალდის ფურცელი მთლიანად შთანთქავს მათ. რა თქმა უნდა, ასეთი ნაწილაკების დარეგისტრირება გაზის გამონადენი მილის საშუალებით გამორიცხულია, ეს ნაწილაკები უბრალოდ ვერ შეაღწევენ მის კედლებს. თხევადი სცინტილაციის მრიცხველები, თხევადი სცინტილატორი მოწყობილობები, მოდიან სამაშველოში. რადიოაქტიური ნიმუში შეჰყავთ კუვეტში სცინტილატორის ხსნარით და შემდეგ დამონტაჟებულია მრიცხველში. ასეთ ვითარებაში, რადიოაქტიური ნაწილაკი, რომელიც ტოვებს შესწავლილი ნიმუშის მოლეკულას, მაშინვე ეჯახება მის გარშემო არსებულ სცინტილატორ მოლეკულებს და შემდეგ ყველაფერს, რაც ზემოთ არის აღწერილი.

სცინტილაციის მრიცხველები ფართოდ გამოიყენება მედიცინასა და რადიობიოლოგიაში. მთელ მსოფლიოში ყველაზე პოპულარულია ამერიკელი მწარმოებლების Beckman Coulter-ისა და Perkin Elmer-ის მოწყობილობები.

ჩვენს პორტალზე შეგიძლიათ იპოვოთ სცინტილაციის მრიცხველები ხელსაყრელი ფასი. თუ ვერ იპოვით სასურველ რეკლამას კატეგორიაში „ფიზიკურთა შეთავაზებებს“ შორის, მაშინ მიმართეთ იმავე კატეგორიას განყოფილებაში „კომპანიის წინადადებები“ ან დაიწყეთ ძებნა .

- როგორ მუშაობს სცინტილაციის მრიცხველი

- სცინტილატორები

- ფოტომამრავლები

- სცინტილაციის მრიცხველების დიზაინი

- სცინტილაციის მრიცხველების თვისებები

- სცინტილაციის მრიცხველების გამოყენების მაგალითები

- გამოყენებული ლიტერატურის სია

სცინტილაციის მრიცხველები

დამუხტული ნაწილაკების გამოვლენის მეთოდი სინათლის ციმციმების დათვლით, რომლებიც წარმოიქმნება, როდესაც ეს ნაწილაკები თუთიის სულფიდის (ZnS) ეკრანზე მოხვდება, ბირთვული გამოსხივების გამოვლენის ერთ-ერთი პირველი მეთოდია.

ჯერ კიდევ 1903 წელს კრუკსმა და სხვებმა აჩვენეს, რომ თუ თუთიის სულფიდის ეკრანს, რომელიც დასხივებულია a-ნაწილაკებით, ბნელ ოთახში გამადიდებელი შუშის საშუალებით დაათვალიერეს, მაშინ შეიძლება შეამჩნიოთ სინათლის ინდივიდუალური მოკლევადიანი ციმციმები - ცინცილაციები. გაირკვა, რომ თითოეული ეს ცინტილაცია იქმნება ცალკეული ა-ნაწილაკის ეკრანზე მოხვედრით. კრუკსმა ააგო მარტივი მოწყობილობა, სახელად კრუკსის სპინტარისკოპი, რომელიც შექმნილია ა-ნაწილაკების დასათვლელად.

შემდგომში ცინტილაციის ვიზუალური მეთოდი გამოიყენებოდა ძირითადად a-ნაწილაკებისა და პროტონების გამოსავლენად რამდენიმე მილიონი ელექტრონ ვოლტის ენერგიით. შეუძლებელი იყო ინდივიდუალური სწრაფი ელექტრონების დარეგისტრირება, რადგან ისინი იწვევენ ძალიან სუსტ ცინტილაციებს. ზოგჯერ, როდესაც თუთიის სულფიდის ეკრანი ელექტრონებით იყო დასხივებული, შესაძლებელი იყო ციმციმის დაკვირვება, მაგრამ ეს მოხდა მხოლოდ მაშინ, როდესაც საკმარისი იყო დიდი რიცხვიელექტრონები.

გამა სხივები არ იწვევს ეკრანზე ციმციმებს, ქმნის მხოლოდ ზოგად ბზინვარებას. ეს შესაძლებელს ხდის a-ნაწილაკების აღმოჩენას ძლიერი გ-გამოსხივების არსებობისას.

ვიზუალური სცინტილაციის მეთოდი შესაძლებელს ხდის ნაწილაკების ძალიან მცირე რაოდენობის აღრიცხვას დროის ერთეულზე. საუკეთესო პირობებიდათვლისთვის სცინტილაციები მიიღება, როდესაც მათი რიცხვი წუთში 20-დან 40-მდეა. რა თქმა უნდა, სკინტილაციის მეთოდი სუბიექტურია და შედეგები გარკვეულწილად დამოკიდებულია ამაზე ინდივიდუალური თვისებებიექსპერიმენტატორი.

მიუხედავად მისი ნაკლოვანებისა, ვიზუალური სკინტილაციის მეთოდმა თავისი როლი ითამაშა უზარმაზარი როლიბირთვული და ატომური ფიზიკის განვითარებაში. რეზერფორდმა ის გამოიყენა a-ნაწილაკების დასარეგისტრირებლად, რადგან ისინი გაფანტული იყო ატომებით. სწორედ ამ ექსპერიმენტებმა მიიყვანა რეზერფორდმა ბირთვის აღმოჩენამდე. პირველად ვიზუალურმა მეთოდმა შესაძლებელი გახადა აზოტის ბირთვებიდან ამოვარდნილი სწრაფი პროტონების აღმოჩენა a-ნაწილაკებით დაბომბვისას, ე.ი. ბირთვის პირველი ხელოვნური გაყოფა.

ვიზუალური სცინტილაციის მეთოდი ჰქონდა დიდი მნიშვნელობაოცდაათიან წლებამდე, როდესაც ბირთვული რადიაციის ჩაწერის ახალი მეთოდების გაჩენამ გარკვეული ხნით დაივიწყა. სცინტილაციის რეგისტრაციის მეთოდი გამოცოცხლდა XX საუკუნის ორმოციანი წლების ბოლოს ახალი საფუძველი. ამ დროისთვის შემუშავებული იყო ფოტოგამრავლების მილები (PMTs), რომლებმაც შესაძლებელი გახადეს სინათლის ძალიან სუსტი ციმციმები აღრიცხვა. შექმნილია სცინტილაციის მრიცხველები, რომელთა დახმარებითაც შესაძლებელია დათვლის სიჩქარის გაზრდა 108-ჯერ ან უფრო მეტჯერ შედარებით. ვიზუალური მეთოდი, ასევე შესაძლებელია დარეგისტრირება და ანალიზი როგორც დამუხტული ნაწილაკების, ასევე ნეიტრონების და g-სხივების ენერგიის თვალსაზრისით.

§ 1. სკინტილაციის მრიცხველის მუშაობის პრინციპი

სცინტილაციის მრიცხველი არის სცინტილატორის (ფოსფორის) და ფოტოგამრავლების მილის (PMT) კომბინაცია. მრიცხველის ნაკრები ასევე შეიცავს PMT კვების წყაროს და რადიო აღჭურვილობას, რომელიც უზრუნველყოფს PMT პულსების გაძლიერებას და რეგისტრაციას. ზოგჯერ ფოსფორის კომბინაცია PMT-თან ხდება სპეციალური საშუალებით ოპტიკური სისტემა(მსუბუქი სახელმძღვანელო).

სცინტილაციის მრიცხველის მუშაობის პრინციპი ასეთია. დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც შედის სცინტილატორში, წარმოქმნის მისი მოლეკულების იონიზაციას და აგზნებას, რაც ძალიან მოკლე დრო (10-6- 10-9 წმ ) გადადის სტაბილურ მდგომარეობაში ფოტონების გამოსხივებით. არის სინათლის ციმციმი (სცინტილაცია). ზოგიერთი ფოტონი მოხვდა PMT-ის ფოტოკათოდში და არღვევს მისგან ფოტოელექტრონებს. ეს უკანასკნელი, PMT-ზე გამოყენებული ძაბვის მოქმედებით, ფოკუსირებულია და მიმართულია ელექტრონის მულტიპლიკატორის პირველ ელექტროდზე (დინოდზე). გარდა ამისა, მეორადი ელექტრონების გამოსხივების შედეგად, ელექტრონების რაოდენობა ზვავის მსგავსად იზრდება და PMT გამომავალზე ჩნდება ძაბვის პულსი, რომელიც შემდეგ ძლიერდება და ჩაიწერება რადიო მოწყობილობით.

გამომავალი პულსის ამპლიტუდა და ხანგრძლივობა განისაზღვრება როგორც სცინტილატორის, ასევე PMT-ის თვისებებით.

როგორც ფოსფორი გამოიყენება:

ორგანული კრისტალები,

თხევადი ორგანული სკინტილატორები,

მყარი პლასტმასის სკინტილატორები,

გაზის სკინტილატორები.

სცინტილატორების ძირითადი მახასიათებლებია: სინათლის გამომუშავება, სპექტრული შემადგენლობაგამოსხივება და სცინტილაციების ხანგრძლივობა.

როდესაც დამუხტული ნაწილაკი გადის სცინტილატორში, მასში წარმოიქმნება გარკვეული რაოდენობის ფოტონები ამა თუ იმ ენერგიით. ამ ფოტონების ნაწილი შეიწოვება თავად სცინტილატორის მოცულობაში და მის ნაცვლად გამოიყოფა სხვა ფოტონები ოდნავ დაბალი ენერგიის მქონე. რეაბსორბციული პროცესების შედეგად გამოვა ფოტონები, რომელთა სპექტრი დამახასიათებელია მოცემული სცინტილატორისთვის.

სცინტილატორის სინათლის გამომუშავება ან კონვერტაციის ეფექტურობა c არის სინათლის ციმციმის ენერგიის თანაფარდობა. , გარეთ გასვლა, ენერგიის რაოდენობამდე ედამუხტული ნაწილაკი დაკარგულია სცინტილატორში

სადაც - გამომავალი ფოტონების საშუალო რაოდენობა, - საშუალო ენერგიაფოტონები. თითოეული სცინტილატორი ასხივებს არა მონოენერგიულ კვანტებს, არამედ ამ სცინტილატორისთვის დამახასიათებელ უწყვეტ სპექტრს.

ძალზე მნიშვნელოვანია, რომ სცინტილატორიდან გამომავალი ფოტონების სპექტრი ემთხვევა ან ნაწილობრივ მაინც გადაფარავს ფოტომულტიპლიკატორის სპექტრულ მახასიათებელს.

გარე სცინტილაციის სპექტრის გადახურვის ხარისხი სპექტრულ პასუხთან. ამ PMT განისაზღვრება შესატყვისი კოეფიციენტით

სად არის სცინტილატორის გარე სპექტრი ან სცინტილატორიდან გამომავალი ფოტონების სპექტრი. პრაქტიკაში, PMT მონაცემებთან კომბინირებული სკინტილატორების შედარებისას, შემოღებულია ცინტილაციის ეფექტურობის კონცეფცია, რომელიც განისაზღვრება შემდეგი გამონათქვამით:

სადაც მე 0 - სცინტილაციის ინტენსივობის მაქსიმალური მნიშვნელობა; ტ - დაშლის დროის მუდმივი, განისაზღვრება, როგორც დრო, რომლის დროსაც სცინტილაციის ინტენსივობა მცირდება ეერთხელ.

სინათლის ფოტონების რაოდენობა ნ , დროთა განმავლობაში გამოსხივებული ტაღმოჩენილი ნაწილაკების დარტყმის შემდეგ, გამოიხატება ფორმულით

სად - საერთო რაოდენობასცინტილაციის პროცესში გამოსხივებული ფოტონები.

ფოსფორის ლუმინესცენციის (ნათების) პროცესები იყოფა ორ ტიპად: ფლუორესცენცია და ფოსფორესცენცია. თუ ციმციმა ხდება უშუალოდ აგზნების დროს ან 10-8 რიგის დროის პერიოდში წამი,პროცესს ფლუორესცენცია ეწოდება. ინტერვალი 10-8 წმარჩეულია იმიტომ, რომ სიდიდის მიხედვით უდრის ატომის სიცოცხლეს აღგზნებულ მდგომარეობაში ეგრეთ წოდებული დაშვებული გადასვლებისთვის.

მიუხედავად იმისა, რომ ფლუორესცენციის სპექტრები და ხანგრძლივობა არ არის დამოკიდებული აგზნების ტიპზე, ფლუორესცენციის გამომუშავება არსებითად დამოკიდებულია მასზე. ამრიგად, როდესაც კრისტალი აღგზნებულია a-ნაწილაკებით, ფლუორესცენციის გამოსავალი თითქმის სიდიდის რიგით დაბალია, ვიდრე ფოტოაჟიტირებული.

ფოსფორესცენცია გაგებულია, როგორც ლუმინესცენცია, რომელიც გრძელდება აგზნების შეწყვეტის შემდეგ საკმაოდ დიდი ხნის განმავლობაში. მაგრამ ფლუორესცენციასა და ფოსფორესცენციას შორის მთავარი განსხვავება არ არის შემდგომი შუქის ხანგრძლივობა. კრისტალური ფოსფორების ფოსფორესცენცია წარმოიქმნება აგზნების დროს წარმოქმნილი ელექტრონებისა და ხვრელების რეკომბინაციის შედეგად. ზოგიერთ კრისტალში შემდგომი ბზინვარება შეიძლება გახანგრძლივდეს იმის გამო, რომ ელექტრონები და ხვრელები იჭერენ „ხაფანგებს“, საიდანაც მათი განთავისუფლება შესაძლებელია მხოლოდ დამატებითი ენერგიის მიღების შემდეგ. საჭირო ენერგია. აქედან გამომდინარე, აშკარაა ფოსფორესცენციის ხანგრძლივობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. კომპლექსის შემთხვევაში ორგანული მოლეკულებიფოსფორესცენცია დაკავშირებულია მათ ყოფნასთან მეტასტაბილურ მდგომარეობაში, საიდანაც ძირითად მდგომარეობაში გადასვლის ალბათობა შეიძლება იყოს მცირე. და ამ შემთხვევაში, შეინიშნება ფოსფორესცენციის დაშლის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე.

§ 2. სცინტილატორები

არაორგანული სკინტილატორები . არაორგანული სკინტილატორები კრისტალებია არაორგანული მარილები. პრაქტიკული გამოყენებასცინტილაციის ტექნიკაში ძირითადად ზოგიერთი ჰალოგენური ნაერთებია ტუტე ლითონები.

ცინტილაციის ფორმირების პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს გამოყენებით ზონის თეორია მყარი სხეული. ცალკეულ ატომში, რომელიც არ ურთიერთქმედებს სხვებთან, ელექტრონები განლაგებულია კარგად განსაზღვრულ დისკრეტებზე ენერგიის დონეები. მყარ მდგომარეობაში ატომები ახლო მანძილზეა და მათი ურთიერთქმედება საკმაოდ ძლიერია. ამ ურთიერთქმედების წყალობით, გარე დონეები ელექტრონული ჭურვებიგაიყოფა და ქმნის ზონებს, რომლებიც ერთმანეთისგან გამოყოფილია ზოლებით. ელექტრონებით სავსე ყველაზე გარე ნებადართული ზოლი არის ვალენტობის ზოლი. მის ზემოთ არის თავისუფალი ზონა - გამტარობის ზოლი. ვალენტობის ზოლსა და გამტარ ზოლს შორის არის ზოლის უფსკრული, რომლის ენერგეტიკული სიგანე რამდენიმე ელექტრონ ვოლტია.

თუ კრისტალი შეიცავს რაიმე დეფექტს, გისოსის დარღვევას ან მინარევის ატომებს, მაშინ ამ შემთხვევაში შესაძლებელია ზოლში მდებარე ენერგიის ელექტრონული დონის გამოჩენა. გარე მოქმედების პირობებში, მაგალითად, როდესაც სწრაფად დამუხტული ნაწილაკი გადის კრისტალში, ელექტრონებს შეუძლიათ გადავიდნენ ვალენტურობის ზოლიდან გამტარ ზოლში. დარჩება ვალენტობის ზოლში ვაკანსიები, რომლებსაც აქვთ დადებითად დამუხტული ნაწილაკების თვისებები ერთეული მუხტით და ხვრელები ეწოდება.

აღწერილი პროცესი არის ბროლის აგზნების პროცესი. აგზნება ამოღებულია ელექტრონების საპირისპირო გადასვლით გამტარობის ზოლიდან ვალენტურ ზოლში და ხდება ელექტრონებისა და ხვრელების რეკომენდაცია. ბევრ კრისტალში ელექტრონის გადასვლა გამტარობიდან ვალენტურ სარტყელზე ხდება შუალედური ლუმინესცენტური ცენტრების მეშვეობით, რომელთა დონეები ზოლშია. ეს ცენტრები გამოწვეულია კრისტალში დეფექტების ან მინარევების ატომების არსებობით. ელექტრონების ორ ეტაპად გადასვლისას ფოტონები გამოიყოფა ზოლის უფსკრულის ენერგიით. ასეთი ფოტონებისთვის, თავად კრისტალში შთანთქმის ალბათობა მცირეა და, შესაბამისად, მისთვის სინათლის გამომუშავება გაცილებით მეტია, ვიდრე სუფთა, დაუმუშავებელი კრისტალისთვის.

პრაქტიკაში, არაორგანული სცინტილატორების სინათლის გამომუშავების გასაზრდელად, შემოდის სხვა ელემენტების სპეციალური მინარევები, რომელსაც აქტივატორები ეწოდება. მაგალითად, ტალიუმი შეჰყავთ როგორც აქტივატორი ნატრიუმის იოდიდის კრისტალში. NaJ(Tl) კრისტალზე დაფუძნებულ სკინტილატორს აქვს მაღალი სინათლის გამომუშავება. NaJ(Tl) სკინტილატორს აქვს მნიშვნელოვანი უპირატესობები გაზით სავსე მრიცხველებთან შედარებით:

უფრო დიდი ეფექტურობაგ-სხივების რეგისტრაცია (დიდი კრისტალებით, რეგისტრაციის ეფექტურობამ შეიძლება მიაღწიოს ათეულ პროცენტს);

სცინტილაციის მოკლე ხანგრძლივობა (2,5 10-7 წმ);

ხაზოვანი კავშირიპულსის ამპლიტუდასა და დამუხტული ნაწილაკების მიერ დაკარგული ენერგიის რაოდენობას შორის.

ბოლო ქონებას გარკვეული ახსნა სჭირდება. სცინტილატორის სინათლის გამომუშავება გარკვეულწილად არის დამოკიდებული დამუხტული ნაწილაკების ენერგიის სპეციფიკურ დანაკარგზე.

ძალიან დიდი რაოდენობითშესაძლებელია მნიშვნელოვანი დარღვევები. ბროლის გისოსისკინტილატორი, რომელიც იწვევს ადგილობრივი ჩაქრობის ცენტრების გაჩენას. ამ გარემოებამ შეიძლება გამოიწვიოს სინათლის გამომუშავების შედარებით შემცირება. მართლაც, ექსპერიმენტული ფაქტები მიუთითებს იმაზე, რომ მძიმე ნაწილაკებისთვის გამოსავლიანობა არაწრფივია და ხაზოვანი დამოკიდებულებაიწყებს გამოვლინებას მხოლოდ რამდენიმე მილიონი ელექტრონ ვოლტის ენერგიით. სურათი 1 გვიჩვენებს დამოკიდებულების მრუდებს E:მრუდი 1 ელექტრონებისთვის, მრუდი 2 ნაწილაკებისთვის.

მითითებული ტუტე ჰალოგენური სკინტილატორების გარდა, ზოგჯერ გამოიყენება სხვა არაორგანული კრისტალები: ZnS (Tl), CsJ (Tl), CdS (Ag), CaWO4, CdWO4 და ა.შ.

ორგანული კრისტალური სკინტილატორები. ორგანულ კრისტალებში მოლეკულური შემაკავშირებელი ძალები მცირეა არაორგანულ კრისტალებში მოქმედ ძალებთან შედარებით. ამრიგად, ურთიერთმოქმედი მოლეკულები პრაქტიკულად არ არღვევენ ენერგიას ელექტრონული დონეებიერთმანეთი და ორგანული ბროლის ლუმინესცენციის პროცესი ცალკეული მოლეკულებისთვის დამახასიათებელი პროცესია. მიწის ელექტრონულ მდგომარეობაში მოლეკულას აქვს რამდენიმე ვიბრაციის დონეები. აღმოჩენილი გამოსხივების გავლენის ქვეშ მოლეკულა გადადის აღგზნებულში ელექტრონული მდგომარეობა, რომელიც ასევე შეესაბამება რამდენიმე ვიბრაციულ დონეს. ასევე შესაძლებელია მოლეკულების იონიზაცია და დისოციაცია. იონიზებული მოლეკულის რეკომბინაციის შედეგად ის ჩვეულებრივ წარმოიქმნება აღგზნებულ მდგომარეობაში. თავდაპირველად აღგზნებული მოლეკულაშეიძლება იყოს ჩართული მაღალი დონეებიმღელვარება და მცირე ხნის შემდეგ (~10-11 წმ)ასხივებს მაღალი ენერგიის ფოტონს. ეს ფოტონი შეიწოვება სხვა მოლეკულის მიერ და ამ მოლეკულის აგზნების ენერგიის ნაწილი შეიძლება დაიხარჯოს თერმული მოძრაობადა შემდგომ გამოსხივებულ ფოტონს ექნება უფრო დაბალი ენერგია, ვიდრე წინა. ემისიის და შთანთქმის რამდენიმე ციკლის შემდეგ წარმოიქმნება მოლეკულები, რომლებიც პირველ აღგზნებულ დონეზე არიან; ისინი ასხივებენ ფოტონებს, რომელთა ენერგია შესაძლოა უკვე არასაკმარისი იყოს სხვა მოლეკულების აღგზნებისთვის და ამგვარად, კრისტალი გამჭვირვალე გახდება წარმოქმნილი რადიაციისთვის.

ბრინჯი. 2. სინათლის გამომუშავების დამოკიდებულება

ანტრაცენი ენერგიიდან სხვადასხვა ნაწილაკებამდე.

მადლობა უმეტესობააგზნების ენერგია იხარჯება თერმულ მოძრაობაზე, ბროლის სინათლის გამომუშავება (კონვერტაციის ეფექტურობა) შედარებით მცირეა და რამდენიმე პროცენტს შეადგენს.

ბირთვული გამოსხივების რეგისტრაციისთვის ყველაზე ფართოდ გამოიყენება შემდეგი ორგანული კრისტალები: ანტრაცენი, სტილბენი, ნაფტალინი. ანტრაცენს აქვს საკმაოდ მაღალი სინათლის გამომუშავება (~4%) და ხანმოკლე ნათების დრო (3 10-8 წმ).მაგრამ მძიმე დამუხტული ნაწილაკების რეგისტრაციისას, ცინტილაციის ინტენსივობის წრფივი დამოკიდებულება შეინიშნება მხოლოდ საკმაოდ მაღალი ენერგიებინაწილაკები.

ნახ. სურათი 2 გვიჩვენებს სინათლის გამომავალი c (თვითნებურ ერთეულებში) დამოკიდებულების გრაფიკებს ელექტრონების 1, პროტონების 2 ენერგიაზე. , დეიტრონები 3 და a-ნაწილაკები 4 .

სტილბენი, თუმცა მას აქვს ოდნავ დაბალი სინათლის გამომუშავება, ვიდრე ანტრაცენი, მაგრამ სცინტილაციის ხანგრძლივობა გაცილებით მოკლეა (7 10-9 წმ),ვიდრე ანტრაცენის, რაც შესაძლებელს ხდის მის გამოყენებას იმ ექსპერიმენტებში, სადაც საჭიროა ძალიან ინტენსიური გამოსხივების რეგისტრაცია.

პლასტიკური სკინტილატორები. პლასტიკური სკინტილატორები არის ფლუორესცენტური ორგანული ნაერთების მყარი ხსნარები შესაფერის გამჭვირვალე ნივთიერებაში. მაგალითად, ანტრაცენის ან სტილბენის ხსნარები პოლისტირონში ან პლექსიგლასში. გახსნილი ფლუორესცენტური ნივთიერების კონცენტრაცია ჩვეულებრივ დაბალია, პროცენტის რამდენიმე მეათედი ან რამდენიმე პროცენტი.

ვინაიდან დაშლილ სკინტილატორზე გაცილებით მეტი გამხსნელი არსებობს, მაშინ, რა თქმა უნდა, რეგისტრირებული ნაწილაკი ძირითადად გამხსნელის მოლეკულების აგზნებას წარმოქმნის. აგზნების ენერგია შემდგომში გადადის სცინტილატორის მოლეკულებზე. ცხადია, გამხსნელის ემისიის სპექტრი უფრო რთული უნდა იყოს ვიდრე გამხსნელის შთანთქმის სპექტრი, ან მინიმუმემთხვევა მას. ექსპერიმენტული ფაქტები აჩვენებს, რომ გამხსნელის აგზნების ენერგია ფოტონის მექანიზმის გამო გადაეცემა სცინტილატორ მოლეკულებს, ანუ გამხსნელის მოლეკულები ასხივებენ ფოტონებს, რომლებიც შემდეგ შეიწოვება გამხსნელი ნივთიერების მოლეკულებით. ასევე შესაძლებელია ენერგიის გადაცემის კიდევ ერთი მექანიზმი. ვინაიდან სცინტილატორის კონცენტრაცია დაბალია, ხსნარი პრაქტიკულად გამჭვირვალეა მიღებული სცინტილატორის გამოსხივებისთვის.

პლასტმასის სცინტილატორებს აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობები ორგანულ კრისტალურ სკინტილატორებთან შედარებით:

სცინტილატორების წარმოების უნარი ძალიან დიდია დიდი ზომები;

სპექტრის მიქსერების შეყვანის შესაძლებლობა სცინტილატორში მისი ლუმინესცენციის სპექტრის უკეთესი შესატყვისი ფოტოკათოდის სპექტრულ მახასიათებლებთან;

სკინტილატორში შეყვანის შესაძლებლობა სხვადასხვა ნივთიერებებისაჭიროა სპეციალურ ექსპერიმენტებში (მაგალითად, ნეიტრონების შესწავლისას);

პლასტიკური სკინტილატორების ვაკუუმში გამოყენების შესაძლებლობა;

სინათლის ხანმოკლე დრო (~ 3 10-9 წმ).ანტრაცენის პოლისტირონში გახსნით მომზადებულ პლასტმასის სკინტილატორებს აქვთ სინათლის ყველაზე მაღალი გამომუშავება. ასევე კარგი თვისებები აქვს სტილბენის ხსნარს პოლისტირონში.

თხევადი ორგანული სკინტილატორები. თხევადი ორგანული სცინტილატორები არის ორგანული სცინტილატორების ხსნარები ზოგიერთ თხევად ორგანულ გამხსნელებში.

ფლუორესცენციის მექანიზმი თხევად სცინტილატორებში მსგავსია იმ მექანიზმისა, რომელიც ხდება მყარ ხსნარებში-სცინტილატორებში.

ქსილენი, ტოლუოლი და ფენილციკლოჰექსანი ყველაზე შესაფერისი გამხსნელები აღმოჩნდა, ხოლო პ-ტერფენილი, დიფენილოქსაზოლი და ტეტრაფენილბუტადიენი ყველაზე შესაფერისი გამხსნელები. დაშლის შედეგად დამზადებული სკინტილატორი.

პ-ტერფენილი ქსილენში გამხსნელი ნივთიერების კონცენტრაციით 5 გ/ლ.

თხევადი სკინტილატორების ძირითადი უპირატესობები:

დიდი მოცულობის დამზადების შესაძლებლობა;

სპეციალურ ექსპერიმენტებში საჭირო ნივთიერებების სცინტილატორში შეყვანის შესაძლებლობა;

ფლეშის მოკლე ხანგრძლივობა ( ~3 10-9წმ).

გაზის სკინტილატორები. როდესაც დამუხტული ნაწილაკები გადიან სხვადასხვა აირებში, მათში ცინტილაციების გამოჩენა შეინიშნებოდა. მძიმე კეთილშობილ გაზებს (ქსენონს და კრიპტონს) აქვთ სინათლის ყველაზე მაღალი გამომუშავება. ქსენონისა და ჰელიუმის ნარევს ასევე აქვს მაღალი განათება. ჰელიუმში 10% ქსენონის არსებობა უზრუნველყოფს სინათლის გამომუშავებას, რომელიც უფრო მეტია ვიდრე სუფთა ქსენონის (ნახ. 3). სხვა გაზების უმნიშვნელოდ მცირე მინარევები მკვეთრად ამცირებს კეთილშობილ აირებში სცინტილაციების ინტენსივობას.

ბრინჯი. 3. გაზის სინათლის გამომუშავების დამოკიდებულება

ჰელიუმის და ქსენონის ნარევის შეფარდებაზე სკინტილატორი.

ექსპერიმენტულად აჩვენეს, რომ კეთილშობილ აირებში ციმციმის ხანგრძლივობა მოკლეა (10-9 -10-8 წმ),და ციმციმის ინტენსივობა ფართო არჩევანიპროპორციულია რეგისტრირებული ნაწილაკების დაკარგული ენერგიისა და არ არის დამოკიდებული მათ მასაზე და მუხტზე. გაზის სკინტილატორებს აქვთ დაბალი მგრძნობელობა გ- გამოსხივების მიმართ.

ლუმინესცენციის სპექტრის ძირითადი ნაწილი მდებარეობს შორეულ ულტრაიისფერ რეგიონში, ამიტომ სინათლის გადამყვანები გამოიყენება ფოტოგამრავლების სპექტრული მგრძნობელობის შესატყვისად. ამ უკანასკნელს უნდა ჰქონდეს მაღალი კონვერტაციის კოეფიციენტი, ოპტიკური გამჭვირვალობა თხელ ფენებში, დაბალი ელასტიურობა. გაჯერებული ორთქლებიასევე მექანიკური და ქიმიური წინააღმდეგობა. როგორც მასალები სინათლის გადამყვანებისთვის, სხვადასხვა ორგანული ნაერთები, Მაგალითად:

დიფენილსტილბენი (კონვერტაციის ეფექტურობა დაახლოებით 1);

P1p'-კვატერფენილი (~1);

ანტრაცინი (0,34) და ა.შ.

სინათლის გადამყვანი დეპონირებულია თხელ ფენად ფოტოგამრავლების ფოტოკათოდზე. მნიშვნელოვანი პარამეტრისინათლის გადამყვანის არის მისი ფლეშ დრო. ამ მხრივ, ორგანული გადამყვანები საკმაოდ დამაკმაყოფილებელია (10-9 წმან რამდენიმე ერთეული 10-9 წმ).სინათლის შეგროვების გაზრდის მიზნით, სცინტილატორის კამერის შიდა კედლები, როგორც წესი, დაფარულია სინათლის რეფლექტორებით (MgO, ტიტანის ოქსიდის საფუძველზე დაფუძნებული მინანქარი, ფტოროპლასტი, ალუმინის ოქსიდი და ა.შ.).

§ 3. ფოტოელექტრონული მამრავლები

PMT-ის ძირითადი ელემენტებია: ფოტოკათოდი, ფოკუსირების სისტემა, მულტიპლიკატორის სისტემა (დინოდები), ანოდი (კოლექტორი). ყველა ეს ელემენტი განლაგებულია მინის კონტეინერში, რომელიც ევაკუირებულია მაღალ ვაკუუმში (10-6 მმ Hg.).

ბირთვული გამოსხივების სპექტრომეტრიის მიზნებისთვის, ფოტოკათოდი ჩვეულებრივ მდებარეობს შიდა ზედაპირი PMT კონტეინერის ბრტყელი ნაწილი. ფოტოკათოდის მასალად არჩეულია ნივთიერება, რომელიც საკმარისად მგრძნობიარეა სცინტილატორების მიერ გამოსხივებული სინათლის მიმართ. ყველაზე გავრცელებულია ანტიმონ-ცეზიუმის ფოტოკათოდები, რომელთა მაქსიმალური სპექტრული მგრძნობელობა მდგომარეობს l = 3900¸4200 A-ზე, რაც შეესაბამება მრავალი სცინტილატორის ლუმინესცენციის სპექტრის მაქსიმუმს.

ბრინჯი. 4. PMT-ის სქემატური დიაგრამა.

ფოტოკათოდის ერთ-ერთი მახასიათებელია მისი კვანტური გამოსავლიანობა, ანუ ალბათობა იმისა, რომ ფოტოელექტრონმა გამოიდევნოს ფოტონი, რომელიც მოხვდება ფოტოკათოდში. e-ის ღირებულებამ შეიძლება მიაღწიოს 10-20%-ს. ფოტოკათოდის თვისებებს ასევე ახასიათებს ინტეგრალური მგრძნობელობა, რაც წარმოადგენს ფოტოდინების თანაფარდობას. (მკა) მდეინციდენტი ფოტოკათოდზე მანათობელი ნაკადი (მე ვარ).

ფოტოკათოდი გამოიყენება მინაზე თხელი გამჭვირვალე ფენის სახით. ამ ფენის სისქე მნიშვნელოვანია. ერთის მხრივ, სინათლის დიდი შთანთქმისთვის, ეს უნდა იყოს მნიშვნელოვანი, მეორე მხრივ, წარმოქმნილი ფოტოელექტრონები, რომლებსაც აქვთ ძალიან დაბალი ენერგია, ვერ შეძლებენ სქელი ფენის დატოვებას და ეფექტური კვანტური გამოსავალი შეიძლება აღმოჩნდეს. იყოს პატარა. ამიტომ შეირჩევა ფოტოკათოდის ოპტიმალური სისქე. ასევე აუცილებელია ფოტოკათოდის ერთგვაროვანი სისქის უზრუნველყოფა ისე, რომ მისი მგრძნობელობა ერთნაირი იყოს მთელ ტერიტორიაზე. სცინტილაციური გ-სპექტრომეტრიაში ხშირად საჭიროა დიდი მყარი სკინტილატორების გამოყენება, როგორც სისქით, ასევე დიამეტრით. ამიტომ, საჭირო ხდება ფოტომამრავლების დამზადება დიდი ფოტოკათოდური დიამეტრით. შიდა ფოტომულტიპლიკატორებში, ფოტოკათოდები მზადდება დიამეტრით რამდენიმე სანტიმეტრიდან 15¸20-მდე. სმ.ფოტოკათოდიდან ამოვარდნილი ფოტოელექტრონები ფოკუსირებული უნდა იყოს პირველ მულტიპლიკატორ ელექტროდზე. ამ მიზნით გამოიყენება ელექტროსტატიკური ლინზების სისტემა, რომელიც წარმოადგენს ფოკუსირების დიაფრაგმების სერიას. PMT-ის კარგი დროებითი მახასიათებლების მისაღებად მნიშვნელოვანია ისეთი ფოკუსირების სისტემის შექმნა, რომ ელექტრონები პირველ დინოდს დაარტყას მინიმალური დროის გავრცელებით. სურათი 4 გვიჩვენებს ფოტოგამრავლების სქემატურ განლაგებას. PMT-ის მიმწოდებელი მაღალი ძაბვა დაკავშირებულია კათოდთან უარყოფითი პოლუსით და ნაწილდება ყველა ელექტროდს შორის. პოტენციური განსხვავება კათოდსა და დიაფრაგმას შორის უზრუნველყოფს ფოტოელექტრონების ფოკუსირებას პირველ გამრავლების ელექტროდზე. გამრავლების ელექტროდებს დინოდები ეწოდება. დინოდები მზადდება მასალებისგან, რომელთა მეორადი ემისიის კოეფიციენტი აღემატება ერთიანობას (s>1). საყოფაცხოვრებო PMT-ებში დინოდები მზადდება ან ღარის ფორმის სახით (ნახ. 4) ან ჟალუზების სახით. ორივე შემთხვევაში დინოდები ერთ ხაზზეა მოწყობილი. ასევე შესაძლებელია დინოდების რგოლის მოწყობა. PMT-ებს რგოლის ფორმის დინოდის სისტემით აქვთ საუკეთესო დროის მახასიათებლები. დინოდების გამოსხივების ფენა არის ანტიმონისა და ცეზიუმის ფენა ან სპეციალური შენადნობების ფენა. მაქსიმალური ღირებულება s ანტიმონი-ცეზიუმის ემიტენტებისთვის მიიღწევა ელექტრონის ენერგიით 350¸400 ev,და შენადნობის ემიტერებისთვის - 500¸550-ზე ევ.პირველ შემთხვევაში s= 12¸14, მეორეში s=7¸10. PMT ოპერაციულ რეჟიმებში s-ის მნიშვნელობა გარკვეულწილად მცირეა. საკმაოდ კარგი რეემისიული ფაქტორია s=5.

პირველ დინოდზე ფოკუსირებული ფოტოელექტრონები მისგან მეორად ელექტრონებს ანადგურებენ. პირველი დინოდის დატოვებული ელექტრონების რაოდენობა რამდენჯერმეა მეტი ნომერიფოტოელექტრონები. ყველა მათგანი იგზავნება მეორე დინოდში, სადაც მეორადი ელექტრონებიც იშლება და ა.შ., დინოდიდან დინოდამდე, ელექტრონების რაოდენობა იზრდება s-ჯერ.

დინოდების მთელ სისტემაში გავლისას, ელექტრონული ნაკადი იზრდება 5-7 რიგით სიდიდით და შედის ანოდში - PMT-ის შემგროვებელ ელექტროდში. თუ PMT მუშაობს მიმდინარე რეჟიმში, მაშინ ანოდის წრე მოიცავს მოწყობილობებს, რომლებიც აძლიერებენ და ზომავენ დენს. ბირთვული გამოსხივების რეგისტრაციისას, ჩვეულებრივ, საჭიროა გაზომოთ იმპულსების რაოდენობა, რომლებიც წარმოიქმნება მაიონებელი ნაწილაკების გავლენის ქვეშ, ისევე როგორც ამ იმპულსების ამპლიტუდა. ამ შემთხვევებში, წინააღმდეგობა შედის ანოდის წრეში, რომლის დროსაც ხდება ძაბვის პულსი.

მნიშვნელოვანი მახასიათებელი PMT არის გამრავლების ფაქტორი მ.თუ s-ის მნიშვნელობა ყველა დინოდისთვის ერთნაირია (დინოდებზე ელექტრონების სრული შეგროვებით), ხოლო დინოდების რაოდენობა უდრის ნ , მაშინ

A და B არის მუდმივები, u არის ელექტრონის ენერგია. გამრავლების ფაქტორი მარა კოეფიციენტის ტოლიგაძლიერება M", რომელიც ახასიათებს დენის შეფარდებას PMT გამომავალ დენთან კათოდიდან გამოსულ დენთან

M" =ᲡᲛ,

სადაც თან<1 - ელექტრონების შეგროვების კოეფიციენტი, რომელიც ახასიათებს ფოტოელექტრონების შეგროვების ეფექტურობას პირველ დინოდზე.

ძალიან მნიშვნელოვანია, რომ მოგება იყოს მუდმივი. M" PMT როგორც დროში, ასევე ფოტოკათოდიდან გამომავალი ელექტრონების რაოდენობის ცვლილებით. ეს უკანასკნელი გარემოება შესაძლებელს ხდის სცინტილაციის მრიცხველების გამოყენებას, როგორც ბირთვული გამოსხივების სპექტრომეტრებს.

ფოტომულტიპლიკატორებში ჩარევაზე. სცინტილაციის მრიცხველებში, გარე დასხივების არარსებობის შემთხვევაშიც კი, PMT გამომავალზე შეიძლება გამოჩნდეს იმპულსების დიდი რაოდენობა. ამ პულსებს ჩვეულებრივ აქვთ მცირე ამპლიტუდა და უწოდებენ ხმაურის პულსებს. ხმაურის იმპულსების ყველაზე დიდი რაოდენობა გამოწვეულია თერმოელექტრონების გამოჩენით ფოტოკათოდიდან ან თუნდაც პირველი დინოდებიდან. გაგრილება ხშირად გამოიყენება PMT ხმაურის შესამცირებლად. რადიაციის რეგისტრაციისას, რომელიც ქმნის დიდი ამპლიტუდის იმპულსებს, ჩამწერ წრეში შედის დისკრიმინატორი, რომელიც არ გადასცემს ხმაურის იმპულსებს.

ბრინჯი. 5. PMT ხმაურის ჩახშობის სქემა.

1. იმპულსების რეგისტრაციისას, რომელთა ამპლიტუდა შედარებულია ხმაურთან, რაციონალურია გამოიყენოს ერთი სცინტილატორი ორი PMT-ით, რომელიც შედის დამთხვევის წრეში (ნახ. 5). ამ შემთხვევაში, აღმოჩენილი ნაწილაკებიდან წარმოქმნილი პულსების დროებითი შერჩევა ხდება. ფაქტობრივად, შუქის ციმციმი, რომელიც წარმოიშვა რეგისტრირებული ნაწილაკიდან სცინტილატორში, ერთდროულად მოხვდება ორივე PMT-ის ფტოროკათოდებში და იმპულსები ერთდროულად გამოჩნდება მათ გამოსავალზე, რაც აიძულებს დამთხვევის წრეს იმუშაოს. ნაწილაკი დარეგისტრირდება. ხმაურის პულსები თითოეულ PMT-ში ჩნდება ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად და ყველაზე ხშირად არ აღირიცხება დამთხვევის სქემით. ეს მეთოდი შესაძლებელს ხდის PMT-ის შინაგანი ფონის შემცირებას სიდიდის 2-3 ბრძანებით.

ხმაურის იმპულსების რაოდენობა მატულობს გამოყენებული ძაბვისას, ჯერ საკმაოდ ნელა, შემდეგ კი მატება მკვეთრად იზრდება. ფონის ამ მკვეთრი ზრდის მიზეზი არის ველის ემისია ელექტროდების მკვეთრი კიდეებიდან და იონური უკუკავშირის გამოჩენა ბოლო დინოდებსა და PMT ფოტოკათოდს შორის.

ანოდის რეგიონში, სადაც დენის სიმკვრივე ყველაზე მაღალია, შეიძლება მოხდეს როგორც ნარჩენი გაზის, ასევე სტრუქტურული მასალების სიკაშკაშე. შედეგად მიღებული სუსტი ბზინვარება, ისევე როგორც იონური გამოხმაურება, იწვევს ეგრეთ წოდებულ თანმხლები იმპულსების გაჩენას, რომლებიც დროში 10-8 ¸10-7-ით არიან დაშორებულნი ძირითადისგან. წმ.

§ 4. სცინტილაციის მრიცხველების კონსტრუქციები

შემდეგი მოთხოვნები დაწესებულია სცინტილაციის მრიცხველების დიზაინზე:

ფოტოკათოდზე სცინტილაციის სინათლის საუკეთესო კოლექცია;

სინათლის ერთგვაროვანი განაწილება ფოტოკათოდზე;

დაბნელება გარე წყაროების შუქისგან;

მაგნიტური ველების გავლენის არარსებობა;

PMT მომატების სტაბილურობა.

სცინტილაციურ მრიცხველებთან მუშაობისას ყოველთვის აუცილებელია სიგნალის იმპულსების ამპლიტუდის უმაღლესი თანაფარდობის მიღწევა ხმაურის იმპულსების ამპლიტუდასთან, რაც აიძულებს სცინტილატორში წარმოქმნილი ციმციმის ინტენსივობის ოპტიმალურ გამოყენებას. როგორც წესი, სკინტილატორი შეფუთულია ლითონის კონტეინერში, რომელიც დახურულია ერთ ბოლოში ბრტყელი მინით. კონტეინერსა და სკინტილატორს შორის მოთავსებულია მასალის ფენა, რომელიც ირეკლავს სინათლეს და ხელს უწყობს მის ყველაზე სრულ გამოსვლას. მაგნიუმის ოქსიდს (0,96), ტიტანის დიოქსიდს (0,95), თაბაშირს (0,85-0,90) აქვს ყველაზე მაღალი არეკვლა, ასევე გამოიყენება ალუმინი (0,55-0,85).

განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მიექცეს ჰიგიროსკოპული სკინტილატორების ფრთხილად შეფუთვას. ასე, მაგალითად, ყველაზე ხშირად გამოყენებული ფოსფორი NaJ (Tl) არის ძალიან ჰიგიროსკოპიული და როდესაც მასში ტენიანობა შეაღწევს, ის ყვითლდება და კარგავს ცინტილაციურ თვისებებს.

პლასტმასის სცინტილატორებს არ სჭირდებათ ჰერმეტულ კონტეინერებში შეფუთვა, მაგრამ სინათლის შეგროვების გაზრდის მიზნით შეიძლება განთავსდეს რეფლექტორი სცინტილატორის გარშემო. ყველა მყარ სკინტილატორს უნდა ჰქონდეს გამომავალი ფანჯარა ერთ ბოლოზე, რომელიც დაკავშირებულია ფოტოგამრავლების ფოტოკათოდთან. შეერთებისას შეიძლება მოხდეს სცინტილაციის სინათლის ინტენსივობის მნიშვნელოვანი დაკარგვა. ამ დანაკარგების თავიდან ასაცილებლად კანადური ბალზამის, მინერალური ან სილიკონის ზეთები შეჰყავთ სცინტილატორსა და PMT-ს შორის და იქმნება ოპტიკური კონტაქტი.

ზოგიერთ ექსპერიმენტში, მაგალითად, ვაკუუმში გაზომვისას, მაგნიტურ ველებში, მაიონებელი გამოსხივების ძლიერ ველებში, სცინტილატორი ვერ განთავსდება პირდაპირ PMT ფოტოკათოდზე. ასეთ შემთხვევებში სინათლის სახელმძღვანელო გამოიყენება სცინტილატორიდან ფოტოკათოდამდე სინათლის გადასაცემად. მსუბუქი სახელმძღვანელოდ გამოიყენება გამჭვირვალე მასალებისგან დამზადებული გაპრიალებული წნელები - როგორიცაა ლუციტი, პლექსიგლასი, პოლისტირონი, აგრეთვე ლითონის ან პლექსიგლასის მილები, რომლებიც სავსეა გამჭვირვალე სითხით. შუქის დაკარგვა სინათლის სახელმძღვანელოში დამოკიდებულია მის გეომეტრიულ ზომებზე და მასალაზე. ზოგიერთ ექსპერიმენტში აუცილებელია მრუდი სინათლის გიდების გამოყენება.

უმჯობესია გამოიყენოთ მსუბუქი გიდები გამრუდების დიდი რადიუსით. სინათლის გიდები ასევე შესაძლებელს ხდის სხვადასხვა დიამეტრის სკინტილატორებისა და PMT-ების არტიკულაციას. ამ შემთხვევაში გამოიყენება კონუსის ფორმის მსუბუქი გიდები. PMT დაკავშირებულია თხევადი სკინტილატორთან მსუბუქი სახელმძღვანელოს მეშვეობით ან სითხესთან პირდაპირი კონტაქტით. სურათი 6 გვიჩვენებს PMT შეერთების მაგალითს თხევადი სკინტილატორთან. სხვადასხვა ოპერაციულ რეჟიმში, PMT მიეწოდება ძაბვას 1000-დან 2500-მდე. in.ვინაიდან PMT-ის მომატება ძალიან მკვეთრად არის დამოკიდებული ძაბვაზე, მიწოდების დენის წყარო კარგად უნდა იყოს სტაბილიზირებული. გარდა ამისა, შესაძლებელია თვითსტაბილიზაცია.

PMT იკვებება ძაბვის გამყოფით, რომელიც საშუალებას იძლევა გამოიყენოს შესაბამისი პოტენციალი თითოეულ ელექტროდზე. დენის წყაროს უარყოფითი პოლუსი უკავშირდება ფოტოკათოდს და გამყოფის ერთ-ერთ ბოლოს. დადებითი პოლუსი და გამყოფის მეორე ბოლო დასაბუთებულია. გამყოფის რეზისტორები შეირჩევა ისე, რომ განხორციელდეს PMT-ის მუშაობის ოპტიმალური რეჟიმი. მეტი მდგრადობისთვის, გამყოფის გავლით დენი უნდა იყოს სიდიდის ბრძანებით უფრო მაღალი, ვიდრე ელექტრონების დენები, რომლებიც მიედინება PMT-ში.

ბრინჯი. 6. PMT შეერთება თხევადი სკინტილატორთან.

1-თხევადი სკინტილატორი;

2- PMT;

3- მსუბუქი ფარი.

როდესაც სცინტილაციის მრიცხველი მუშაობს პულსირებულ რეჟიმში, მოკლე (~ 10-8 წმ)იმპულსები, რომელთა ამპლიტუდა შეიძლება იყოს რამდენიმე ერთეული ან რამდენიმე ათეული ვოლტი. ამ შემთხვევაში, ბოლო დინოდებზე პოტენციალი შეიძლება განიცადოს მკვეთრი ცვლილებები, რადგან გამყოფის დენს არ აქვს დრო, რომ შეავსოს კასკადიდან ელექტრონებით გატანილი მუხტი. ასეთი პოტენციური რყევების თავიდან აცილების მიზნით, გამყოფის ბოლო რამდენიმე წინააღმდეგობა იხსნება ტევადობით. დინოდებზე პოტენციალების შერჩევის გამო იქმნება ხელსაყრელი პირობები ამ დინოდებზე ელექტრონების შეგროვებისთვის, ე.ი. დანერგილია ოპტიმალური რეჟიმის შესაბამისი ელექტრონულ-ოპტიკური სისტემა.

ელექტრონულ-ოპტიკურ სისტემაში ელექტრონული ტრაექტორია არ არის დამოკიდებული პოტენციალების პროპორციულ ცვლილებაზე ყველა ელექტროდზე, რომლებიც ქმნიან ამ ელექტრონულ-ოპტიკურ სისტემას. ასე რომ, მულტიპლიკატორში, როდესაც მიწოდების ძაბვა იცვლება, იცვლება მხოლოდ მისი მომატება, მაგრამ ელექტრონულ-ოპტიკური თვისებები უცვლელი რჩება.

PMT დინოდებზე პოტენციალების არაპროპორციული ცვლილებით, იცვლება ელექტრონების ფოკუსირების პირობები იმ მხარეში, სადაც პროპორციულობა დარღვეულია. ეს გარემოება გამოიყენება PMT მომატების თვითსტაბილიზაციისთვის. ამ მიზნით პოტენციალი

ბრინჯი. 7. გამყოფი წრედის ნაწილი.

ერთ-ერთი დინოდი წინა დინოდის პოტენციალის მიმართ მუდმივია, ან დამატებითი ბატარეის დახმარებით, ან დამატებით სტაბილიზირებული გამყოფის დახმარებით. სურათი 7 გვიჩვენებს გამყოფი მიკროსქემის ნაწილს, სადაც დამატებითი ბატარეა დაკავშირებულია D5 და D6 დინოდებს შორის. ( Ub = 90 in).საუკეთესო თვითსტაბილიზაციის ეფექტის მისაღებად აუცილებელია წინააღმდეგობის მნიშვნელობის შერჩევა R".ჩვეულებრივ R"მეტი რ 3-4 ჯერ.

§ 5. სცინტილაციის მრიცხველების თვისებები

Scintillation მრიცხველებს აქვთ შემდეგი უპირატესობები.

მაღალი დროის გარჩევადობა. პულსის ხანგრძლივობა, გამოყენებული სცინტილატორების მიხედვით, მერყეობს 10-6-დან 10-9-მდე. წამი,იმათ. სიდიდის რამდენიმე ბრძანებით ნაკლები, ვიდრე მრიცხველები თვითგამონადენით, რაც იძლევა გაცილებით მაღალი დათვლის სიჩქარის საშუალებას. სცინტილაციის მრიცხველების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი დროითი მახასიათებელია პულსის შეფერხების მცირე მნიშვნელობა ფოსფორში რეგისტრირებული ნაწილაკების გავლის შემდეგ (10-9 -10-8 წმ).ეს საშუალებას იძლევა გამოიყენოს დამთხვევის სქემები დაბალი გარჩევადობის დროით (<10-8წმ)და, შესაბამისად, დამთხვევების გაზომვა მრავალ დიდ დატვირთვაზე ცალკეულ არხებზე მცირე რაოდენობის შემთხვევითი დამთხვევებით.

რეგისტრაციის მაღალი ეფექტურობა გ - სხივები და ნეიტრონები. გ-კვანტის ან ნეიტრონის დასარეგისტრირებლად აუცილებელია, რომ ისინი რეაგირებდნენ დეტექტორის ნივთიერებასთან; ამ შემთხვევაში, მეორადი დამუხტული ნაწილაკი უნდა დარეგისტრირდეს დეტექტორის მიერ. აშკარაა, რომ რაც მეტი ნივთიერება იქნება გ-სხივების ან ნეიტრონების გზაზე, მით მეტი იქნება მათი შთანთქმის ალბათობა, მით მეტი იქნება მათი აღრიცხვის ეფექტურობა. ამჟამად, როდესაც გამოიყენება დიდი სცინტილატორები, მიიღწევა რ-სხივების გამოვლენის ეფექტურობა რამდენიმე ათეული პროცენტით. ნეიტრონის გამოვლენის ეფექტურობა სცინტილატორებით სპეციალურად შეყვანილი ნივთიერებებით (10 V, 6 Li და ა.შ.) ასევე ბევრად აღემატება გაზგამშვებ მრიცხველებით ნეიტრონების გამოვლენის ეფექტურობას.

რეგისტრირებული გამოსხივების ენერგეტიკული ანალიზის შესაძლებლობა. მართლაც, მსუბუქი დამუხტული ნაწილაკებისთვის (ელექტრონები), ციმციმის ინტენსივობა სცინტილატორში პროპორციულია ნაწილაკების მიერ ამ სცინტილატორში დაკარგულ ენერგიასთან.

ამპლიტუდის ანალიზატორებზე დამაგრებული სცინტილაციის მრიცხველების გამოყენებით, შეიძლება შეისწავლოს ელექტრონების და გ-სხივების სპექტრები. მდგომარეობა გარკვეულწილად უარესია მძიმე დამუხტული ნაწილაკების სპექტრების შესწავლისას (ა-ნაწილაკები და ა.შ.), რომლებიც ქმნიან სცინტილატორში დიდ სპეციფიკურ იონიზაციას. ამ შემთხვევებში დაკარგული ენერგიის აფეთქების ინტენსივობის პროპორციულობა საერთოდ არ შეინიშნება ნაწილაკების ენერგიებში და ვლინდება მხოლოდ გარკვეულ მნიშვნელობაზე მეტი ენერგიებით. პულსის ამპლიტუდებისა და ნაწილაკების ენერგიას შორის არაწრფივი კავშირი განსხვავებულია სხვადასხვა ფოსფორისთვის და სხვადასხვა ტიპის ნაწილაკებისთვის. ეს ილუსტრირებულია 1 და 2 სურათებში მოცემული გრაფიკებით.

ძალიან დიდი გეომეტრიული ზომების სკინტილატორების დამზადების შესაძლებლობა. ეს ნიშნავს, რომ შესაძლებელია აღმოვაჩინოთ და გაანალიზოთ ძალზე მაღალი ენერგიების ენერგეტიკული ნაწილაკები (კოსმოსური სხივები), ასევე ნაწილაკები, რომლებიც სუსტად ურთიერთქმედებენ მატერიასთან (ნეიტრინოები).

სცინტილატორების შემადგენლობაში შეყვანის შესაძლებლობა, რომლებთანაც ნეიტრონები ურთიერთქმედებენ დიდი ჯვარედინი კვეთით. ფოსფორები LiJ(Tl), LiF, LiBr გამოიყენება ნელი ნეიტრონების გამოსავლენად. როდესაც ნელი ნეიტრონები ურთიერთქმედებენ 6 Li-სთან, ხდება რეაქცია 6 Li(n,a)3 H, რომელშიც ენერგიაა 4.8. მევ.

§ 6. სცინტილაციის მრიცხველების გამოყენების მაგალითები

ბირთვების აღგზნებული მდგომარეობების სიცოცხლის ხანგრძლივობის გაზომვა. რადიოაქტიური დაშლის ან სხვადასხვა ბირთვული რეაქციების დროს წარმოქმნილი ბირთვები ხშირად მთავრდება აღგზნებულ მდგომარეობაში. ბირთვების აღგზნებული მდგომარეობების კვანტური მახასიათებლების შესწავლა ბირთვული ფიზიკის ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა. ბირთვის აღგზნებული მდგომარეობის ძალიან მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი სიცოცხლის ხანგრძლივობა ტ.ამ მნიშვნელობის ცოდნა საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ მრავალი ინფორმაცია ბირთვის სტრუქტურის შესახებ.

ატომის ბირთვები შეიძლება იყოს აღგზნებულ მდგომარეობაში სხვადასხვა დროს. ამ დროის გაზომვის სხვადასხვა მეთოდი არსებობს. სცინტილაციის მრიცხველები ძალიან მოსახერხებელი აღმოჩნდა ბირთვული დონის სიცოცხლის ხანგრძლივობის გასაზომად რამდენიმე წამიდან წამის ძალიან მცირე ნაწილამდე. როგორც სცინტილაციის მრიცხველების გამოყენების მაგალითი, განვიხილავთ დაგვიანებული დამთხვევის მეთოდს. დაე, ბირთვი A (იხ. სურ. 10) b-დაშლის გზით გადაიქცევა ბირთვად ATაღგზნებულ მდგომარეობაში, რომელიც გამოყოფს ენერგიის ჭარბი რაოდენობას ორი გ-კვანტის (g1, g2) თანმიმდევრული გამოსხივებისთვის. საჭიროა აღგზნებული მდგომარეობის სიცოცხლის ხანგრძლივობის განსაზღვრა მე. A იზოტოპის შემცველი პრეპარატი დამონტაჟებულია ორ მრიცხველს შორის NaJ(Tl) კრისტალებით (სურ. 8). PMT-ის გამომავალზე წარმოქმნილი პულსები მიეწოდება სწრაფ დამთხვევის წრეს ~10-8-10-7 გარჩევადობით. წმ.გარდა ამისა, იმპულსები მიეწოდება ხაზოვან გამაძლიერებლებს და შემდეგ ამპლიტუდის ანალიზატორებს. ეს უკანასკნელი კონფიგურირებულია ისე, რომ ისინი გადიან გარკვეული ამპლიტუდის იმპულსებს. ჩვენი მიზნისთვის, ე.ი. დონის სიცოცხლის ხანგრძლივობის გაზომვის მიზნით მე(იხ. სურ. 10), ამპლიტუდის ანალიზატორი AAIუნდა გაიაროს მხოლოდ ფოტონის ენერგიის g1 შესაბამისი იმპულსები და ანალიზატორი AAII - g2 .

სურ.8. სქემატური დიაგრამა უნდა განისაზღვროს

ბირთვების აღგზნებული მდგომარეობების სიცოცხლე.

გარდა ამისა, იმპულსები ანალიზატორებიდან, ისევე როგორც სწრაფი დამთხვევის წრედან, მიეწოდება ნელს (t ~ 10-6 წმ)სამმაგი მატჩის ნიმუში. ექსპერიმენტში შესწავლილია სამმაგი დამთხვევების რაოდენობის დამოკიდებულება სწრაფი დამთხვევის წრედის პირველ არხში შემავალი პულსის დროის დაყოვნების მნიშვნელობაზე. როგორც წესი, პულსის დაყოვნება ხორციელდება ეგრეთ წოდებული ცვლადი დაყოვნების ხაზის გამოყენებით LZ (ნახ. 8).

დაყოვნების ხაზი უნდა იყოს დაკავშირებული ზუსტად იმ არხთან, რომელშიც რეგისტრირებულია კვანტური g1, რადგან ის გამოიყოფა კვანტურ g2-მდე. ექსპერიმენტის შედეგად აგებულია დაყოვნების დროზე სამმაგი დამთხვევების რაოდენობის დამოკიდებულების ნახევრად ლოგარითმული გრაფიკი (სურ. 9) და მისგან განისაზღვრება აღგზნებული დონის სიცოცხლის ხანგრძლივობა. მე(ისევე როგორც ეს ხდება ნახევარგამოყოფის პერიოდის განსაზღვრისას ერთი დეტექტორის გამოყენებით).

სცინტილაციის მრიცხველების გამოყენებით NaJ(Tl) კრისტალით და სწრაფ-ნელი დამთხვევების განხილული სქემის გამოყენებით, შესაძლებელია გავზომოთ სიცოცხლის ხანგრძლივობა 10-7 -10-9 წმ.თუ გამოიყენება უფრო სწრაფი ორგანული სკინტილატორები, მაშინ შეიძლება გაიზომოს აღგზნებული მდგომარეობების ხანმოკლე სიცოცხლე (10-11-მდე წმ).

ნახ.9. დამთხვევების რაოდენობის დამოკიდებულება დაგვიანების სიდიდეზე.

გამა ხარვეზის გამოვლენა. ბირთვული გამოსხივება, რომელსაც აქვს მაღალი შეღწევადი ძალა, სულ უფრო ხშირად გამოიყენება ტექნოლოგიაში მილების, რელსების და სხვა დიდი ლითონის ბლოკების დეფექტების გამოსავლენად. ამ მიზნებისათვის გამოიყენება g- გამოსხივების წყარო და g-ray დეტექტორი. საუკეთესო დეტექტორი ამ შემთხვევაში არის სცინტილაციის მრიცხველი, რომელსაც აქვს მაღალი გამოვლენის ეფექტურობა. გამოსხივების წყარო მოთავსებულია ტყვიის კონტეინერში, საიდანაც კოლიმატორის ხვრელში გამოდის გ-სხივების ვიწრო სხივი, რომელიც ანათებს მილს. მილის მოპირდაპირე მხარეს დამონტაჟებულია სკინტილაციის მრიცხველი. წყარო და მრიცხველი მოთავსებულია მოძრავ მექანიზმზე, რომელიც საშუალებას აძლევს მათ გადაადგილდეს მილის გასწვრივ და ბრუნავს მისი ღერძის გარშემო. მილის მასალაში გავლისას გრა-სხივის სხივი ნაწილობრივ შეიწოვება; თუ მილი ერთგვაროვანია, შთანთქმა ყველგან ერთნაირი იქნება და მრიცხველი ყოველთვის აღრიცხავს გ-კვანტების ერთსა და იმავე რაოდენობას (საშუალოდ) დროის ერთეულზე, მაგრამ თუ მილის რომელიმე ადგილას არის ჩაძირვა, მაშინ გ-სხივები ამ ადგილას ნაკლებად შეიწოვება, დათვლის სიჩქარე გაიზრდება. გაირკვევა ნიჟარის მდებარეობა. სცინტილაციის მრიცხველების ასეთი გამოყენების მრავალი მაგალითი არსებობს.

ნეიტრინოების ექსპერიმენტული გამოვლენა. ნეიტრინო არის ყველაზე იდუმალი ელემენტარული ნაწილაკები. ნეიტრინოს თითქმის ყველა თვისება მიღებულია არაპირდაპირი მონაცემებით. b-დაშლის თანამედროვე თეორია ვარაუდობს, რომ ნეიტრინოს მასა mn ნულის ტოლია. ზოგიერთი ექსპერიმენტი ამის მტკიცების საშუალებას გვაძლევს. ნეიტრინოს სპინი არის 1/2, მაგნიტური მომენტი<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).

ბირთვული რეაქტორების შექმნა, რომლებშიც ძალიან დიდი რაოდენობით ბირთვები ნეიტრონების ჭარბით, ანტინეიტრინოების გამოვლენის იმედს აძლევდა. ნეიტრონით მდიდარი ყველა ბირთვი იშლება ელექტრონების და, შესაბამისად, ანტინეიტრინოების ემისიით. რამდენიმე ასეული ათასი კილოვატი სიმძლავრის ატომურ რეაქტორთან, ანტინეიტრინო ნაკადი არის 1013. სმ -2 · წმ-1 -უზარმაზარი სიმკვრივის ნაკადი და შესაბამისი ანტინეიტრინო დეტექტორის არჩევით, შეიძლება მათი აღმოჩენა. ასეთი მცდელობა გააკეთეს რეინსმა და კოუენმა 1954 წელს. ავტორებმა გამოიყენეს შემდეგი რეაქცია:

ნ + გვ ® n+e+ (1)

ამ რეაქციაში პროდუქტის ნაწილაკები არის პოზიტრონი და ნეიტრონი, რომელთა რეგისტრაცია შესაძლებელია.

თხევადი სკინტილატორი ~1 მოცულობით მ3,წყალბადის მაღალი შემცველობით, კადმიუმით გაჯერებული. (1) რეაქციაში წარმოქმნილი პოზიტრონები განადგურებულია ორ გ-კვანტად 511 ენერგიით. კევთითოეულმა და გამოიწვია სცინტილატორის პირველი ციმციმის გამოჩენა. ნეიტრონი შენელდა რამდენიმე მიკროწამით და დაიპყრო კადმიუმმა. კადმიუმის მიერ ამ დაჭერისას გამოიყოფა რამდენიმე გ-კვანტა საერთო ენერგიით დაახლოებით 9 მევ.შედეგად, სცინტილატორში მეორე ციმციმი გამოჩნდა. გაზომეს ორი პულსის დაგვიანებული დამთხვევა. ციმციმების დასარეგისტრირებლად, თხევადი სკინტილატორი გარშემორტყმული იყო დიდი რაოდენობით ფოტოგამრავლებით.

დაგვიანებული დამთხვევების დათვლის მაჩვენებელი იყო სამი დათვლა საათში. ამ მონაცემებიდან მიღებული იქნა, რომ რეაქციის განივი მონაკვეთი (ნახ. 1) s = (1.1 ± 0.4) 10 -43 სმ2,რომელიც ახლოსაა გამოთვლილ მნიშვნელობასთან.

ამჟამად, ძალიან დიდი თხევადი სცინტილაციის მრიცხველები გამოიყენება მრავალ ექსპერიმენტში, კერძოდ, ექსპერიმენტებში ადამიანებისა და სხვა ცოცხალი ორგანიზმების მიერ გამოსხივებული გ-რადიაციული ნაკადების გასაზომად.

დაშლის ფრაგმენტების აღრიცხვა. დაშლის ფრაგმენტების რეგისტრაციისთვის გაზის სცინტილაციის მრიცხველები მოსახერხებელი აღმოჩნდა.

ჩვეულებრივ, დაშლის ჯვრის მონაკვეთის შესასწავლად ექსპერიმენტი დგება შემდეგნაირად: შესასწავლი ელემენტის ფენა დეპონირებულია რაიმე სახის სუბსტრატზე და დასხივდება ნეიტრონული ნაკადით. რა თქმა უნდა, რაც უფრო მეტი გახლეჩილი მასალა იქნება გამოყენებული, მით მეტი დაშლის მოვლენა მოხდება. მაგრამ რადგან, როგორც წესი, დაშლილი ნივთიერებები (მაგალითად, ტრანსურანის ელემენტები) არიან ა-ემიტერები, მათი მნიშვნელოვანი რაოდენობით გამოყენება რთული ხდება a-ნაწილაკების დიდი ფონის გამო. და თუ დაშლის მოვლენები შეისწავლება იმპულსური იონიზაციის კამერების დახმარებით, მაშინ შესაძლებელია ა-ნაწილაკებიდან იმპულსების ზედმეტად გადატანა დაშლის ფრაგმენტებიდან წარმოქმნილ იმპულსებზე. მხოლოდ უკეთესი დროებითი გარჩევადობის ხელსაწყო საშუალებას მისცემს გამოიყენონ დიდი რაოდენობით დასაშლელი მასალა ერთმანეთზე პულსირების გარეშე. ამ მხრივ, გაზის სცინტილაციის მრიცხველებს აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობა იმპულსური იონიზაციის კამერებთან შედარებით, რადგან ამ უკანასკნელის პულსის ხანგრძლივობა 2-3 ბრძანებით აღემატება გაზის სცინტილაციის მრიცხველებს. დაშლის ფრაგმენტებიდან პულსის ამპლიტუდები გაცილებით დიდია, ვიდრე a-ნაწილაკებისგან და, შესაბამისად, ადვილად შეიძლება განცალკევდეს ამპლიტუდის ანალიზატორის გამოყენებით.

გაზის სცინტილაციის მრიცხველის ძალიან მნიშვნელოვანი თვისებაა მისი დაბალი მგრძნობელობა გ-სხივების მიმართ, ვინაიდან მძიმე დამუხტული ნაწილაკების გამოჩენას ხშირად თან ახლავს ინტენსიური გ-სხივების ნაკადი.

მანათობელი კამერა. 1952 წელს საბჭოთა ფიზიკოსებმა ზავოისკიმ და სხვებმა პირველად გადაიღეს მაიონებელი ნაწილაკების კვალი ლუმინესცენტურ ნივთიერებებში მგრძნობიარე ელექტრონულ-ოპტიკური გადამყვანების (EOCs) გამოყენებით. ნაწილაკების აღმოჩენის ამ მეთოდს, რომელსაც ფლუორესცენტური კამერა ჰქვია, აქვს მაღალი დროის გარჩევადობა. პირველი ექსპერიმენტები ჩატარდა CsJ (Tl) კრისტალის გამოყენებით.

მოგვიანებით დაიწყო პლასტმასის სკინტილატორების გამოყენება გრძელი თხელი ღეროების (ძაფების) სახით ლუმინესცენტური კამერის დასამზადებლად. ძაფები დაწყობილია მწკრივად ისე, რომ ორ მიმდებარე მწკრივში ძაფები მართი კუთხით იყოს ერთმანეთთან. ეს იძლევა სტერეოსკოპიული დაკვირვების შესაძლებლობას ნაწილაკების სივრცითი ტრაექტორიის ხელახლა შესაქმნელად. ორმხრივად პერპენდიკულარული ძაფების ორი ჯგუფის სურათები მიმართულია ცალკეულ ელექტრონულ-ოპტიკურ გადამყვანებზე. ძაფები ასევე ასრულებენ სინათლის გიდების როლს. შუქს მხოლოდ ის ძაფები იძლევიან, რომლებსაც ნაწილაკი კვეთს. ეს შუქი გამოდის შესაბამისი ძაფების ბოლოებიდან, რომლებიც გადაღებულია. სისტემები იწარმოება ინდივიდუალური ძაფების დიამეტრით 0.5-დან 1.0-მდე მმ.

ლიტერატურა :

1. ჯ.ბირკსი. სცინტილაციის მრიცხველები. მ., ილ, 1955 წ.

2. ვ.ო.ვიაზემსკი, ი.ი. ლომონოსოვი, ვ.ა. რუზინი. სცინტილაციის მეთოდი რადიომეტრიაში. მ., გოსატომიზდატი, 1961 წ.

3. იუ.ა. ეგოროვი. გამა გამოსხივების და სწრაფი ნეიტრონების სპექტრომეტრიის სტინცილაციის მეთოდი. მ., ატომიზდატი, 1963 წ.

4. პ.ა. ტიშკინი. ბირთვული ფიზიკის ექსპერიმენტული მეთოდები (ბირთვული გამოსხივების დეტექტორები).

ლენინგრადის უნივერსიტეტის გამომცემლობა, 1970 წ.

5 გ.ს. ლანდსბერგი. ფიზიკის დაწყებითი სახელმძღვანელო (ტომი 3) მ., ნაუკა, 1971 წ.

სცინტილაციის მრიცხველი

მოქმედების პრინციპი და ფარგლები

სცინტილაციის მრიცხველში მაიონებელი გამოსხივება იწვევს სინათლის ციმციმს შესაბამის სცინტილატორში, რომელიც შეიძლება იყოს მყარი ან თხევადი. ეს ციმციმი გადაეცემა ფოტოგამრავლების მილში, რომელიც აქცევს მას ელექტრული დენის იმპულსად. მიმდინარე პულსი ძლიერდება შემდგომ PMT ეტაპებზე მათი მაღალი მეორადი ემისიის კოეფიციენტის გამო.

იმისდა მიუხედავად, რომ ზოგადად, უფრო რთული ელექტრონული მოწყობილობაა საჭირო სკინტილაციის მრიცხველებთან მუშაობისას, ამ მრიცხველებს აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობები გეიგერ-მიულერის მრიცხველებთან შედარებით.

1. რენტგენისა და გამა გამოსხივების დათვლის ეფექტურობა გაცილებით მეტია; ხელსაყრელ პირობებში ის 100%-ს აღწევს.

2. სინათლის გამომუშავება ზოგიერთ სცინტილატორში პროპორციულია ამაღელვებელი ნაწილაკების ან კვანტის ენერგიისა.

3. დროითი გარჩევადობა უფრო მაღალია.

ამრიგად, სცინტილაციის მრიცხველი არის შესაფერისი დეტექტორი დაბალი ინტენსივობის გამოსხივების გამოსავლენად, ენერგიის განაწილების ანალიზისთვის არც თუ ისე მაღალი გარჩევადობის მოთხოვნებით და დამთხვევის გაზომვებისთვის მაღალი რადიაციის ინტენსივობით.

ბ) სცინტილატორები

1) პროტონები და სხვა ძლიერ მაიონებელი ნაწილაკები. თუ ვსაუბრობთ მხოლოდ ამ ნაწილაკების რეგისტრაციაზე, მაშინ ყველა ტიპის სკინტილატორი თანაბრად შესაფერისია და, მათი მაღალი გაჩერების სიმძლავრის გამო, საკმარისია მილიმეტრის რიგის სისქის ფენები და კიდევ უფრო ნაკლები. თუმცა უნდა გავითვალისწინოთ, რომ პროტონებისა და β ნაწილაკების სინათლის გამომუშავება ორგანულ სცინტილატორებში არის იმავე ენერგიის ელექტრონების სინათლის გამომუშავების მხოლოდ 1/10, ხოლო ZnS და NaJ არაორგანულ სცინტილატორებში ისინი ორივენი არიან. იგივე შეკვეთა.

კავშირი სინათლის ციმციმის ენერგიასა და მასთან დაკავშირებული იმპულსების სიდიდეს შორის, ისევე როგორც ნაწილაკების ენერგიას, რომელიც გადატანილია სცინტილატორში, ორგანული ნივთიერებებისთვის, ზოგადად, არაწრფივია. თუმცა, ZnS 1 NaJ და CsJ-სთვის ეს დამოკიდებულება ახლოს არის წრფივთან. საკუთარი ფლუორესცენტური გამოსხივების კარგი გამჭვირვალობის გამო, NaJ და CsJ კრისტალები უზრუნველყოფენ ენერგიის შესანიშნავ გარჩევადობას; თუმცა, ზრუნვა უნდა იქნას მიღებული იმის უზრუნველსაყოფად, რომ ზედაპირი, რომლის მეშვეობითაც ნაწილაკები კრისტალში შედიან, ძალიან სუფთა იყოს.

2) ნეიტრონები. ნელი ნეიტრონების გამოვლენა შესაძლებელია Li6Hs, B10Li" ან CdlisCd114 რეაქციების გამოყენებით. ამ მიზნისთვის, როგორც ცინტილატორები, LiJ-ის ერთკრისტალები, ფხვნილის ნარევები, მაგალითად, 1 წონის ნაწილი B 2 O 3 და 5 წონიანი ნაწილი ZnS, დეპონირდება პირდაპირ PMT ფანჯარა; ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას

სცინტილაციის სპექტრომეტრის ბლოკ-სქემა. 1 - სკინტილატორი, 2 - PMT, h - მაღალი ძაბვის წყარო, 4 - კათოდური მიმდევარი, e - ხაზოვანი გამაძლიერებელი, 6 - ამპლიტუდის პულსის ანალიზატორი, 7 - ჩამწერი მოწყობილობა.

ZnS შეჩერებულია გამდნარ B 2 O 3-ში, ბორის შესაბამისი ნაერთები სინთეტიკურ სკინტილატორებში და კადმიუმის მეთილის ბორატის ან პროპიონატის ნარევები თხევადი სცინტილატორებით. თუ აუცილებელია z- გამოსხივების ეფექტის გამორიცხვა ნეიტრონების გაზომვებში, მაშინ იმ რეაქციებში, რომლებიც იწვევენ მძიმე ნაწილაკების ემისიას, ნაწილაკების ტიპებიდან გამომდინარე, სხვადასხვა სცინტილატორების სინათლის გამომუშავების ზემოაღნიშნული კავშირი უნდა იქნას გათვალისწინებული. ანგარიში.

სწრაფი ნეიტრონების აღმოჩენა ხდება წყალბადის შემცველ ნივთიერებებში წარმოქმნილი უკუპროტონების გამოყენებით. ვინაიდან წყალბადის მაღალი შემცველობა მხოლოდ ორგანულ სცინტილატორებშია, რთულია γ- გამოსხივების ეფექტის შემცირება ზემოაღნიშნული მიზეზების გამო. საუკეთესო შედეგები მიიღწევა, თუ უკუპროტონების წარმოქმნის პროცესი გამოყოფილია სცინტილატორის აგზნებისგან r-სხივებით. ამ შემთხვევაში, ამ უკანასკნელის ფენა უნდა იყოს თხელი, მისი სისქე განისაზღვრება უკუცემის პროტონების დიაპაზონით, რათა არსებითად შემცირდეს z- გამოსხივების გამოვლენის ალბათობა. ამ შემთხვევაში, სასურველია გამოიყენოს ZnS როგორც სცინტილატორი. ასევე შესაძლებელია დაფხვნილი ZnS შეჩერება წყალბადის შემცველ გამჭვირვალე ხელოვნურ ნივთიერებაში.

თითქმის შეუძლებელია სწრაფი ნეიტრონების ენერგეტიკული სპექტრის შესწავლა სცინტილატორების გამოყენებით. ეს აიხსნება იმით, რომ უკუპროტონების ენერგიას შეუძლია მიიღოს ყველანაირი მნიშვნელობა, ნეიტრონების მთლიან ენერგიამდე, იმისდა მიხედვით, თუ როგორ ხდება შეჯახება.

3) ელექტრონები, p-ნაწილაკები. რაც შეეხება გამოსხივების სხვა ტიპებს, ელექტრონების სცინტილატორის ენერგიის გარჩევადობა დამოკიდებულია სინათლის ენერგიასა და მაიონებელი ნაწილაკების მიერ სცინტილატორში გადაცემულ ენერგიაზე. ეს გამოწვეულია იმით, რომ მონოენერგეტიკული ინციდენტის ნაწილაკებით გამოწვეული იმპულსების სიდიდეების განაწილების მრუდის ნახევარი, სტატისტიკური რყევების გამო, პირველ მიახლოებაში, უკუპროპორციულია ამოვარდნილი ფოტოელექტრონების რაოდენობის კვადრატულ ფესვთან. PMT ფოტოკათოდიდან. ამჟამად გამოყენებული სცინტილატორებიდან NaJ 1 იძლევა პულსის უდიდეს ამპლიტუდას, ხოლო ორგანული სცინტილატორებისთვის - ანტრაცენი, რომელიც, სხვა თანაბარ პირობებში, იძლევა დაახლოებით ორჯერ უფრო მცირე ამპლიტუდის იმპულსებს, ვიდრე NaJ.

ვინაიდან ელექტრონების გაფანტვის ეფექტური ჯვარი სექციები მკვეთრად იზრდება ატომური რიცხვის მატებასთან ერთად, NaJ-ის გამოყენებისას, ყველა შემხვედრი ელექტრონების 80-90% კვლავ იფანტება კრისტალზე; ანტრაცენის გამოყენებისას ეს ეფექტი დაახლოებით 10%-ს აღწევს. გაფანტული ელექტრონები იწვევენ იმპულსებს, რომელთა სიდიდე ნაკლებია ელექტრონების მთლიანი ენერგიის შესაბამისი სიდიდეზე. შედეგად, ძალიან რთულია NaJ კრისტალებით მიღებული β სპექტრების რაოდენობრივი დადგენა. ამიტომ, β-სპექტროსკოპიისთვის ხშირად უფრო მიზანშეწონილია ორგანული სკინტილატორების გამოყენება, რომლებიც შედგება დაბალი ატომური რიცხვის ელემენტებისაგან.

უკან გაფანტვა ასევე შეიძლება შესუსტდეს შემდეგი მეთოდებით. ნივთიერება, რომლის β-გამოსხივება უნდა გამოკვლეული იყოს, ან ურევენ სცინტილატორს, თუ ის არ თრგუნავს ფლუორესცენტულ გამოსხივებას, ან მოთავსებულია სცინტილატორების ორ ზედაპირს შორის, რომელთა ფლუორესცენტური Iryny 1 Ienne მოქმედებს ფოტოკათოდზე, ან, ბოლოს, გამოიყენება სცინტილატორი. შიდა არხი, რომელშიც ის გადის რადიაციაში.

სინათლის ენერგიასა და რადიაციის მიერ სცინტილატორზე გადაცემულ ენერგიას შორის დამოკიდებულება NaJ-სთვის წრფივია. ყველა ორგანული სცინტილატორისთვის ეს თანაფარდობა მცირდება ელექტრონის დაბალი ენერგიების დროს. ეს არაწრფივიობა მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული სპექტრების რაოდენობრივი განსაზღვრისას.

4) რენტგენი და გამა გამოსხივება. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სცინტილატორთან ურთიერთქმედების პროცესი ძირითადად შედგება სამი ელემენტარული პროცესისგან.

ფოტოელექტრული ეფექტის დროს კვანტის ენერგია თითქმის მთლიანად გარდაიქმნება ფოტოელექტრონის კინეტიკურ ენერგიად და ფოტოელექტრონის მცირე დიაპაზონის გამო უმეტეს შემთხვევაში ის შთანთქავს სცინტილატორში. მეორადი კვანტი, რომელიც შეესაბამება ელექტრონის შეკავშირების ენერგიას, ან შთანთქავს სცინტილატორს ან ტოვებს მას.

კომპტონის ეფექტში კვანტური ენერგიის მხოლოდ ნაწილი გადადის ელექტრონზე, ეს ნაწილი დიდი ალბათობით შეიწოვება სცინტილატორში. გაფანტული ფოტონი, რომლის ენერგიაც კომპტონის ელექტრონის ენერგიის ტოლი რაოდენობით შემცირდა, არის. ასევე ან შეიწოვება სცინტილატორით ან ტოვებს მას.

წყვილების წარმოქმნის დროს პირველადი კვანტის ენერგია, წყვილის წარმოქმნის ენერგიას გამოკლებული, გადადის ამ წყვილის კინეტიკურ ენერგიაში და ძირითადად შთანთქავს სცინტილატორს. ელექტრონისა და პოზიტრონის განადგურების დროს წარმოქმნილი გამოსხივება შეიწოვება სცინტილატორში ან ტოვებს მას.

ამ პროცესებისთვის ეფექტური განივი მონაკვეთების ენერგეტიკული დამოკიდებულება ისეთია, რომ დაბალი ფოტონების ენერგიების დროს ძირითადად ხდება ფოტოელექტრული ეფექტი; 1.02 Mae ენერგიით დაწყებული, წყვილების წარმოქმნა შეიძლება შეინიშნოს, მაგრამ ამ პროცესის ალბათობა მნიშვნელოვან მნიშვნელობას აღწევს მხოლოდ მნიშვნელოვნად მაღალ ენერგიებზე. შუალედურ რეგიონში მთავარ როლს კომპტონის ეფექტი ასრულებს.

ატომური რიცხვის Z მატებასთან ერთად, ეფექტური ჯვარი სექციები ფოტოელექტრული ეფექტისა და წყვილების ფორმირებისთვის ბევრად უფრო ძლიერად იზრდება, ვიდრე კომპტონის ეფექტით. თუმცა, ამ შემთხვევაში, ელექტრონი გადადის:

1) ფოტოელექტრული ეფექტით, - გარდა კვანტის ენერგიისა, რომელიც უკვე პირველადი ეფექტის დროს იქცევა ელექტრონის ენერგიად, რჩება მხოლოდ ფოტოელექტრონის შეკვრის ენერგია, რომელიც შეესაბამება მეორად გამოსხივებას, რბილი და ადვილად შეიწოვება;

2) წყვილების ფორმირებაში - მხოლოდ ანიჰილაციის გამოსხივება დისკრეტული ცნობილი ენერგიით. კომპტონის ეფექტით, მეორადი ელექტრონებისა და გაფანტული კვანტების ენერგიას აქვს შესაძლო მნიშვნელობების ფართო სპექტრი. ვინაიდან, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, მეორადი კვანტები შეიძლება არ განიცდიან აბსორბციას და არ დატოვებს სცინტილატორს, სპექტრების ინტერპრეტაციის გასაადვილებლად, მიზანშეწონილია მაქსიმალურად შევიწროვოთ რეგიონი, რომელშიც კომჰტოჰჯის ეფექტი ჭარბობს დიდი H-ის მქონე სცინტილატორების არჩევით. მაგალითად, NaJ. გარდა ამისა, სინათლის ენერგიის თანაფარდობა NaJ-სთვის სცინტილატორზე გადაცემული ენერგიის თანაფარდობა პრაქტიკულად დამოუკიდებელია ელექტრონების ენერგიისგან, შესაბამისად, ყველა რთულ პროცესში, რომელშიც კვანტები შეიწოვება, გამოიყოფა სინათლის იგივე რაოდენობა. .ასეთი რთული პროცესები ხდება უფრო დიდი ალბათობით, რაც უფრო დიდია სცინტილატორის ზომა.

გამა სხივების შესუსტება ანტრაცენში, μ არის შესუსტების კოეფიციენტი; f არის ფოტოაბსორბციის კოეფიციენტი, a არის კომპტონის გაფანტვის კოეფიციენტი, p არის წყვილის ფორმირების კოეფიციენტი.

სცინტილაციის მრიცხველი,მოწყობილობა ბირთვული გამოსხივებისა და ელემენტარული ნაწილაკების (პროტონები, ნეიტრონები, ელექტრონები, გ-კვანტები, მეზონები და ა. ფოტომულტიპლიკატორი (FEU). ვიზუალური დაკვირვება სინათლის ციმციმებზე (სინტილაციაზე) მაიონებელი ნაწილაკების (α-ნაწილაკები, ბირთვული დაშლის ფრაგმენტები) მოქმედების ქვეშ იყო მე-20 საუკუნის დასაწყისში ბირთვული ფიზიკის მთავარი მეთოდი. (სმ. სპინტარისკოპი ). მოგვიანებით ს. მთლიანად გააძევეს იონიზაციის კამერები და პროპორციული მრიცხველები. მისი დაბრუნება ბირთვულ ფიზიკაში მოხდა 1940-იანი წლების ბოლოს, როდესაც მრავალსაფეხურიანი PMT მაღალი მომატებით გამოიყენებოდა ცინტილაციების გამოსავლენად, რომლებსაც შეეძლოთ გამოეჩინათ უკიდურესად სუსტი სინათლის ციმციმები.

ს-ის მოქმედების პრინციპი. შედგება შემდეგი: დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც გადის სცინტილატორში, ატომებისა და მოლეკულების იონიზაციასთან ერთად აღაგზნებს მათ. ატომები აუზიანებელ (ძირითადი) მდგომარეობაში დაბრუნებისას ასხივებენ ფოტონებს (იხ. ლუმინესცენცია ). PMT კათოდზე მოხვედრილი ფოტონები ელექტრონებს აკუტებენ (იხ. ფოტოელექტრონული ემისია ), შედეგად, PMT ანოდზე ჩნდება ელექტრული პულსი, რომელიც შემდგომში გაძლიერდება და ჩაიწერება (იხ. ბრინჯი. ). ნეიტრალური ნაწილაკების (ნეიტრონები, გ-კვანტები) გამოვლენა ხდება მეორადი დამუხტული ნაწილაკებით, რომლებიც წარმოიქმნება ნეიტრონების და გ-კვანტების სცინტილატორ ატომებთან ურთიერთქმედების დროს.

სცინტილატორად გამოიყენება სხვადასხვა ნივთიერებები (მყარი, თხევადი, აირისებრი). ფართოდ გამოიყენება პლასტმასები, რომლებიც ადვილად იწარმოება, მუშავდება და აძლევს ინტენსიურ ბზინვარებას. სცინტილატორის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია აღმოჩენილი ნაწილაკების ენერგიის წილი, რომელიც გარდაიქმნება სინათლის ენერგიად (კონვერტაციის ეფექტურობა h). კრისტალურ სკინტილატორებს აქვთ ყველაზე მაღალი h მნიშვნელობები: NaI, გააქტიურებული Tl, ანტრაცენი და ZnS. Dr. მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ნათების დრო t, რომელიც განისაზღვრება აღგზნებულ დონეზე სიცოცხლის ხანგრძლივობით. ნაწილაკების გავლის შემდეგ ბრწყინვალების ინტენსივობა იცვლება ექსპონენტურად: , სადაც მე 0 - საწყისი ინტენსივობა. სცინტილატორთა უმეტესობისთვის t დევს 10–9 - 10–5 დიაპაზონში წმ.პლასტმასებს აქვს ხანმოკლე ნათების დრო (ცხრილი 1). რაც უფრო მცირეა t, მით უფრო სწრაფად შეიძლება გაკეთდეს S.

იმისათვის, რომ სინათლის ციმციმა დარეგისტრირდეს PMT-ით, აუცილებელია, რომ სცინტილატორის ემისიის სპექტრი ემთხვეოდეს PMT ფოტოკათოდის მგრძნობელობის სპექტრულ რეგიონს, ხოლო სცინტილატორის მასალა გამჭვირვალე უნდა იყოს საკუთარი გამოსხივებისთვის. რეგისტრაციისთვის ნელი ნეიტრონები Li ან B ემატება სცინტილატორს. სწრაფი ნეიტრონების აღმოჩენა ხდება წყალბადის შემცველი სკინტილატორების გამოყენებით (იხ. ნეიტრონული დეტექტორები ). g-კვანტების და მაღალი ენერგიის ელექტრონების სპექტრომეტრიისთვის გამოიყენება Nal (Tl), რომელსაც აქვს მაღალი სიმკვრივე და მაღალი ეფექტური ატომური რიცხვი (იხ. გამა გამოსხივება ).

ს.ს. მზადდება სხვადასხვა ზომის სკინტილატორებით - 1-2-დან მმ 3-დან 1-2-მდე მ 3 . იმისათვის, რომ არ "დაკარგოს" გამოსხივებული შუქი, საჭიროა კარგი კონტაქტი PMT-სა და სცინტილატორს შორის. ს-ში ერთად. პატარა სკინტილატორი პირდაპირ არის დამაგრებული PMT ფოტოკათოდზე. ყველა სხვა მხარე დაფარულია ამრეკლავი მასალის ფენით (მაგალითად, MgO, TiO 2). ს-ში ერთად. დიდი ზომის გამოყენება მსუბუქი გიდები (ჩვეულებრივ გაპრიალებული ორგანული მინა).

PMT-ებს, რომლებიც განკუთვნილია S. s.-სთვის უნდა ჰქონდეს მაღალი ფოტოკათოდური ეფექტურობა (2,5%-მდე), მაღალი მომატება (10 8 -10 8), ელექტრონის შეგროვების მოკლე დრო (10 -8). წმ) ამ დროის მაღალ სტაბილურობაში. ეს უკანასკნელი შესაძლებელს ხდის გადაწყვეტილების მიღწევას დროში ს. 10-9 ფუნტი წმ. PMT-ის მაღალი მომატება, შინაგანი ხმაურის დაბალ დონესთან ერთად, შესაძლებელს ხდის ფოტოკათოდიდან ამოვარდნილი ცალკეული ელექტრონების აღმოჩენას. PMT ანოდზე სიგნალი შეიძლება მიაღწიოს 100-ს in.

ჩანართი 1. - ზოგიერთი მყარი და თხევადი სკინტილატორის მახასიათებლები,

გამოიყენება სცინტილაციის მრიცხველებში

ნივთიერება	სიმკვრივე, გ/სმ 3	ნათების დრო, t, 10 -9 წმ.	კონვერტაციის ეფექტურობა სთ, % (ელექტრონებისთვის)
კრისტალები
ანტრაცენი C 14 H 10
სტილბენი C 14 H 12



სითხეები
გამოსავალი რ-ტერფენილი ქსილენში (5 გ/ლ) POPOP 1-ის დამატებით (0,1 გ/ლ)
გამოსავალი რ-ტერფენილი ტოლუოლში (4 გ/ლ) POPOP-ის დამატებით (0.1 გ/ლ)
პლასტმასები
პოლისტირონი დამატებით რ-ტერფენილი (0,9%) და a-NPO 2 (0,05% წონით)
პოლივინილტოლუენი 3.4% დამატებით რ-ტერფენილი და 0.1 wt% POPOP

1 POPOP - 1,4-დი--ბენზოლი. 2 NPO - 2-(1-ნაფთილ)-5-ფენილოქსაზოლი.

ს-ის უპირატესობები: სხვადასხვა ნაწილაკების აღრიცხვის მაღალი ეფექტურობა (პრაქტიკულად 100%); სიჩქარე; სხვადასხვა ზომის და კონფიგურაციის სკინტილატორების დამზადების შესაძლებლობა; მაღალი საიმედოობა და შედარებით დაბალი ღირებულება. ამ თვისებების წყალობით ს. ფართოდ გამოიყენება ბირთვულ ფიზიკაში, ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში და კოსმოსური სხივები, ინდუსტრიაში (რადიაციული კონტროლი), დოზიმეტრია, რადიომეტრია, გეოლოგია, მედიცინა და ა.შ. S.S.-ის უარყოფითი მხარეები: დაბალი მგრძნობელობა დაბალი ენერგიის ნაწილაკების მიმართ (£ 1 კევ), დაბალი ენერგიის გარჩევადობა (იხ. სცინტილაციის სპექტრომეტრი ).

დაბალი ენერგიის დამუხტული ნაწილაკების შესწავლა (< 0,1 მევ) და ბირთვული დაშლის ფრაგმენტები, აირები გამოიყენება როგორც სკინტილატორები (ცხრილი 2). გაზებს აქვთ სიგნალის სიდიდის ხაზოვანი დამოკიდებულება ნაწილაკების ენერგიაზე ენერგიების ფართო დიაპაზონში, სწრაფი რეაგირება და უნარი შეცვალონ გაჩერების ძალა წნევის შეცვლით. გარდა ამისა, წყარო შეიძლება შევიდეს გაზის სკინტილატორის მოცულობაში. თუმცა, გაზის სცინტილატორებს სჭირდებათ გაზის მაღალი სისუფთავე და სპეციალური PMT კვარცის ფანჯრებით (გამოსხივებული სინათლის მნიშვნელოვანი ნაწილი ულტრაიისფერ რეგიონშია).

ჩანართი 2. - ზოგიერთი აირის მახასიათებლები, რომლებიც გამოიყენება როგორც

სცინტილატორები სცინტილაციის მრიცხველებში (740 წნევით მმ

რტ. Ხელოვნება.,ენერგიის მქონე a-ნაწილაკებისთვის 4.7 მევ)

განათების დრო t,	ტალღის სიგრძე სპექტრის მაქსიმუმზე,	კონვერტაციის ეფექტურობა n, %



3×10 -9

ნათ.: Birke J., Scintillation counters, trans. ინგლისურიდან, მ., 1955; კალაშნიკოვა ვ.ი., კოზოდაევი მ.ს., ელემენტარული ნაწილაკების დეტექტორები, წიგნში: ბირთვული ფიზიკის ექსპერიმენტული მეთოდები, მ., 1966; Ritson D., ექსპერიმენტული მეთოდები მაღალი ენერგიის ფიზიკაში, ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1964 წ.

დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია მ.: „საბჭოთა ენციკლოპედია“, 1969-1978 წწ.

- როგორ მუშაობს სცინტილაციის მრიცხველი

- სცინტილატორები

- ფოტომამრავლები

- სცინტილაციის მრიცხველების დიზაინი

- სცინტილაციის მრიცხველების თვისებები

- სცინტილაციის მრიცხველების გამოყენების მაგალითები

- გამოყენებული ლიტერატურის სია

სცინტილაციის მრიცხველები

შემდგომში ცინტილაციის ვიზუალური მეთოდი გამოიყენებოდა ძირითადად a-ნაწილაკებისა და პროტონების გამოსავლენად რამდენიმე მილიონი ელექტრონ ვოლტის ენერგიით. შეუძლებელი იყო ინდივიდუალური სწრაფი ელექტრონების დარეგისტრირება, რადგან ისინი იწვევენ ძალიან სუსტ ცინტილაციებს. ზოგჯერ, როდესაც თუთიის სულფიდის ეკრანი ელექტრონებით იყო დასხივებული, შესაძლებელი იყო ციმციმები დაკვირვება, მაგრამ ეს მოხდა მხოლოდ მაშინ, როდესაც ელექტრონების საკმარისად დიდი რაოდენობა ერთდროულად მოხვდა თუთიის სულფიდის კრისტალზე.

ვიზუალური სცინტილაციის მეთოდი შესაძლებელს ხდის ნაწილაკების ძალიან მცირე რაოდენობის აღრიცხვას დროის ერთეულზე. სცინტილაციების დათვლის საუკეთესო პირობები მიიღება, როდესაც მათი რიცხვი წუთში 20-დან 40-მდეა. რა თქმა უნდა, სცინტილაციის მეთოდი სუბიექტურია და შედეგები გარკვეულწილად დამოკიდებულია ექსპერიმენტატორის ინდივიდუალურ თვისებებზე.

მიუხედავად მისი ნაკლოვანებებისა, ვიზუალური ცინტილაციის მეთოდმა უზარმაზარი როლი ითამაშა ბირთვული და ატომური ფიზიკის განვითარებაში. რეზერფორდმა ის გამოიყენა a-ნაწილაკების დასარეგისტრირებლად, რადგან ისინი გაფანტული იყო ატომებით. სწორედ ამ ექსპერიმენტებმა მიიყვანა რეზერფორდმა ბირთვის აღმოჩენამდე. პირველად ვიზუალურმა მეთოდმა შესაძლებელი გახადა აზოტის ბირთვებიდან ამოვარდნილი სწრაფი პროტონების აღმოჩენა a-ნაწილაკებით დაბომბვისას, ე.ი. ბირთვის პირველი ხელოვნური გაყოფა.

ვიზუალური სცინტილაციის მეთოდს დიდი მნიშვნელობა ჰქონდა 1930-იან წლებამდე, სანამ ბირთვული გამოსხივების აღმოჩენის ახალი მეთოდების გამოჩენამ ის გარკვეული დროით დავიწყებას მიაღწია. სცინტილაციის რეგისტრაციის მეთოდი ახლებურად გაცოცხლდა 1940-იანი წლების ბოლოს. ამ დროისთვის შემუშავებული იყო ფოტოგამრავლების მილები (PMTs), რომლებმაც შესაძლებელი გახადეს სინათლის ძალიან სუსტი ციმციმები აღრიცხვა. შეიქმნა სცინტილაციური მრიცხველები, რომელთა დახმარებით შესაძლებელია ვიზუალურ მეთოდთან შედარებით დათვლის სიჩქარის 108-ჯერ და კიდევ უფრო გაზრდა, ასევე შესაძლებელია დარეგისტრირება და ანალიზი ენერგეტიკული თვალსაზრისით როგორც დამუხტული ნაწილაკების, ასევე. ნეიტრონები და გ-სხივები.

§ 1. სკინტილაციის მრიცხველის მუშაობის პრინციპი

სცინტილაციის მრიცხველი არის სცინტილატორის (ფოსფორის) და ფოტოგამრავლების მილის (PMT) კომბინაცია. მრიცხველის ნაკრები ასევე შეიცავს PMT კვების წყაროს და რადიო აღჭურვილობას, რომელიც უზრუნველყოფს PMT პულსების გაძლიერებას და რეგისტრაციას. ზოგჯერ ფოსფორის შერწყმა ფოტომულტიპლიკატორთან წარმოიქმნება სპეციალური ოპტიკური სისტემის მეშვეობით (მსუბუქი სახელმძღვანელო).

სცინტილაციის მრიცხველის მუშაობის პრინციპი ასეთია. დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც შედის სცინტილატორში, წარმოქმნის მისი მოლეკულების იონიზაციას და აგზნებას, რაც ძალიან მოკლე დროში (10 -6 - 10 -9 წმ ) გადადის სტაბილურ მდგომარეობაში ფოტონების გამოსხივებით. არის სინათლის ციმციმი (სცინტილაცია). ზოგიერთი ფოტონი მოხვდა PMT-ის ფოტოკათოდში და არღვევს მისგან ფოტოელექტრონებს. ეს უკანასკნელი, PMT-ზე გამოყენებული ძაბვის მოქმედებით, ფოკუსირებულია და მიმართულია ელექტრონის მულტიპლიკატორის პირველ ელექტროდზე (დინოდზე). გარდა ამისა, მეორადი ელექტრონების გამოსხივების შედეგად, ელექტრონების რაოდენობა ზვავის მსგავსად იზრდება და PMT გამომავალზე ჩნდება ძაბვის პულსი, რომელიც შემდეგ ძლიერდება და ჩაიწერება რადიო მოწყობილობით.

როგორც ფოსფორი გამოიყენება:

ორგანული კრისტალები,

თხევადი ორგანული სკინტილატორები,

მყარი პლასტმასის სკინტილატორები,

გაზის სკინტილატორები.

სცინტილატორების ძირითადი მახასიათებლებია: სინათლის გამომუშავება, რადიაციის სპექტრული შემადგენლობა და ცინტილაციის ხანგრძლივობა.

სადაც - გამომავალი ფოტონების საშუალო რაოდენობა, - საშუალო ფოტონის ენერგია. თითოეული სცინტილატორი ასხივებს არა მონოენერგიულ კვანტებს, არამედ ამ სცინტილატორისთვის დამახასიათებელ უწყვეტ სპექტრს.

სადაც მე 0 - სცინტილაციის ინტენსივობის მაქსიმალური მნიშვნელობა; ტ 0 - დაშლის დროის მუდმივი, განისაზღვრება, როგორც დრო, რომლის დროსაც სცინტილაციის ინტენსივობა მცირდება ეერთხელ.

სად არის სცინტილაციის პროცესში გამოსხივებული ფოტონების საერთო რაოდენობა.

ფოსფორის ლუმინესცენციის (ნათების) პროცესები იყოფა ორ ტიპად: ფლუორესცენცია და ფოსფორესცენცია. თუ ციმციმა ხდება უშუალოდ აგზნების დროს ან 10 -8 რიგის დროის ინტერვალის დროს წამი,პროცესს ფლუორესცენცია ეწოდება. ინტერვალი 10 -8 წმარჩეულია იმიტომ, რომ სიდიდის მიხედვით უდრის ატომის სიცოცხლეს აღგზნებულ მდგომარეობაში ეგრეთ წოდებული დაშვებული გადასვლებისთვის.

ფოსფორესცენცია გაგებულია, როგორც ლუმინესცენცია, რომელიც გრძელდება აგზნების შეწყვეტის შემდეგ საკმაოდ დიდი ხნის განმავლობაში. მაგრამ ფლუორესცენციასა და ფოსფორესცენციას შორის მთავარი განსხვავება არ არის შემდგომი შუქის ხანგრძლივობა. კრისტალური ფოსფორების ფოსფორესცენცია წარმოიქმნება აგზნების დროს წარმოქმნილი ელექტრონებისა და ხვრელების რეკომბინაციის შედეგად. ზოგიერთ კრისტალში შემდგომი ბზინვარება შეიძლება გახანგრძლივდეს იმის გამო, რომ ელექტრონები და ხვრელები იჭერენ „ხაფანგებს“, საიდანაც მათი განთავისუფლება შესაძლებელია მხოლოდ დამატებითი საჭირო ენერგიის მიღების შემდეგ. აქედან გამომდინარე, აშკარაა ფოსფორესცენციის ხანგრძლივობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. რთული ორგანული მოლეკულების შემთხვევაში, ფოსფორესცენცია დაკავშირებულია მათ არსებობასთან მეტასტაბილურ მდგომარეობაში, საიდანაც ძირითად მდგომარეობაში გადასვლის ალბათობა შეიძლება იყოს მცირე. და ამ შემთხვევაში, შეინიშნება ფოსფორესცენციის დაშლის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე.

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის ტრენინგი

მოქმედების პრინციპი და ფარგლები

ᲓᲐᲙᲐᲕᲨᲘᲠᲔᲑᲣᲚᲘ ᲡᲢᲐᲢᲘᲔᲑᲘ