Základné zariadenie scintilačného počítača je pomerne jednoduché. Rádioaktívna častica narazí na scintilátor, v dôsledku čoho jej molekuly prechádzajú do excitovaného stavu. Následne ich návrat na hlavnú energetický stav sprevádzaná emisiou fotónu, ktorá je registrovaná detektorom. Počet zábleskov (scintilácií) je teda úmerný počtu absorbovaných rádioaktívnych častíc. Meraná intenzita fotónové žiarenie potom sa premení na intenzitu žiarenia rádioaktívnych častíc.

Scintilačné počítadlá sú alternatívou k prístrojom s Geiger-Mullerovými počítadlami, pričom oproti posledne menovaným majú množstvo významných výhod. Účinnosť registrácie gama žiarenia s ich pomocou dosahuje 100%. To však nie je to najdôležitejšie. Hlavná vec je, že s ich pomocou môžete zaregistrovať beta a dokonca aj alfa žiarenie. Ako je známe, častice alfa, vyjadrené v podmienkach jadrovej fyziky, sú ťažké, ich dosah aj vo vzduchu je len centimetre a list obyčajného papiera položený im v ceste ich úplne pohltí. Samozrejme, že registrácia takýchto častíc pomocou plynovej výbojky neprichádza do úvahy, cez jej steny tieto častice jednoducho nepreniknú. Kvapalné scintilačné počítadlá, kvapalné scintilačné prístroje, prichádzajú na pomoc. Rádioaktívna vzorka sa zavedie do kyvety s roztokom scintilátora a potom sa vloží do počítadla. V takejto situácii sa rádioaktívna častica, ktorá opúšťa molekulu skúmanej vzorky, okamžite zrazí s molekulami scintilátora, ktoré ju obklopujú, a potom so všetkým, čo je opísané vyššie.

Scintilačné čítače sú široko používané v medicíne a rádiobiológii. Najpopulárnejšie na celom svete sú zariadenia od amerických výrobcov Beckman Coulter a Perkin Elmer.

Na našom portáli nájdete scintilačné počítadlá od výhodná cena. Ak v kategórii medzi "Ponuky od jednotlivcov" nenájdete požadovaný inzerát, pozrite si rovnakú kategóriu v sekcii "Ponuky firiem" alebo začnite hľadať pomocou .

- Ako funguje scintilačný počítač

- Scintilátory

- Fotonásobiče

- Návrhy scintilačných čítačov

- Vlastnosti scintilačných počítačov

- Príklady použitia scintilačných počítačov

- Zoznam použitej literatúry

SCINTILAČNÉ ČÍTAČE

Metóda detekcie nabitých častíc počítaním svetelných zábleskov, ku ktorým dochádza, keď tieto častice zasiahnu sito sulfidu zinočnatého (ZnS), je jednou z prvých metód detekcie jadrového žiarenia.

Už v roku 1903 Crookes a ďalší ukázali, že ak sa cez zväčšovacie sklo v tmavej miestnosti pozerá na obrazovku sulfidu zinočnatého ožiareného a-časticami, potom na nej možno zaznamenať výskyt jednotlivých krátkodobých zábleskov svetla - scintilácií . Zistilo sa, že každá z týchto scintilácií je vytvorená samostatnou a-časticou dopadajúc na obrazovku. Crookes zostrojil jednoduché zariadenie s názvom Crookes spinthariscope, určené na počítanie a-častíc.

Metóda vizuálnej scintilácie sa následne využívala najmä na detekciu a-častíc a protónov s energiou niekoľkých miliónov elektrónvoltov. Nebolo možné zaregistrovať jednotlivé rýchle elektróny, pretože spôsobujú veľmi slabé scintilácie. Niekedy, keď bola clona zo sulfidu zinočnatého ožiarená elektrónmi, bolo možné pozorovať záblesky, ale stalo sa to len vtedy, keď veľké číslo elektróny.

Gama lúče nespôsobujú žiadne záblesky na obrazovke, vytvárajú len všeobecnú žiaru. To umožňuje detekovať a-častice v prítomnosti silného g-žiarenia.

Vizuálna scintilačná metóda umožňuje registrovať veľmi malý počet častíc za jednotku času. Najlepšie podmienky na počítanie scintilácií sa získajú, keď ich počet leží medzi 20 a 40 za minútu. Samozrejme, scintilačná metóda je subjektívna a výsledky do určitej miery závisia individuálne kvality experimentátor.

Napriek svojim nedostatkom zohrala úlohu metóda vizuálnej scintilácie obrovskú úlohu vo vývoji jadrovej a atómovej fyziky. Rutherford ho použil na registráciu a-častíc, keď boli rozptýlené atómami. Práve tieto experimenty viedli Rutherforda k objavu jadra. Vizuálna metóda po prvýkrát umožnila odhaliť rýchle protóny vyradené z jadier dusíka pri bombardovaní a-časticami, t.j. prvé umelé štiepenie jadra.

Vizuálna scintilačná metóda mala veľký význam až do tridsiatych rokov, keď vznik nových metód zaznamenávania jadrového žiarenia dal na nejaký čas zabudnúť. Metóda scintilačnej registrácie bola obnovená koncom štyridsiatych rokov XX storočia nový základ. V tom čase už boli vyvinuté fotonásobiče (PMT), ktoré umožňovali registrovať veľmi slabé záblesky svetla. Boli vytvorené scintilačné čítače, pomocou ktorých je možné zvýšiť rýchlosť počítania o 108 alebo aj viackrát v porovnaní s vizuálna metóda a je tiež možné registrovať a analyzovať z hľadiska energie nabité častice a neutróny a g-lúče.

§ 1. Princíp činnosti scintilačného počítača

Scintilačný počítač je kombináciou scintilátora (fosfor) a fotonásobiča (PMT). Súprava počítadla obsahuje aj napájací zdroj PMT a rádiové zariadenie, ktoré zabezpečuje zosilnenie a registráciu impulzov PMT. Niekedy sa kombinácia fosforu s PMT vyrába cez špeciálne optický systém(svetlovod).

Princíp činnosti scintilačného čítača je nasledujúci. Nabitá častica vstupujúca do scintilátora vyvoláva ionizáciu a excitáciu svojich molekúl, ktoré po veľmi krátky čas (10-6- 10-9 sek ) prejsť do stabilného stavu emitovaním fotónov. Dochádza k záblesku svetla (scintilácia). Niektoré z fotónov dopadnú na fotokatódu PMT a vyradia z nej fotoelektróny. Tie sú pôsobením napätia aplikovaného na PMT zaostrené a nasmerované na prvú elektródu (dynódu) elektrónového multiplikátora. Ďalej v dôsledku emisie sekundárnych elektrónov sa počet elektrónov lavíne zvyšuje a na výstupe PMT sa objaví napäťový impulz, ktorý je potom zosilnený a zaznamenaný rádiovým zariadením.

Amplitúda a trvanie výstupného impulzu sú určené vlastnosťami scintilátora aj PMT.

Ako fosfor sa používa:

organické kryštály,

Kvapalné organické scintilátory,

scintilátory z tvrdého plastu,

plynové scintilátory.

Hlavné charakteristiky scintilátorov sú: svetelný výkon, spektrálne zloženiežiarenie a trvanie scintilácií.

Keď nabitá častica prechádza cez scintilátor, vzniká v ňom určitý počet fotónov s jednou alebo druhou energiou. Niektoré z týchto fotónov budú absorbované v objeme samotného scintilátora a namiesto toho budú emitované iné fotóny s o niečo nižšou energiou. V dôsledku reabsorpčných procesov budú vychádzať fotóny, ktorých spektrum je charakteristické pre daný scintilátor.

Svetelný výkon alebo účinnosť konverzie scintilátora c je pomer energie svetelného záblesku , ísť von, do množstva energie E nabitá častica stratená v scintilátore

kde - priemerný počet zhasnutých fotónov, - priemerná energia fotóny. Každý scintilátor nevyžaruje monoenergetické kvantá, ale spojité spektrum charakteristické pre tento scintilátor.

Je veľmi dôležité, aby sa spektrum fotónov vychádzajúcich zo scintilátora zhodovalo alebo aspoň čiastočne prekrývalo so spektrálnou charakteristikou fotonásobiča.

Stupeň prekrytia vonkajšieho scintilačného spektra so spektrálnou odozvou. tohto PMT je určený párovacím koeficientom

kde je vonkajšie spektrum scintilátora alebo spektrum fotónov vychádzajúcich zo scintilátora. V praxi sa pri porovnávaní scintilátorov kombinovaných s údajmi PMT zavádza pojem scintilačnej účinnosti, ktorý je určený nasledujúcim výrazom:

kde ja 0 - maximálna hodnota intenzity scintilácie; t - časová konštanta rozpadu, definovaná ako čas, počas ktorého intenzita scintilácie klesá v e raz.

Počet svetelných fotónov n , emitované v priebehu času t po zásahu detekovanej častice, je vyjadrená vzorcom

kde - celkový počet fotóny emitované počas scintilačného procesu.

Procesy luminiscencie (žiara) fosforu sú rozdelené do dvoch typov: fluorescencia a fosforescencia. Ak k blikaniu dôjde priamo počas budenia alebo počas časového úseku rádovo 10-8 sek, proces sa nazýva fluorescencia. Interval 10-8 sek zvolený, pretože sa rádovo rovná životnosti atómu v excitovanom stave pre takzvané povolené prechody.

Hoci spektrá a trvanie fluorescencie nezávisia od typu excitácie, výťažok fluorescencie v podstate závisí od nej. Keď je teda kryštál excitovaný a-časticami, výťažok fluorescencie je takmer o rád nižší, ako keď je fotoexcitovaný.

Fosforescencia sa chápe ako luminiscencia, ktorá pokračuje ešte značnú dobu po ukončení excitácie. Hlavným rozdielom medzi fluorescenciou a fosforescenciou však nie je trvanie dosvitu. Fosforescencia kryštálových fosforov vzniká rekombináciou elektrónov a dier, ktoré vznikli pri excitácii. V niektorých kryštáloch sa môže dosvit predĺžiť vďaka tomu, že elektróny a diery sú zachytené „pascami“, z ktorých sa môžu uvoľniť až po prijatí ďalšej energie. potrebnú energiu. Závislosť trvania fosforescencie od teploty je teda zrejmá. V prípade komplexu organické molekuly fosforescencia je spojená s ich prítomnosťou v metastabilnom stave, pričom pravdepodobnosť prechodu z ktorého do základného stavu môže byť malá. A v tomto prípade bude pozorovaná závislosť rýchlosti rozpadu fosforescencie od teploty.

§ 2. Scintilátory

Anorganické scintilátory . Anorganické scintilátory sú kryštály anorganické soli. Praktické využitie v scintilačnej technike majú hlavne halogénové zlúčeniny niektorých alkalických kovov.

Proces tvorby scintilácie možno znázorniť pomocou zónová teória pevné telo. V samostatnom atóme, ktorý neinteraguje s ostatnými, sú elektróny umiestnené na dobre definovaných diskrétnych energetické hladiny. V pevnej látke sú atómy v tesnej blízkosti a ich interakcia je dosť silná. Vďaka tejto interakcii sú úrovne vonkajšieho elektrónové obaly rozdeľujú a tvoria zóny navzájom oddelené medzerami v pásme. Najvzdialenejší povolený pás naplnený elektrónmi je valenčný pás. Nad ním je voľná zóna - vodivý pás. Medzi valenčným pásom a vodivým pásom je zakázané pásmo, ktorého energetická šírka je niekoľko elektrónvoltov.

Ak kryštál obsahuje nejaké defekty, poruchy mriežky alebo atómy nečistôt, potom je v tomto prípade možný výskyt energetických elektronických úrovní umiestnených v zakázanom pásme. Pri vonkajšom pôsobení, napríklad keď rýchlo nabitá častica prechádza kryštálom, môžu elektróny prechádzať z valenčného pásma do vodivého pásma. Zostane vo valenčnom pásme voľných pracovných miest, ktoré majú vlastnosti kladne nabitých častíc s jednotkovým nábojom a nazývajú sa diery.

Opísaný proces je procesom excitácie kryštálu. Reverzným prechodom elektrónov z vodivého pásma do valenčného pásma dochádza k odstráneniu excitácie a dochádza k odporúčaniu elektrónov a dier. V mnohých kryštáloch dochádza k prechodu elektrónu z vodivého pásma do valenčného pásma cez medziľahlé luminiscenčné centrá, ktorých hladiny sú v zakázanom páse. Tieto centrá sú spôsobené prítomnosťou defektov alebo atómov nečistôt v kryštáli. Pri prechode elektrónov v dvoch stupňoch sú fotóny emitované s energiou menšou ako je zakázané pásmo. Pre takéto fotóny je pravdepodobnosť absorpcie v samotnom kryštáli malá, a preto je svetelný výkon pre ne oveľa väčší ako pre čistý, nedopovaný kryštál.

V praxi sa na zvýšenie svetelného výkonu anorganických scintilátorov zavádzajú špeciálne nečistoty iných prvkov, nazývané aktivátory. Napríklad tálium sa zavádza ako aktivátor do kryštálu jodidu sodného. Scintilátor na báze kryštálu NaJ(Tl) má vysoký svetelný výkon. NaJ(Tl) scintilátor má oproti počítadlám plneným plynom významné výhody:

väčšiu efektivitu registrácia g-lúčov (pri veľkých kryštáloch môže účinnosť registrácie dosiahnuť desiatky percent);

krátke trvanie scintilácie (2,5 10-7 sekúnd);

lineárne spojenie medzi amplitúdou impulzu a množstvom energie stratenej nabitou časticou.

Posledná vlastnosť potrebuje nejaké vysvetlenie. Svetelný výkon scintilátora do určitej miery závisí od špecifickej straty energie nabitej častice.

Vo veľmi veľké množstvá sú možné významné porušenia. kryštálová mriežka scintilátor, čo vedie k vzniku miestnych zhášacích centier. Táto okolnosť môže viesť k relatívnemu zníženiu svetelného výkonu. Experimentálne fakty skutočne naznačujú, že pre ťažké častice je výťažok nelineárny a lineárna závislosť sa začína prejavovať až s energiou niekoľkých miliónov elektrónvoltov. Obrázok 1 znázorňuje krivky závislosti E: krivka 1 pre elektróny, krivka 2 pre častice.

Okrem uvedených alkalických halogenidových scintilátorov sa niekedy používajú aj iné anorganické kryštály: ZnS (Tl), CsJ (Tl), CdS (Ag), CaWO4, CdWO4 atď.

Organické kryštalické scintilátory. Molekulárne väzbové sily v organických kryštáloch sú malé v porovnaní so silami pôsobiacimi v anorganických kryštáloch. Preto interagujúce molekuly prakticky nerušia energiu elektronické úrovne navzájom a proces luminiscencie organického kryštálu je proces charakteristický pre jednotlivé molekuly. V základnom elektronickom stave ich má molekula niekoľko vibračné úrovne. Pod vplyvom detekovaného žiarenia molekula prechádza do excitovaného elektronický štát, čomu zodpovedajú aj viaceré vibračné úrovne. Je tiež možná ionizácia a disociácia molekúl. V dôsledku rekombinácie ionizovanej molekuly sa zvyčajne tvorí v excitovanom stave. Na začiatku excitovaná molekula môže byť zapnuté vysoké úrovne vzrušenia a po krátkom čase (~10-11 sek) emituje vysokoenergetický fotón. Tento fotón je absorbovaný inou molekulou a časť excitačnej energie tejto molekuly sa môže minúť tepelný pohyb a následne vyžiarený fotón bude mať nižšiu energiu ako predchádzajúci. Po niekoľkých cykloch emisie a absorpcie sa vytvoria molekuly, ktoré sú na prvej excitovanej úrovni; vyžarujú fotóny, ktorých energia už môže byť nedostatočná na excitáciu iných molekúl a tým bude kryštál transparentný pre vznikajúce žiarenie.

Ryža. 2. Závislosť svetelného výkonu

antracén z energie na rôzne častice.

Vďaka väčšina excitačná energia sa vynakladá na tepelný pohyb, svetelný výkon (účinnosť konverzie) kryštálu je relatívne malý a predstavuje niekoľko percent.

Na registráciu jadrového žiarenia sa najčastejšie používajú tieto organické kryštály: antracén, stilbén, naftalén. Antracén má pomerne vysoký svetelný výkon (~ 4 %) a krátky čas žiary (3 10-8 sek). Ale pri registrácii ťažkých nabitých častíc sa lineárna závislosť intenzity scintilácie pozoruje len pri pomerne vysokých energiíčastice.

Na obr. Obrázok 2 znázorňuje grafy závislosti svetelného výkonu c (v ľubovoľných jednotkách) od energie elektrónov 1, protónov 2 , deuteróny 3 a a-častice 4 .

Stilbene má síce o niečo nižší svetelný výkon ako antracén, ale trvanie scintilácie je oveľa kratšie (7 10-9 sek), než antracén, čo umožňuje jeho použitie v tých experimentoch, kde je potrebná registrácia veľmi intenzívneho žiarenia.

plastové scintilátory. Plastové scintilátory sú tuhé roztoky fluorescenčných organických zlúčenín vo vhodnej transparentnej látke. Napríklad roztoky antracénu alebo stilbénu v polystyréne alebo plexiskle. Koncentrácie rozpustenej fluorescenčnej látky sú zvyčajne nízke, niekoľko desatín percenta alebo niekoľko percent.

Pretože je tam oveľa viac rozpúšťadla ako rozpustený scintilátor, potom, samozrejme, registrovaná častica produkuje hlavne excitáciu molekúl rozpúšťadla. Excitačná energia sa následne prenáša na molekuly scintilátora. Je zrejmé, že emisné spektrum rozpúšťadla musí byť tvrdšie ako absorpčné spektrum rozpustenej látky, príp najmenej zápas s ním. Experimentálne fakty ukazujú, že excitačná energia rozpúšťadla sa prenáša na molekuly scintilátora v dôsledku fotónového mechanizmu, t.j. molekuly rozpúšťadla emitujú fotóny, ktoré sú potom absorbované molekulami rozpustenej látky. Je možný aj iný mechanizmus prenosu energie. Pretože koncentrácia scintilátora je nízka, roztok je prakticky transparentný pre výsledné žiarenie scintilátora.

Plastové scintilátory majú oproti organickým kryštalickým scintilátorom významné výhody:

Schopnosť vyrábať scintilátory je veľmi dobrá veľké veľkosti;

Možnosť zavedenia spektrálnych mixérov do scintilátora na dosiahnutie lepšieho zladenia jeho luminiscenčného spektra so spektrálnou charakteristikou fotokatódy;

Možnosť zavedenia do scintilátora rôzne látky potrebné pri špeciálnych experimentoch (napríklad pri štúdiu neutrónov);

Možnosť použitia plastových scintilátorov vo vákuu;

krátky čas svietenia (~3 10-9 sek). Najvyšší svetelný výkon majú plastové scintilátory pripravené rozpustením antracénu v polystyréne. Dobré vlastnosti má aj roztok stilbénu v polystyréne.

Kvapalné organické scintilátory. Kvapalné organické scintilátory sú roztoky organických scintilátorov v určitých kvapalných organických rozpúšťadlách.

Mechanizmus fluorescencie v kvapalných scintilátoroch je podobný mechanizmu, ktorý sa vyskytuje v pevných roztokoch-scintilátoroch.

Ako najvhodnejšie rozpúšťadlá sa ukázali xylén, toluén a fenylcyklohexán, ako najvhodnejšie rozpúšťadlá p-terfenyl, difenyloxazol a tetrafenylbutadién.Scintilátor vyrobený rozpúšťaním

p-terfenyl v xyléne pri koncentrácii rozpustenej látky 5 g/l.

Hlavné výhody kvapalných scintilátorov:

Možnosť výroby veľkých objemov;

Možnosť zavedenia látok potrebných v špeciálnych experimentoch do scintilátora;

Krátke trvanie záblesku ( ~3 10-9sek).

plynové scintilátory. Keď nabité častice prechádzajú rôznymi plynmi, pozoroval sa v nich výskyt scintilácií. Najvyšší svetelný výkon majú ťažké vzácne plyny (xenón a kryptón). Vysoký svetelný výkon má aj zmes xenónu a hélia. Prítomnosť 10 % xenónu v héliu poskytuje svetelný výkon, ktorý je ešte väčší ako u čistého xenónu (obr. 3). Zanedbateľné malé nečistoty iných plynov prudko znižujú intenzitu scintilácií vo vzácnych plynoch.

Ryža. 3. Závislosť svetelného výkonu plynu

scintilátor na pomer zmesi hélia a xenónu.

Experimentálne sa ukázalo, že trvanie zábleskov vo vzácnych plynoch je krátke (10-9-10-8 sek), a intenzitu zábleskov veľký rozsah je úmerná stratenej energii registrovaných častíc a nezávisí od ich hmotnosti a náboja. Plynové scintilátory majú nízku citlivosť na g-žiarenie.

Hlavná časť luminiscenčného spektra leží vo vzdialenej ultrafialovej oblasti, preto sa na prispôsobenie spektrálnej citlivosti fotonásobiča používajú konvertory svetla. Ten by mal mať vysoký konverzný pomer, optickú transparentnosť v tenkých vrstvách, nízku elasticitu nasýtené pary ako aj mechanickú a chemickú odolnosť. Ako materiály pre meniče svetla rôzne Organické zlúčeniny, Napríklad:

difenylstilbén (účinnosť konverzie približne 1);

P1p'-kvaterfenyl (~1);

antracén (0,34) atď.

Svetelný konvertor je nanesený v tenkej vrstve na fotokatóde fotonásobiča. Dôležitý parameter svetelného meniča je doba jeho záblesku. V tomto ohľade sú organické konvertory celkom uspokojivé (10-9 sek alebo niekoľko jednotiek pre 10-9 sek). Na zvýšenie zberu svetla sú vnútorné steny komory scintilátora zvyčajne potiahnuté reflektormi svetla (MgO, smalt na báze oxidu titaničitého, fluoroplast, oxid hlinitý atď.).

§ 3. Fotoelektronické multiplikátory

Hlavnými prvkami PMT sú: fotokatóda, zaostrovací systém, multiplikačný systém (dynódy), anóda (kolektor). Všetky tieto prvky sú umiestnené v sklenenej nádobe evakuovanej do vysokého vákua (10-6 mmHg.).

Pre účely spektrometrie jadrového žiarenia je fotokatóda zvyčajne umiestnená na vnútorný povrch plochá koncová časť nádoby PMT. Ako materiál fotokatódy sa volí látka dostatočne citlivá na svetlo vyžarované scintilátormi. Najrozšírenejšie sú antimónovo-cézové fotokatódy, ktorých maximálna spektrálna citlivosť je l = 3900¸4200 A, čo zodpovedá maximám luminiscenčných spektier mnohých scintilátorov.

Ryža. 4. Schematický diagram PMT.

Jednou z charakteristík fotokatódy je jej kvantový výťažok, t.j. pravdepodobnosť vyvrhnutia fotoelektrónu fotónom, ktorý zasiahne fotokatódu. Hodnota e môže dosiahnuť 10-20%. Vlastnosti fotokatódy charakterizuje aj integrálna citlivosť, čo je pomer fotoprúdu (mka) to incident na fotokatóde svetelný tok (lm).

Fotokatóda je nanesená na sklo ako tenká priesvitná vrstva. Hrúbka tejto vrstvy je významná. Na jednej strane pre veľkú absorpciu svetla musí byť významná, na druhej strane vznikajúce fotoelektróny s veľmi nízkou energiou nebudú schopné opustiť hrubú vrstvu a efektívny kvantový výťažok sa môže ukázať ako byť malý. Preto sa zvolí optimálna hrúbka fotokatódy. Taktiež je nevyhnutné zabezpečiť rovnomernú hrúbku fotokatódy, aby jej citlivosť bola po celej ploche rovnaká. Pri scintilačnej g-spektrometrii je často potrebné použiť veľké pevné scintilátory, a to ako v hrúbke, tak aj v priemere. Preto je potrebné vyrábať fotonásobiče s veľkými priemermi fotokatód. V domácich fotonásobičoch sa vyrábajú fotokatódy s priemerom od niekoľkých centimetrov do 15¸20 cm. fotoelektróny vyrazené z fotokatódy sa musia zamerať na prvú elektródu multiplikátora. Na tento účel sa používa systém elektrostatických šošoviek, čo je séria zaostrovacích membrán. Na získanie dobrých časových charakteristík PMT je dôležité vytvoriť taký zaostrovací systém, aby elektróny zasiahli prvú dynódu s minimálnym časovým rozptylom. Obrázok 4 zobrazuje schematické usporiadanie fotonásobiča. Vysoké napätie napájajúce PMT je pripojené ku katóde so záporným pólom a distribuované medzi všetky elektródy. Potenciálny rozdiel medzi katódou a membránou zabezpečuje zaostrenie fotoelektrónov na prvej multiplikačnej elektróde. Multiplikačné elektródy sa nazývajú dynódy. Dynody sú vyrobené z materiálov, ktorých sekundárny emisný koeficient je väčší ako jedna (s>1). V domácich PMT sa dynódy vyrábajú buď vo forme žľabového tvaru (obr. 4), alebo vo forme žalúzií. V oboch prípadoch sú dynody usporiadané v rade. Možné je aj prstencové usporiadanie dynód. Najlepšie časové charakteristiky majú PMT s prstencovým dynódovým systémom. Emisná vrstva dynód je vrstva antimónu a cézia alebo vrstva špeciálnych zliatin. Maximálna hodnota s pre antimón-cézové žiariče sa dosahuje pri energii elektrónov 350¸400 ev, a pre zliatinové žiariče - pri 500¸550 ev. V prvom prípade s=12¸14, v druhom s=7¸10. V prevádzkových režimoch PMT je hodnota s o niečo menšia. Pomerne dobrý reemisný faktor je s=5.

Fotoelektróny zamerané na prvú dynódu z nej vyraďujú sekundárne elektróny. Počet elektrónov opúšťajúcich prvú dynódu je niekoľkonásobný ďalšie číslo fotoelektróny. Všetky sú posielané do druhej dynódy, kde sú vyradené aj sekundárne elektróny atď., z dynódy na dynódu sa počet elektrónov zväčšuje s-krát.

Pri prechode celým systémom dynód sa tok elektrónov zvýši o 5-7 rádov a vstupuje do anódy - zbernej elektródy PMT. Ak PMT pracuje v aktuálnom režime, potom anódový obvod obsahuje zariadenia, ktoré zosilňujú a merajú prúd. Pri registrácii jadrového žiarenia je zvyčajne potrebné merať počet impulzov, ktoré vznikajú vplyvom ionizujúcich častíc, ako aj amplitúdu týchto impulzov. V týchto prípadoch je v anódovom obvode zahrnutý odpor, pri ktorom dochádza k napäťovému impulzu.

Dôležitá charakteristika PMT je multiplikačný faktor M. Ak je hodnota s pre všetky dynódy rovnaká (s úplným zberom elektrónov na dynódach) a počet dynód je rovný n , potom

A a B sú konštanty, u je energia elektrónu. multiplikačný faktor M nie rovný koeficientu zosilnenie M", ktorý charakterizuje pomer prúdu na výstupe PMT k prúdu vychádzajúcemu z katódy

M" =CM,

kde S<1 - koeficient zberu elektrónov charakterizujúci účinnosť zberu fotoelektrónov na prvej dynóde.

Je veľmi dôležité, aby bol zisk konštantný. M" PMT v čase aj so zmenou počtu elektrónov vystupujúcich z fotokatódy. Posledná okolnosť umožňuje použiť scintilačné čítače ako spektrometre jadrového žiarenia.

O rušení vo fotonásobičoch. V scintilačných počítačoch sa môže na výstupe PMT objaviť veľké množstvo impulzov, a to aj bez vonkajšieho ožiarenia. Tieto impulzy majú zvyčajne malé amplitúdy a nazývajú sa šumové impulzy. Najväčší počet šumových impulzov je spôsobený objavením sa termoelektrónov z fotokatódy alebo dokonca z prvých dynód. Chladenie sa často používa na zníženie hluku PMT. Pri registrácii žiarenia, ktoré vytvára impulzy s veľkou amplitúdou, je v záznamovom obvode zahrnutý diskriminátor, ktorý neprenáša šumové impulzy.

Ryža. 5. Schéma na potlačenie šumu PMT.

1. Pri registrácii impulzov, ktorých amplitúda je porovnateľná so šumom, je racionálne použiť jeden scintilátor s dvomi PMT zaradenými do koincidenčného obvodu (obr. 5). V tomto prípade nastáva dočasná selekcia impulzov vychádzajúcich z detekovanej častice. V skutočnosti záblesk svetla, ktorý vznikol v scintilátore z registrovanej častice, súčasne zasiahne fluorokatódy oboch PMT a na ich výstupe sa súčasne objavia impulzy, ktoré prinútia pracovať koincidenčný obvod. Častica bude zaregistrovaná. Šumové impulzy v každom z PMT sa objavujú nezávisle od seba a najčastejšie nie sú zaregistrované koincidenčným obvodom. Táto metóda umožňuje znížiť vnútorné pozadie PMT o 2 až 3 rády.

Počet šumových impulzov sa zvyšuje s aplikovaným napätím, najskôr pomerne pomaly, potom sa nárast prudko zvyšuje. Dôvodom tohto prudkého nárastu pozadia je emisia poľa z ostrých hrán elektród a objavenie sa iónovej spätnej väzby medzi poslednými dynódami a fotokatódou PMT.

V oblasti anódy, kde je prúdová hustota najvyššia, môže nastať žiara zvyškového plynu aj konštrukčných materiálov. Výsledná slabá žiara, ako aj iónová spätná väzba spôsobujú objavenie sa takzvaných sprievodných impulzov, ktoré sú od hlavných impulzov časovo vzdialené 10-8 ¸10-7. sek.

§ 4. Návrhy scintilačných počítačov

Na konštrukcie scintilačných počítačov sa kladú tieto požiadavky:

Najlepšia zbierka scintilačného svetla na fotokatóde;

Rovnomerné rozloženie svetla na fotokatóde;

Stmavnutie zo svetla cudzích zdrojov;

Žiadny vplyv magnetických polí;

Stabilita zisku PMT.

Pri práci so scintilačnými počítačmi je potrebné vždy dosiahnuť čo najvyšší pomer amplitúdy signálových impulzov k amplitúde šumových impulzov, čo si vynúti optimálne využitie intenzít zábleskov vznikajúcich v scintilátore. Typicky je scintilátor zabalený v kovovej nádobe uzavretej na jednom konci plochým sklom. Medzi nádobou a scintilátorom je umiestnená vrstva materiálu, ktorý odráža svetlo a prispieva k jeho čo najúplnejšiemu výstupu. Najvyššiu odrazivosť má oxid horečnatý (0,96), oxid titaničitý (0,95), sadra (0,85-0,90), používa sa aj hliník (0,55-0,85).

Osobitná pozornosť by sa mala venovať starostlivému baleniu hygroskopických scintilátorov. Takže napríklad najčastejšie používaný fosfor NaJ (Tl) je veľmi hygroskopický a keď doň prenikne vlhkosť, zožltne a stratí svoje scintilačné vlastnosti.

Plastové scintilátory nemusia byť balené v uzavretých nádobách, ale okolo scintilátora je možné umiestniť reflektor na zvýšenie zberu svetla. Všetky pevné scintilátory musia mať na jednom konci výstupné okienko, ktoré je pripojené k fotokatóde fotonásobiča. V mieste spojenia môže dôjsť k významnej strate intenzity scintilačného svetla. Aby sa predišlo týmto stratám, medzi scintilátor a PMT sa vloží kanadský balzam, minerálne alebo silikónové oleje a vytvorí sa optický kontakt.

Pri niektorých experimentoch, napríklad pri meraní vo vákuu, v magnetických poliach, v silných poliach ionizujúceho žiarenia, nie je možné umiestniť scintilátor priamo na PMT fotokatódu. V takýchto prípadoch sa na prenos svetla zo scintilátora na fotokatódu používa svetlovod. Ako svetlovody sa používajú leštené tyče z priehľadných materiálov - ako je lucit, plexisklo, polystyrén, ale aj kovové alebo plexisklové trubice naplnené priehľadnou kvapalinou. Strata svetla vo svetlovode závisí od jeho geometrických rozmerov a od materiálu. Pri niektorých experimentoch je potrebné použiť zakrivené svetlovody.

Je lepšie použiť svetlovody s veľkým polomerom zakrivenia. Svetlovody tiež umožňujú artikulovať scintilátory a PMT rôznych priemerov. V tomto prípade sa používajú svetlovody v tvare kužeľa. PMT je spojený s kvapalinovým scintilátorom buď cez svetlovod alebo priamym kontaktom s kvapalinou. Obrázok 6 ukazuje príklad PMT spoja s kvapalinovým scintilátorom. V rôznych prevádzkových režimoch je PMT napájaný napätím od 1000 do 2500 v. Keďže zosilnenie PMT veľmi výrazne závisí od napätia, zdroj napájacieho prúdu musí byť dobre stabilizovaný. Okrem toho je možná autostabilizácia.

PMT je napájaný deličom napätia, ktorý umožňuje aplikovať príslušný potenciál na každú elektródu. Záporný pól zdroja energie je pripojený k fotokatóde a k jednému z koncov deliča. Kladný pól a druhý koniec deliča sú uzemnené. Odpory deliča sú zvolené tak, aby sa realizoval optimálny režim činnosti PMT. Pre väčšiu stabilitu by mal byť prúd cez delič rádovo vyšší ako prúdy elektrónov pretekajúce cez PMT.

Ryža. 6. Spojka PMT s kvapalinovým scintilátorom.

1-kvapalný scintilátor;

2- PMT;

3- svetelný štít.

Keď scintilačné počítadlo pracuje v pulznom režime, krátke (~10-8 sek) impulzy, ktorých amplitúda môže byť niekoľko jednotiek alebo niekoľko desiatok voltov. V tomto prípade môžu potenciály na posledných dynódach zaznamenať prudké zmeny, pretože prúd cez delič nemá čas na doplnenie náboja odvádzaného z kaskády elektrónmi. Aby sa predišlo takýmto potenciálnym výkyvom, posledných niekoľko odporov deliča je premostených pomocou kapacity. Vďaka selekcii potenciálov na dynódach sú vytvorené priaznivé podmienky pre zber elektrónov na týchto dynódach, t.j. je implementovaný určitý elektrónovo-optický systém zodpovedajúci optimálnemu režimu.

V elektrónovo-optickom systéme dráha elektrónov nezávisí od proporcionálnej zmeny potenciálov na všetkých elektródach, ktoré tvoria tento elektrónovo-optický systém. Takže v multiplikátore sa pri zmene napájacieho napätia zmení iba jeho zosilnenie, ale elektrónovo-optické vlastnosti zostávajú nezmenené.

S neúmernou zmenou potenciálov na dynódach PMT sa menia podmienky pre fokusáciu elektrónov v oblasti, kde je úmernosť porušená. Táto okolnosť sa používa na samostabilizáciu zosilnenia PMT. Na tento účel potenciál

Ryža. 7. Časť obvodu deliča.

jednej z dynód vzhľadom na potenciál predchádzajúcej dynódy sa nastaví na konštantnú hodnotu buď pomocou prídavnej batérie, alebo pomocou dodatočne stabilizovaného deliča. Obrázok 7 znázorňuje časť obvodu deliča, kde je medzi dynódy D5 a D6 pripojená prídavná batéria ( Ub = 90 v). Na dosiahnutie najlepšieho účinku autostabilizácie je potrebné zvoliť hodnotu odporu R". Zvyčajne R" viac R 3-4 krát.

§ 5. Vlastnosti scintilačných počítačov

Scintilačné čítače majú nasledujúce výhody.

Vysoké časové rozlíšenie. Trvanie impulzu sa v závislosti od použitých scintilátorov pohybuje od 10-6 do 10-9 sek, tie. o niekoľko rádov menej ako počítadlá so samovybíjaním, čo umožňuje oveľa vyššie rýchlosti počítania. Ďalšou dôležitou časovou charakteristikou scintilačných čítačov je malá hodnota oneskorenia impulzu po prechode registrovanej častice cez fosfor (10-9 -10-8 sek). To umožňuje použitie koincidenčných schém s nízkym časom rozlíšenia (<10-8sek) a následne merať zhody pri mnohých veľkých zaťaženiach na jednotlivých kanáloch s malým počtom náhodných zhôd.

Vysoká účinnosť registrácie g - lúče a neutróny. Na registráciu g-kvanta alebo neutrónu je potrebné, aby reagovali s látkou detektora; v tomto prípade musí byť výsledná sekundárna nabitá častica zaregistrovaná detektorom. Je zrejmé, že čím viac látok je v dráhe g-lúčov alebo neutrónov, tým väčšia bude pravdepodobnosť ich absorpcie, tým väčšia bude účinnosť ich registrácie. V súčasnosti pri použití veľkých scintilátorov sa dosahuje účinnosť detekcie g-lúčov niekoľko desiatok percent. Účinnosť detekcie neutrónov scintilátormi so špeciálne zavedenými látkami (10 V, 6 Li atď.) je tiež oveľa vyššia ako účinnosť detekcie neutrónov počítadlami plynových výbojov.

Možnosť energetickej analýzy registrovaného žiarenia. V prípade ľahkých nabitých častíc (elektrónov) je intenzita záblesku v scintilátore úmerná strate energie častice v tomto scintilátore.

Pomocou scintilačných čítačov pripojených k amplitúdovým analyzátorom je možné študovať spektrá elektrónov a g-lúčov. O niečo horšia je situácia pri štúdiu spektier ťažkých nabitých častíc (a-častíc a pod.), ktoré vytvárajú v scintilátore veľkú špecifickú ionizáciu. V týchto prípadoch nie je pozorovaná úmernosť intenzity výbuchu stratenej energie pri všetkých energiách častíc a prejavuje sa len pri energiách väčších ako určitá hodnota. Nelineárny vzťah medzi amplitúdami impulzov a energiou častíc je odlišný pre rôzne fosfory a pre rôzne typy častíc. Ilustrujú to grafy na obrázkoch 1 a 2.

Možnosť výroby scintilátorov veľmi veľkých geometrických rozmerov. To znamená, že je možné detekovať a analyzovať energetické častice s veľmi vysokou energiou (kozmické žiarenie), ako aj častice, ktoré slabo interagujú s hmotou (neutrína).

Možnosť zavedenia do zloženia scintilátorov látok, s ktorými neutróny interagujú s veľkým prierezom. Na detekciu pomalých neutrónov sa používajú fosfory LiJ(Tl), LiF, LiBr. Pri interakcii pomalých neutrónov s 6 Li prebieha reakcia 6 Li(n,a)3 H, pri ktorej je energia 4,8 Mev.

§ 6. Príklady použitia scintilačných počítačov

Meranie životnosti excitovaných stavov jadier. Pri rádioaktívnom rozpade alebo pri rôznych jadrových reakciách vznikajúce jadrá často končia v excitovanom stave. Štúdium kvantových charakteristík excitovaných stavov jadier je jednou z hlavných úloh jadrovej fyziky. Veľmi dôležitou charakteristikou excitovaného stavu jadra je jeho životnosť t. Poznanie tejto hodnoty umožňuje získať veľa informácií o štruktúre jadra.

Atómové jadrá môžu byť v excitovanom stave rôzne dlho. Na meranie týchto časov existujú rôzne metódy. Scintilačné čítače sa ukázali ako veľmi vhodné na meranie životnosti jadrových úrovní od niekoľkých sekúnd po veľmi malé zlomky sekundy. Ako príklad použitia scintilačných čítačov budeme uvažovať metódu oneskorenej koincidencie. Nech sa jadro A (pozri obr. 10) rozpadom b zmení na jadro AT v excitovanom stave, ktorý vydáva prebytok svojej energie na postupnú emisiu dvoch g-kván (g1,g2). Je potrebné určiť životnosť excitovaného stavu ja. Prípravok obsahujúci izotop A je inštalovaný medzi dva čítače s kryštálmi NaJ(Tl) (obr. 8). Impulzy generované na výstupe PMT sa privádzajú do rýchleho koincidenčného obvodu s časom rozlíšenia ~10-8 -10-7 sek. Okrem toho sa impulzy privádzajú do lineárnych zosilňovačov a potom do amplitúdových analyzátorov. Tieto sú konfigurované tak, že prechádzajú impulzmi určitej amplitúdy. Pre náš účel, t.j. na účely merania životnosti hladiny ja(pozri obr. 10), amplitúdový analyzátor AAI musia prejsť iba impulzy zodpovedajúce energii fotónu g1 a analyzátorom AAII - g2 .

Obr.8. Schematický diagram na definovanie

životnosť excitovaných stavov jadier.

Ďalej sa impulzy z analyzátorov, ako aj z rýchleho koincidenčného obvodu, privádzajú do pomalého (t ~ 10-6 sek) vzor trojitej zhody. V experimente sa študuje závislosť počtu trojitých koincidencií od hodnoty časového oneskorenia impulzu zahrnutého v prvom kanáli rýchleho koincidenčného obvodu. Spravidla sa oneskorenie impulzu vykonáva pomocou takzvanej linky s premenlivým oneskorením LZ (obr. 8).

Oneskorovacia linka musí byť pripojená presne ku kanálu, v ktorom je zaregistrované kvantum g1, pretože je emitované pred kvantom g2. Výsledkom experimentu je zostrojenie semilogaritmického grafu závislosti počtu trojitých koincidencií od času oneskorenia (obr. 9), z ktorého sa určí životnosť excitovanej hladiny. ja(rovnakým spôsobom, ako sa to robí pri určovaní polčasu rozpadu pomocou jedného detektora).

Pomocou scintilačných počítačov s kryštálom NaJ(Tl) a uvažovanej schémy rýchlo-pomalých náhod je možné merať životnosti 10-7 -10-9 sek. Ak sa však použijú rýchlejšie organické scintilátory, potom možno merať kratšiu životnosť excitovaných stavov (až 10–11 sek).

Obr.9. Závislosť počtu náhod od veľkosti oneskorenia.

Detekcia gama chýb. Jadrové žiarenie, ktoré má vysokú prenikavú silu, sa čoraz častejšie používa v technike na zisťovanie defektov v potrubiach, koľajniciach a iných veľkých kovových blokoch. Na tieto účely sa používa zdroj žiarenia g a detektor žiarenia g. Najlepším detektorom je v tomto prípade scintilačný počítač, ktorý má vysokú účinnosť detekcie. Zdroj žiarenia je umiestnený v olovenej nádobke, z ktorej cez otvor kolimátora vychádza úzky zväzok g-lúčov, ktorý osvetľuje trubicu. Na opačnej strane trubice je inštalované scintilačné počítadlo. Zdroj a počítadlo sú umiestnené na pohyblivom mechanizme, ktorý umožňuje ich posúvanie po potrubí a otáčanie okolo jeho osi. Pri prechode cez materiál potrubia bude g-lúč čiastočne absorbovaný; ak je trubica homogénna, absorpcia bude všade rovnaká a počítadlo vždy zaznamená rovnaký počet (v priemere) g-kvant za jednotku času, ale ak je na niektorom mieste trubice prepad, potom g-lúče budú v tomto mieste absorbované menej, rýchlosť počítania sa zvýši. Umiestnenie umývadla bude odhalené. Existuje mnoho príkladov takéhoto použitia scintilačných čítačov.

Experimentálna detekcia neutrín. Neutríno je najzáhadnejšia z elementárnych častíc. Takmer všetky vlastnosti neutrín sa získavajú z nepriamych údajov. Moderná teória b-rozpadu predpokladá, že hmotnosť neutrína mn sa rovná nule. Niektoré experimenty nám to umožňujú konštatovať. Spin neutrín je 1/2, magnetický moment<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).

Vytvorenie jadrových reaktorov, v ktorých veľmi veľké množstvo jadier s prebytkom neutrónov dávalo nádej na detekciu antineutrín. Všetky jadrá bohaté na neutróny sa rozpadajú emisiou elektrónov a následne antineutrín. V blízkosti jadrového reaktora s kapacitou niekoľko stotisíc kilowattov je tok antineutrín 1013 cm -2 · sek.-1 - prúd obrovskej hustoty a pri voľbe vhodného antineutrínového detektora by sa ich dalo pokúsiť odhaliť. Takýto pokus urobili Reines a Cowen v roku 1954. Autori použili nasledujúcu reakciu:

n + p ® n+e+ (1)

Pri tejto reakcii sú časticami produktu pozitrón a neutrón, ktoré je možné registrovať.

Kvapalný scintilátor s objemom ~1 m3, s vysokým obsahom vodíka, nasýtený kadmiom. Pozitróny vytvorené v reakcii (1) sa anihilovali na dve g-kvantá s energiou 511 kev a spôsobili objavenie sa prvého záblesku scintilátora. Neutrón bol na niekoľko mikrosekúnd spomalený a zachytený kadmiom. Pri tomto zachytení kadmiom bolo emitovaných niekoľko g-kvant s celkovou energiou asi 9 Mev. V dôsledku toho sa v scintilátore objavil druhý záblesk. Merali sa oneskorené zhody dvoch impulzov. Na registráciu zábleskov bol kvapalinový scintilátor obklopený veľkým počtom fotonásobičov.

Počet oneskorených náhod bol tri impulzy za hodinu. Z týchto údajov sa zistilo, že reakčný prierez (obr. 1) s = (1,1 ± 0,4) 10 -43 cm2, ktorá je blízka vypočítanej hodnote.

V súčasnosti sa v mnohých experimentoch používajú veľmi veľké kvapalinové scintilačné čítače, najmä pri experimentoch na meranie tokov g-žiarenia emitovaného ľuďmi a inými živými organizmami.

Registrácia štiepnych fragmentov. Na registráciu štiepnych fragmentov sa osvedčili plynové scintilačné čítače.

Zvyčajne je experiment na štúdium prierezu štiepenia nastavený nasledovne: vrstva skúmaného prvku sa nanesie na nejaký druh substrátu a ožiari sa neutrónovým tokom. Samozrejme, čím viac štiepneho materiálu sa použije, tým viac štiepnych udalostí nastane. Ale keďže zvyčajne štiepne látky (napríklad transuránové prvky) sú a-emitory, ich použitie vo významných množstvách je ťažké kvôli veľkému pozadiu a-častíc. A ak sa štiepne deje študujú pomocou pulzných ionizačných komôr, potom je možné superponovať pulzy z a-častíc na pulzy vznikajúce zo štiepnych fragmentov. Iba prístroj s lepším časovým rozlíšením umožní použiť veľké množstvo štiepneho materiálu bez toho, aby na seba uvalil impulzy. V tomto ohľade majú plynové scintilačné čítače významnú výhodu oproti pulzným ionizačným komorám, pretože trvanie pulzu týchto komôr je o 2 až 3 rády dlhšie ako u plynových scintilačných počítačov. Amplitúdy impulzov zo štiepnych fragmentov sú oveľa väčšie ako amplitúdy z a-častíc, a preto sa dajú ľahko oddeliť pomocou amplitúdového analyzátora.

Veľmi dôležitou vlastnosťou plynového scintilačného počítača je jeho nízka citlivosť na g-lúče, pretože výskyt ťažkých nabitých častíc je často sprevádzaný intenzívnym tokom g-lúčov.

Svetelná kamera. V roku 1952 sovietski fyzici Zavoisky a ďalší prvýkrát odfotografovali stopy ionizujúcich častíc v luminiscenčných látkach pomocou citlivých elektrónovo-optických konvertorov (EOC). Táto metóda detekcie častíc, nazývaná fluorescenčná kamera, má vysoké časové rozlíšenie. Prvé experimenty sa uskutočnili s použitím kryštálu CsJ (Tl).

Neskôr sa na výrobu luminiscenčnej komory začali používať plastové scintilátory vo forme dlhých tenkých tyčiniek (nití). Nite sú naskladané v radoch tak, že vlákna v dvoch susedných radoch zvierajú navzájom pravý uhol. To poskytuje možnosť stereoskopického pozorovania na opätovné vytvorenie priestorovej trajektórie častíc. Obrazy z každej z dvoch skupín vzájomne kolmých vlákien sú smerované do samostatných elektrónovo-optických konvertorov. Vlákna plnia aj úlohu svetlovodov. Svetlo je dané len tými vláknami, ktoré častica pretína. Toto svetlo vystupuje cez konce príslušných závitov, ktoré sú odfotografované. Systémy sa vyrábajú s priemerom jednotlivých závitov od 0,5 do 1,0 mm.

Literatúra :

1. J. Birks. scintilačné čítače. M., IL, 1955.

2. V. O. Vyazemsky, I.I. Lomonosov, V.A. Ruzin. Scintilačná metóda v rádiometrii. M., Gosatomizdat, 1961.

3. Yu.A. Egorov. Stincilačná metóda spektrometrie gama žiarenia a rýchlych neutrónov. M., Atomizdat, 1963.

4. P.A. Tiškin. Experimentálne metódy jadrovej fyziky (detektory jadrového žiarenia).

Vydavateľstvo Leningradskej univerzity, 1970.

5 G.S. Landsberg. Základná učebnica fyziky (3. diel).M., Nauka, 1971

Scintilačný počítač

Princíp činnosti a rozsah

V scintilačnom čítači spôsobuje ionizujúce žiarenie záblesk svetla v príslušnom scintilátore, ktorý môže byť pevný alebo kvapalný. Tento záblesk sa prenáša do elektrónky fotonásobiča, ktorá ho premení na impulz elektrického prúdu. Prúdový impulz je zosilnený v nasledujúcich stupňoch PMT v dôsledku ich vysokého koeficientu sekundárnej emisie.

Napriek tomu, že pri práci so scintilačnými počítačmi sú vo všeobecnosti potrebné zložitejšie elektronické zariadenia, tieto počítače majú oproti počítačom Geiger-Muller značné výhody.

1. Účinnosť počítania röntgenového a gama žiarenia je oveľa väčšia; za priaznivých okolností dosahuje 100 %.

2. Svetelný výkon v niektorých scintilátoroch je úmerný energii excitujúcej častice alebo kvanta.

3. Časové rozlíšenie je vyššie.

Scintilačné počítadlo je tak vhodným detektorom na detekciu žiarenia nízkej intenzity, na analýzu rozloženia energie s nie príliš vysokými požiadavkami na rozlíšenie a na koincidenčné merania pri vysokej intenzite žiarenia.

B) Scintilátory

1) Protóny a iné vysoko ionizujúce častice. Ak hovoríme len o registrácii týchto častíc, potom sú vhodné všetky typy scintilátorov rovnako a pre ich vysokú zastavovaciu schopnosť postačujú vrstvy s hrúbkou rádovo milimeter a ešte menej. Treba si však uvedomiť, že svetelný výkon protónov a β častíc v organických scintilátoroch je len asi 1/10 svetelného výkonu elektrónov s rovnakou energiou, zatiaľ čo v anorganických scintilátoroch ZnS a NaJ sú oba rovnaké poradie.

Vzťah medzi energiou svetelných zábleskov a veľkosťou impulzov s tým spojených, ako aj energiou častíc prenesených do scintilátora pre organické látky je vo všeobecnosti nelineárny. Pre ZnS 1 NaJ a CsJ je však táto závislosť blízka lineárnej. Kryštály NaJ a CsJ poskytujú vďaka svojej dobrej transparentnosti voči vlastnému fluorescenčnému žiareniu vynikajúce energetické rozlíšenie; treba však dbať na to, aby povrch, cez ktorý častice vstupujú do kryštálu, bol veľmi čistý.

2) Neutróny. Pomalé neutróny je možné detegovať pomocou reakcií Li6Hs, B10Li" alebo CdlisCd114. Ako scintilátory sa na tento účel používajú monokryštály LiJ, práškové zmesi, napríklad 1 hmotnostný diel B203 a 5 hmotnostných dielov ZnS , ukladajú sa priamo na okno PMT, možno ich aj aplikovať

Bloková schéma scintilačného spektrometra. 1 - scintilátor, 2 - PMT, h - zdroj vysokého napätia, 4 - sledovač katód, e - lineárny zosilňovač, 6 - analyzátor amplitúdových impulzov, 7 - záznamové zariadenie.

ZnS suspendovaný v roztavenom B 2 O 3, zodpovedajúce zlúčeniny bóru v syntetických scintilátoroch a zmesi metylboritanu alebo propionátu kadmia s kvapalnými scintilátormi. Ak je potrebné vylúčiť vplyv žiarenia z pri neutrónových meraniach, potom pri tých reakciách, ktoré spôsobujú emisiu ťažkých častíc, treba brať do úvahy vyššie uvedený vzťah pre svetelný výkon rôznych scintilátorov v závislosti od typu častíc. účtu.

Rýchle neutróny sa detegujú pomocou spätných protónov produkovaných v látkach obsahujúcich vodík. Keďže vysoký obsah vodíka sa vyskytuje iba v organických scintilátoroch, je z vyššie uvedených dôvodov ťažké znížiť účinok γ-žiarenia. Najlepšie výsledky sa dosiahnu, ak je proces tvorby protónov spätného rázu oddelený od budenia scintilátora r-lúčmi. V tomto prípade musí byť jeho vrstva tenká, pričom jej hrúbka je určená rozsahom protónov spätného rázu, takže pravdepodobnosť detekcie žiarenia z je podstatne znížená. V tomto prípade je výhodné použiť ako scintilátor ZnS. Je tiež možné suspendovať práškový ZnS v priehľadnej umelej látke obsahujúcej vodík.

Je takmer nemožné študovať energetické spektrum rýchlych neutrónov pomocou scintilátorov. Vysvetľuje sa to tým, že energia spätného rázu protónov môže nadobudnúť najrôznejšie hodnoty, až po celkovú energiu neutrónov, v závislosti od toho, ako k zrážke dôjde.

3) Elektróny, p-častice. Rovnako ako pri iných typoch žiarenia, energetické rozlíšenie scintilátora pre elektróny závisí od pomeru medzi svetelnou energiou a energiou, ktorú do scintilátora prenesie ionizujúca častica. Je to spôsobené tým, že polovičná šírka distribučnej krivky veľkostí impulzov spôsobených monoenergetickými dopadajúcimi časticami, v dôsledku štatistických fluktuácií, v prvej aproximácii, je nepriamo úmerná druhej odmocnine počtu vyradených fotoelektrónov. z fotokatódy PMT. Zo v súčasnosti používaných scintilátorov poskytuje najväčšie amplitúdy impulzov NaJ 1 a v prípade organických scintilátorov antracén, ktorý za ostatných okolností poskytuje impulzy s približne dvakrát menšou amplitúdou ako NaJ.

Pretože efektívne prierezy rozptylu elektrónov silne narastajú so zvyšujúcim sa atómovým číslom, pri použití NaJ je 80-90 % všetkých dopadajúcich elektrónov opäť rozptýlených z kryštálu; pri použití antracénu tento účinok dosahuje približne 10 %. Rozptýlené elektróny spôsobujú impulzy, ktorých veľkosť je menšia ako hodnota zodpovedajúca celkovej energii elektrónov. V dôsledku toho je veľmi ťažké kvantifikovať β spektrá získané s kryštálmi NaJ. Preto je pre β-spektroskopiu často účelnejšie použiť organické scintilátory, ktoré pozostávajú z prvkov s nízkymi atómovými číslami.

Spätný rozptyl je možné oslabiť aj nasledujúcimi metódami. Látka, ktorej β-žiarenie sa má skúmať, sa buď primieša do scintilátora, ak nepotláča fluorescenčné žiarenie, alebo sa umiestni medzi dva povrchy scintilátorov, ktorých fluorescenčné Iryny 1 Ienne pôsobí na fotokatódu, alebo sa nakoniec použije scintilátor vnútorný kanál, do ktorého prechádza žiarenie.

Závislosť medzi svetelnou energiou a energiou prenesenou do scintilátora žiarením je pre NaJ lineárna. Pre všetky organické scintilátory tento pomer klesá pri nízkych elektrónových energiách. Táto nelinearita sa musí brať do úvahy pri kvantifikácii spektier.

4) Röntgenové a gama žiarenie. Proces interakcie elektromagnetického žiarenia so scintilátorom pozostáva hlavne z troch základných procesov.

Pri fotoelektrickom jave sa energia kvanta takmer úplne premení na kinetickú energiu fotoelektrónu a vzhľadom na krátky dosah fotoelektrónu je vo väčšine prípadov absorbovaná v scintilátore. Sekundárne kvantum zodpovedajúce väzbovej energii elektrónu je buď absorbované scintilátorom, alebo ho opúšťa.

Pri Comptonovom jave sa na elektrón prenáša iba časť kvantovej energie. Táto časť je s vysokou pravdepodobnosťou absorbovaná v scintilátore. Rozptýlený fotón, ktorého energia sa znížila o množstvo rovnajúce sa energii Comptonovho elektrónu, je tiež buď absorbovaný scintilátorom, alebo ho opúšťa.

Počas vytvárania párov energia primárneho kvanta mínus energia tvorby párov prechádza do kinetickej energie tohto páru a je hlavne absorbovaná scintilátorom. Žiarenie vznikajúce pri anihilácii elektrónu a pozitrónu je absorbované v scintilátore alebo ho opúšťa.

Energetická závislosť efektívnych prierezov pre tieto procesy je taká, že pri nízkych energiách fotónov dochádza hlavne k fotoelektrickému javu; Počnúc energiou 1,02 Mae možno pozorovať tvorbu párov, ale pravdepodobnosť tohto procesu dosahuje citeľnú hodnotu až pri výrazne vyšších energiách. V strednej oblasti hrá hlavnú úlohu Comptonov efekt.

S nárastom atómového čísla Z sa efektívne prierezy pre fotoelektrický jav a pre tvorbu párov zväčšujú oveľa silnejšie ako pri Comptonovom jave. V tomto prípade sa však elektrón prenáša:

1) pri fotoelektrickom efekte, - okrem energie kvanta, ktora sa meni na energiu elektrnu uz pri primarnom ucinku, je tam este len viazacia energia fotoelektronu, ktora zodpoveda sekundárnemu žiareniu, mäkké a ľahko sa vstrebáva;

2) pri tvorbe párov - iba anihilačné žiarenie s diskrétnou známou energiou. Pri Comptonovom efekte má energia sekundárnych elektrónov a rozptýlených kvánt široký rozsah možných hodnôt. Keďže, ako už bolo spomenuté, sekundárne kvantá nemusia zaznamenať absorpciu a opustiť scintilátor, na uľahčenie interpretácie spektier je účelné čo najviac zúžiť oblasť, v ktorej prevažuje Komhtohj efekt, výberom scintilátorov s veľkým H, napríklad NaJ Okrem toho pomer energie svetla k energii prenesenej do scintilátora pre NaJ je prakticky nezávislý od energie elektrónov, preto sa pri všetkých zložitých procesoch, pri ktorých sa absorbujú kvantá, uvoľňuje rovnaké množstvo svetla .Takéto zložité procesy sa vyskytujú s väčšou pravdepodobnosťou, čím väčšia je veľkosť scintilátora.

Útlm gama lúčov v antracéne, μ je koeficient útlmu; f je koeficient fotoabsorpcie, a je Comptonov koeficient rozptylu, p je koeficient tvorby páru.

scintilačný počítač, prístroj na detekciu jadrového žiarenia a elementárnych častíc (protóny, neutróny, elektróny, g-kvantá, mezóny a pod.), ktorých hlavnými prvkami sú látka, ktorá luminiscenciou pôsobením nabitých častíc (scintilátor) a fotonásobič (FEÚ). Vizuálne pozorovania svetelných zábleskov (scintilácií) pri pôsobení ionizujúcich častíc (α-častice, fragmenty jadrového štiepenia) boli hlavnou metódou jadrovej fyziky na začiatku 20. storočia. (cm. Spinthariscope ). Neskôr S. s. bol úplne vyradený ionizačné komory a pomerové počítadlá. Jeho návrat k jadrovej fyzike nastal koncom 40. rokov 20. storočia, keď sa na detekciu scintilácií používali viacstupňové PMT s vysokým ziskom, schopné detekovať extrémne slabé svetelné záblesky.

S. princíp konania s. pozostáva z nasledovného: nabitá častica prechádzajúca scintilátorom spolu s ionizáciou atómov a molekúl ich excituje. Po návrate do nevybudeného (základného) stavu atómy emitujú fotóny (pozri obr. Luminiscencia ). Fotóny narážajúce na PMT katódu vyraďujú elektróny (pozri obr. Fotoelektronické vyžarovanie ), v dôsledku toho sa na anóde PMT objaví elektrický impulz, ktorý sa ďalej zosilňuje a zaznamenáva (pozri obr. ryža. ). K detekcii neutrálnych častíc (neutrónov, g -kvanta) dochádza pomocou sekundárnych nabitých častíc vznikajúcich pri interakcii neutrónov a g -kvant s atómami scintilátora.

Ako scintilátory sa používajú rôzne látky (tuhé, kvapalné, plynné). Široko používané sú plasty, ktoré sa ľahko vyrábajú, opracujú a poskytujú intenzívnu žiaru. Dôležitou charakteristikou scintilátora je časť energie detegovanej častice, ktorá sa premení na svetelnú energiu (účinnosť premeny h). Kryštalické scintilátory majú najvyššie hodnoty h: NaI, aktivovaný Tl, antracén a ZnS. DR. dôležitou charakteristikou je doba žhavenia t, ktorá je určená dobou životnosti na excitovaných úrovniach. Intenzita žiary po prechode častice sa mení exponenciálne: , kde ja 0 - počiatočná intenzita. Pre väčšinu scintilátorov leží t v rozsahu 10–9 – 10–5 sek. Plasty majú krátke doby žiaru (tabuľka 1). Čím menšie t, tým rýchlejšie sa dá urobiť S.

Na to, aby PMT zaregistroval svetelný záblesk, je potrebné, aby sa emisné spektrum scintilátora zhodovalo so spektrálnou oblasťou citlivosti fotokatódy PMT a materiál scintilátora musí byť transparentný pre svoje vlastné žiarenie. Na registráciu pomalé neutróny Do scintilátora sa pridáva Li alebo B. Rýchle neutróny sa detegujú pomocou scintilátorov obsahujúcich vodík (pozri obr. Neutrónové detektory ). Na spektrometriu g-kvant a vysokoenergetických elektrónov sa používa Nal (Tl), ktorý má vysokú hustotu a vysoké efektívne atómové číslo (pozri obr. Gama žiarenie ).

S. s. sú vyrábané so scintilátormi rôznych veľkostí - od 1-2 mm 3 až 1-2 m 3 . Aby sa „nestratilo“ vyžarované svetlo, je potrebný dobrý kontakt medzi PMT a scintilátorom. V S. s. malý scintilátor je priamo nalepený na fotokatódu PMT. Všetky ostatné strany sú pokryté vrstvou reflexného materiálu (napríklad MgO, TiO 2). V S. s. použitie veľkých rozmerov svetlovody (zvyčajne leštené organické sklo).

PMT určené pre S. s. musia mať vysokú účinnosť fotokatódy (až 2,5 %), vysoký zisk (10 8 -10 8), krátky čas zberu elektrónov (10 -8 sek) pri vysokej stabilite tohto času. Ten umožňuje dosiahnuť rozlíšenie v čase S. s. 10-9 £ sek. Vysoký zisk PMT spolu s nízkou úrovňou vlastného šumu umožňuje detekovať jednotlivé elektróny vyradené z fotokatódy. Signál na anóde PMT môže dosiahnuť 100 v.

Tab. 1. - Charakteristika niektorých pevných a kvapalných scintilátorov,

používané v scintilačných počítačoch

Látka	Hustota, g/cm3	čas žiary, t , 10 -9 sek.		Účinnosť konverzie h, % (pre elektróny)
kryštály
Antracén C14H10
Stilbene C14H12
Kvapaliny
Riešenie R-terfenyl v xyléne (5 g/l) s prídavkom POPOP 1 (0,1 g/l)
Riešenie R-terfenyl v toluéne (4 g/l) s prídavkom POPOP (0,1 g/l)
Plasty
Polystyrén s prídavkom R-terfenyl (0,9 %) a a-NPO2 (0,05 % hmotnosti)
Polyvinyltoluén s prídavkom 3,4 % R-terfenyl a 0,1 % hmotn. POPOP

1 POPOP - 1,4-di-benzén. 2NPO-2-(1-naftyl)-5-fenyloxazol.

Výhody S. s.: vysoká účinnosť registrácie rôznych častíc (prakticky 100%); rýchlosť; možnosť výroby scintilátorov rôznych veľkostí a konfigurácií; vysoká spoľahlivosť a relatívne nízke náklady. Vďaka týmto vlastnostiam S. s. široko používané v jadrovej fyzike, fyzike elementárnych častíc a kozmické lúče, v priemysle (kontrola žiarenia), dozimetria, rádiometria, geológia, medicína atď. Nevýhody S. S.: nízka citlivosť na častice s nízkou energiou (1 £ kev), nízke energetické rozlíšenie (pozri obr. Scintilačný spektrometer ).

Študovať nabité častice s nízkou energiou (< 0,1 mev) a fragmenty jadrového štiepenia sa ako scintilátory používajú plyny (tabuľka 2). Plyny majú lineárnu závislosť veľkosti signálu od energie častice v širokom rozsahu energií, rýchlu odozvu a schopnosť meniť brzdnú silu zmenou tlaku. Okrem toho môže byť zdroj zavedený do objemu plynového scintilátora. Plynové scintilátory však vyžadujú vysokú čistotu plynu a špeciálny PMT s kremennými okienkami (značná časť vyžarovaného svetla leží v ultrafialovej oblasti).

Tab. 2. - Charakteristika niektorých plynov používaných ako

scintilátory v scintilačných počítačoch (pri tlaku 740 mm

rt. čl. pre a-častice s energiou 4.7 mev)

	doba svietenia t,	Vlnová dĺžka na maxime spektra,	Účinnosť konverzie n, %
	3×10-9

Lit.: Birke J., Scintilačné čítače, prekl. z angličtiny, M., 1955; Kalašnikova V. I., Kozodaev M. S., Detektory elementárnych častíc, v knihe: Experimentálne metódy jadrovej fyziky, M., 1966; Ritson D., Experimentálne metódy vo fyzike vysokých energií, trans. z angličtiny, M., 1964.

Veľká sovietska encyklopédia M.: "Sovietska encyklopédia", 1969-1978

- Ako funguje scintilačný počítač

- Scintilátory

- Fotonásobiče

- Návrhy scintilačných čítačov

- Vlastnosti scintilačných počítačov

- Príklady použitia scintilačných počítačov

- Zoznam použitej literatúry

SCINTILAČNÉ ČÍTAČE

Metóda detekcie nabitých častíc počítaním svetelných zábleskov, ku ktorým dochádza, keď tieto častice zasiahnu sito sulfidu zinočnatého (ZnS), je jednou z prvých metód detekcie jadrového žiarenia.

Už v roku 1903 Crookes a ďalší ukázali, že ak sa cez zväčšovacie sklo v tmavej miestnosti pozerá na obrazovku sulfidu zinočnatého ožiareného a-časticami, potom na nej možno zaznamenať výskyt jednotlivých krátkodobých zábleskov svetla - scintilácií . Zistilo sa, že každá z týchto scintilácií je vytvorená samostatnou a-časticou dopadajúc na obrazovku. Crookes zostrojil jednoduché zariadenie s názvom Crookes spinthariscope, určené na počítanie a-častíc.

Metóda vizuálnej scintilácie sa následne využívala najmä na detekciu a-častíc a protónov s energiou niekoľkých miliónov elektrónvoltov. Nebolo možné zaregistrovať jednotlivé rýchle elektróny, pretože spôsobujú veľmi slabé scintilácie. Niekedy, keď bola clona sulfidu zinočnatého ožiarená elektrónmi, bolo možné pozorovať záblesky, ale stalo sa to iba vtedy, keď na rovnaký kryštál sulfidu zinočnatého súčasne dopadol dostatočne veľký počet elektrónov.

Gama lúče nespôsobujú žiadne záblesky na obrazovke, vytvárajú len všeobecnú žiaru. To umožňuje detekovať a-častice v prítomnosti silného g-žiarenia.

Vizuálna scintilačná metóda umožňuje registrovať veľmi malý počet častíc za jednotku času. Najlepšie podmienky na počítanie scintilácií sa dosiahnu, keď ich počet leží medzi 20 a 40 za minútu. Samozrejme, scintilačná metóda je subjektívna a výsledky do určitej miery závisia od individuálnych kvalít experimentátora.

Napriek svojim nedostatkom zohrala metóda vizuálnej scintilácie obrovskú úlohu vo vývoji jadrovej a atómovej fyziky. Rutherford ho použil na registráciu a-častíc, keď boli rozptýlené atómami. Práve tieto experimenty viedli Rutherforda k objavu jadra. Vizuálna metóda po prvýkrát umožnila odhaliť rýchle protóny vyradené z jadier dusíka pri bombardovaní a-časticami, t.j. prvé umelé štiepenie jadra.

Vizuálna metóda scintilácií mala veľký význam až do tridsiatych rokov, kedy sa objavením nových metód zaznamenávania jadrového žiarenia na nejaký čas zabudlo. Metóda scintilačnej registrácie bola obnovená koncom 40. rokov 20. storočia na novom základe. V tom čase už boli vyvinuté fotonásobiče (PMT), ktoré umožňovali registrovať veľmi slabé záblesky svetla. Boli vytvorené scintilačné čítače, pomocou ktorých je možné zvýšiť rýchlosť počítania o faktor 108 a ešte viac v porovnaní s vizuálnou metódou a tiež je možné registrovať a analyzovať z hľadiska energie tak nabité častice, ako aj neutróny a g-lúče.

§ 1. Princíp činnosti scintilačného počítača

Scintilačný počítač je kombináciou scintilátora (fosfor) a fotonásobiča (PMT). Súprava počítadla obsahuje aj napájací zdroj PMT a rádiové zariadenie, ktoré zabezpečuje zosilnenie a registráciu impulzov PMT. Niekedy sa kombinácia fosforu s fotonásobičom vyrába pomocou špeciálneho optického systému (svetlovod).

Princíp činnosti scintilačného čítača je nasledujúci. Nabitá častica vstupujúca do scintilátora vyvoláva ionizáciu a excitáciu svojich molekúl, ktoré po veľmi krátkom čase (10 -6 - 10-9 sek ) prejsť do stabilného stavu emitovaním fotónov. Dochádza k záblesku svetla (scintilácia). Niektoré z fotónov dopadnú na fotokatódu PMT a vyradia z nej fotoelektróny. Tie sú pôsobením napätia aplikovaného na PMT zaostrené a nasmerované na prvú elektródu (dynódu) elektrónového multiplikátora. Ďalej v dôsledku emisie sekundárnych elektrónov sa počet elektrónov lavíne zvyšuje a na výstupe PMT sa objaví napäťový impulz, ktorý je potom zosilnený a zaznamenaný rádiovým zariadením.

Amplitúda a trvanie výstupného impulzu sú určené vlastnosťami scintilátora aj PMT.

Ako fosfor sa používa:

organické kryštály,

Kvapalné organické scintilátory,

scintilátory z tvrdého plastu,

plynové scintilátory.

Hlavné charakteristiky scintilátorov sú: svetelný výkon, spektrálne zloženie žiarenia a trvanie scintilácií.

Keď nabitá častica prechádza cez scintilátor, vzniká v ňom určitý počet fotónov s jednou alebo druhou energiou. Niektoré z týchto fotónov budú absorbované v objeme samotného scintilátora a namiesto toho budú emitované iné fotóny s o niečo nižšou energiou. V dôsledku reabsorpčných procesov budú vychádzať fotóny, ktorých spektrum je charakteristické pre daný scintilátor.

Svetelný výkon alebo účinnosť konverzie scintilátora c je pomer energie svetelného záblesku , ísť von, do množstva energie E nabitá častica stratená v scintilátore
kde - priemerný počet zhasnutých fotónov, - priemerná energia fotónu. Každý scintilátor nevyžaruje monoenergetické kvantá, ale spojité spektrum charakteristické pre tento scintilátor.

Je veľmi dôležité, aby sa spektrum fotónov vychádzajúcich zo scintilátora zhodovalo alebo aspoň čiastočne prekrývalo so spektrálnou charakteristikou fotonásobiča.

Stupeň prekrytia vonkajšieho scintilačného spektra so spektrálnou odozvou. tohto PMT je určený párovacím koeficientom kde je vonkajšie spektrum scintilátora alebo spektrum fotónov vychádzajúcich zo scintilátora. V praxi sa pri porovnávaní scintilátorov kombinovaných s údajmi PMT zavádza pojem scintilačnej účinnosti, ktorý je určený nasledujúcim výrazom:

kde ja 0 - maximálna hodnota intenzity scintilácie; t 0 - časová konštanta rozpadu, definovaná ako čas, počas ktorého intenzita scintilácie klesá v e raz.

Počet svetelných fotónov n , emitované v priebehu času t po zásahu detekovanej častice, je vyjadrená vzorcom

kde je celkový počet fotónov emitovaných počas scintilačného procesu.

Procesy luminiscencie (žiara) fosforu sú rozdelené do dvoch typov: fluorescencia a fosforescencia. Ak k blikaniu dôjde priamo pri budení alebo počas časového intervalu rádovo 10 -8 sek, proces sa nazýva fluorescencia. Interval 10 -8 sek zvolený, pretože sa rádovo rovná životnosti atómu v excitovanom stave pre takzvané povolené prechody.

Hoci spektrá a trvanie fluorescencie nezávisia od typu excitácie, výťažok fluorescencie v podstate závisí od nej. Keď je teda kryštál excitovaný a-časticami, výťažok fluorescencie je takmer o rád nižší, ako keď je fotoexcitovaný.

Fosforescencia sa chápe ako luminiscencia, ktorá pokračuje ešte značnú dobu po ukončení excitácie. Hlavným rozdielom medzi fluorescenciou a fosforescenciou však nie je trvanie dosvitu. Fosforescencia kryštálových fosforov vzniká rekombináciou elektrónov a dier, ktoré vznikli pri excitácii. V niektorých kryštáloch sa môže dosvit predĺžiť vďaka tomu, že elektróny a diery sú zachytené „pascami“, z ktorých sa môžu uvoľniť až po prijatí ďalšej potrebnej energie. Závislosť trvania fosforescencie od teploty je teda zrejmá. V prípade zložitých organických molekúl je fosforescencia spojená s ich prítomnosťou v metastabilnom stave, pričom pravdepodobnosť prechodu z ktorého do základného stavu môže byť malá. A v tomto prípade bude pozorovaná závislosť rýchlosti rozpadu fosforescencie od teploty.