Ang pangunahing aparato ng isang scintillation counter ay medyo simple. Ang isang radioactive particle ay tumama sa scintillator, bilang isang resulta kung saan ang mga molekula nito ay pumasa sa isang nasasabik na estado. Kasunod nito, ang kanilang pagbabalik sa pangunahing estado ng enerhiya sinamahan ng paglabas ng isang photon, na nakarehistro ng detector. Kaya, ang bilang ng mga flashes (scintillations) ay proporsyonal sa bilang ng mga hinihigop na radioactive particle. Sinusukat ang intensity radiation ng photon pagkatapos ay na-convert sa intensity ng radiation ng mga radioactive particle.
Ang mga counter ng scintillation ay isang alternatibo sa mga device na may mga counter ng Geiger-Muller, habang mayroon silang ilang makabuluhang bentahe kaysa sa huli. Ang kahusayan ng pagpaparehistro ng gamma radiation sa kanilang tulong ay umabot sa 100%. Gayunpaman, hindi ito ang pinakamahalagang bagay. Ang pangunahing bagay ay na sa kanilang tulong maaari kang magrehistro ng beta at kahit alpha radiation. Tulad ng nalalaman, ang mga particle ng alpha, na ipinahayag sa mga tuntunin ng nuclear physics, ay mabigat, ang kanilang hanay kahit na sa hangin ay sentimetro lamang, at ang isang sheet ng plain paper na nakalagay sa kanilang landas ay ganap na sumisipsip sa kanila. Siyempre, ang pagpaparehistro ng naturang mga particle sa tulong ng isang gas discharge tube ay wala sa tanong; ang mga particle na ito ay hindi maaaring tumagos sa mga dingding nito. Ang mga liquid scintillation counter, mga liquid scintillator device, ay sumagip. Ang radioactive sample ay ipinapasok sa cuvette na may scintillator solution at pagkatapos ay inilagay sa counter. Sa ganoong sitwasyon, ang isang radioactive particle, na iniiwan ang molekula ng sample sa ilalim ng pag-aaral, ay agad na bumangga sa mga molekula ng scintillator na nakapalibot dito, at pagkatapos ay ang lahat ng inilarawan sa itaas.
Ang mga scintillation counter ay malawakang ginagamit sa medisina at radiobiology. Ang pinakasikat sa buong mundo ay ang mga device mula sa mga American manufacturer na sina Beckman Coulter at Perkin Elmer.
Sa aming portal mahahanap mo ang mga scintillation counter sa pamamagitan ng paborableng presyo. Kung hindi mo mahanap ang gustong ad sa "Mga Alok mula sa mga indibidwal" sa kategorya, pagkatapos ay sumangguni sa parehong kategorya sa seksyong "Mga Alok ng mga kumpanya" o simulan ang iyong paghahanap gamit ang .
- Paano gumagana ang isang scintillation counter
- Mga scintillator
- Mga photomultiplier
- Mga disenyo ng scintillation counter
- Mga katangian ng mga scintillation counter
- Mga halimbawa ng paggamit ng mga scintillation counter
- Listahan ng ginamit na panitikan
MGA SCINTILLATION COUNTERS
Ang paraan ng pag-detect ng mga naka-charge na particle sa pamamagitan ng pagbibilang ng mga flash ng liwanag na nangyayari kapag tumama ang mga particle na ito sa isang zinc sulfide (ZnS) screen ay isa sa mga unang paraan para sa pag-detect ng nuclear radiation.
Noong unang bahagi ng 1903, ipinakita ng Crookes at ng iba pa na kung ang isang zinc sulfide screen na irradiated na may a-particles ay titingnan sa pamamagitan ng magnifying glass sa isang madilim na silid, mapapansin ng isa ang hitsura ng mga indibidwal na panandaliang pagkislap ng liwanag - mga scintillation. Napag-alaman na ang bawat isa sa mga scintillation na ito ay nilikha ng isang hiwalay na a-particle na tumatama sa screen. Gumawa ang Crookes ng isang simpleng device na tinatawag na Crookes spinthariscope, na idinisenyo upang magbilang ng a-particles.
Ang visual scintillation method ay kasunod na ginamit pangunahin para sa pag-detect ng mga a-particle at proton na may enerhiya na ilang milyong electron volts. Hindi posible na magrehistro ng mga indibidwal na mabilis na electron, dahil nagiging sanhi sila ng napakahinang mga scintillation. Minsan, kapag ang isang zinc sulfide screen ay na-irradiated na may mga electron, posible na mag-obserba ng mga flash, ngunit ito ay nangyari lamang kapag sapat na. malaking numero mga electron.
Ang gamma ray ay hindi nagdudulot ng anumang pagkislap sa screen, na lumilikha lamang ng pangkalahatang glow. Ginagawa nitong posible na makita ang mga a-particle sa pagkakaroon ng malakas na g-radiation.
Ginagawang posible ng visual scintillation method na magrehistro ng napakaliit na bilang ng mga particle kada yunit ng oras. Pinakamahusay na mga kondisyon para sa pagbibilang ng mga scintillation ay nakukuha kapag ang kanilang bilang ay nasa pagitan ng 20 at 40 bawat minuto. Siyempre, ang pamamaraan ng pagkislap ay subjective, at ang mga resulta ay nakasalalay sa ilang lawak mga indibidwal na katangian eksperimento.
Sa kabila ng mga pagkukulang nito, may papel ang visual scintillation method malaking papel sa pagbuo ng nuclear at atomic physics. Ginamit ito ni Rutherford upang irehistro ang mga a-particle habang sila ay nakakalat ng mga atomo. Ang mga eksperimentong ito ang nagbunsod kay Rutherford sa pagtuklas ng nucleus. Sa kauna-unahang pagkakataon, ginawang posible ng visual na pamamaraan na makita ang mga mabilis na proton na na-knock out mula sa nitrogen nuclei kapag binomba ng a-particle, i.e. unang artipisyal na fission ng nucleus.
Ang paraan ng visual scintillation ay nagkaroon pinakamahalaga hanggang sa tatlumpu't tatlumpu, nang ang paglitaw ng mga bagong pamamaraan para sa pagtatala ng nuclear radiation ay nagpalimot sa kanya ng ilang panahon. Ang pamamaraan ng pagpaparehistro ng scintillation ay muling binuhay noong huling bahagi ng apatnapu't ng siglo XX noong bagong batayan. Sa oras na ito, ang mga photomultiplier tubes (PMTs) ay nabuo na na naging posible upang mairehistro ang napakahinang mga pagkislap ng liwanag. Ang mga counter ng scintillation ay nilikha, sa tulong kung saan posible na taasan ang rate ng pagbibilang ng 108 o mas maraming beses kumpara sa visual na pamamaraan, at posible ring magrehistro at mag-analisa sa mga tuntunin ng enerhiya na parehong sisingilin ang mga particle at neutron at g-ray.
§ 1. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng scintillation counter
Ang scintillation counter ay isang kumbinasyon ng isang scintillator (phosphorus) at isang photomultiplier tube (PMT). Kasama rin sa counter kit ang PMT power supply at radio equipment na nagbibigay ng amplification at registration ng PMT pulses. Minsan ang kumbinasyon ng posporus sa PMT ay ginawa sa pamamagitan ng isang espesyal optical system(gabay sa liwanag).
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng scintillation counter ay ang mga sumusunod. Ang isang charged particle na pumapasok sa scintillator ay gumagawa ng ionization at excitation ng mga molecule nito, na, pagkatapos ng isang napaka maikling panahon (10-6- 10-9 seg ) pumunta sa isang matatag na estado sa pamamagitan ng paglabas ng mga photon. May kislap ng liwanag (scintillation). Ang ilan sa mga photon ay tumama sa PMT photocathode at nagpatumba ng mga photoelectron mula dito. Ang huli, sa ilalim ng pagkilos ng boltahe na inilapat sa PMT, ay nakatutok at nakadirekta sa unang elektrod (dynode) ng electron multiplier. Dagdag pa, bilang isang resulta ng pangalawang paglabas ng elektron, ang bilang ng mga electron ay tumataas tulad ng isang avalanche, at isang pulso ng boltahe ay lilitaw sa output ng PMT, na pagkatapos ay pinalakas at naitala ng mga kagamitan sa radyo.
Ang amplitude at tagal ng output pulse ay tinutukoy ng mga katangian ng parehong scintillator at PMT.
Bilang posporus ay ginagamit:
mga organikong kristal,
Mga likidong organikong scintillator,
matigas na plastic scintillator,
mga gas scintillator.
Ang mga pangunahing katangian ng mga scintillator ay: light output, parang multo na komposisyon radiation at tagal ng scintillations.
Kapag ang isang sisingilin na butil ay dumaan sa isang scintillator, isang tiyak na bilang ng mga photon na may isang enerhiya o iba pang lumabas dito. Ang ilan sa mga photon na ito ay masisipsip sa dami ng scintillator mismo, at iba pang mga photon na may medyo mas mababang enerhiya ay ilalabas sa halip. Bilang resulta ng mga proseso ng reabsorption, lalabas ang mga photon, ang spectrum nito ay katangian ng isang naibigay na scintillator.
Ang light output o conversion efficiency ng scintillator c ay ang ratio ng light flash energy , pagpunta sa labas, sa dami ng enerhiya E may charge na particle na nawala sa scintillator
saan - ang average na bilang ng mga photon na lumalabas, - average na enerhiya mga photon. Ang bawat scintillator ay hindi naglalabas ng monoenergetic quanta, ngunit isang tuluy-tuloy na spectrum na katangian ng scintillator na ito.
Napakahalaga na ang spectrum ng mga photon na lumalabas mula sa scintillator ay nag-tutugma o hindi bababa sa bahagyang magkakapatong sa spectral na katangian ng photomultiplier.
Ang antas ng overlap ng panlabas na scintillation spectrum na may spectral na tugon. ng PMT na ito ay tinutukoy ng pagtutugma ng koepisyent
nasaan ang panlabas na spectrum ng scintillator o ang spectrum ng mga photon na lumalabas sa scintillator. Sa pagsasagawa, kapag inihambing ang mga scintillator na pinagsama sa data ng PMT, ipinakilala ang konsepto ng kahusayan ng scintillation, na tinutukoy ng sumusunod na expression:
saan ako 0 - maximum na halaga ng intensity ng scintillation; t - pare-pareho ang oras ng pagkabulok, na tinukoy bilang ang oras kung kailan bumababa ang intensity ng scintillation e minsan.
Bilang ng mga light photon n , ibinubuga sa paglipas ng panahon t pagkatapos ng hit ng nakitang particle, ay ipinahayag ng formula
saan- kabuuang bilang mga photon na ibinubuga sa panahon ng proseso ng scintillation.
Ang mga proseso ng luminescence (glow) ng phosphorus ay nahahati sa dalawang uri: fluorescence at phosphorescence. Kung ang pagkislap ay nangyayari nang direkta sa panahon ng paggulo o sa isang panahon ng pagkakasunud-sunod ng 10-8 sec, ang proseso ay tinatawag na fluorescence. Pagitan 10-8 sec pinili dahil ito ay katumbas sa pagkakasunud-sunod ng magnitude sa buhay ng isang atom sa isang nasasabik na estado para sa tinatawag na pinapayagang mga transition.
Kahit na ang spectra at tagal ng fluorescence ay hindi nakasalalay sa uri ng paggulo, ang ani ng fluorescence ay mahalagang nakasalalay dito. Kaya, kapag ang isang kristal ay nasasabik ng a-particle, ang fluorescence yield ay halos isang order ng magnitude na mas mababa kaysa kapag ito ay photoexcited.
Ang Phosphorescence ay nauunawaan bilang luminescence, na nagpapatuloy sa loob ng mahabang panahon pagkatapos ng pagwawakas ng paggulo. Ngunit ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng fluorescence at phosphorescence ay hindi ang tagal ng afterglow. Ang Phosphorescence ng mga crystal phosphors ay nagmumula sa recombination ng mga electron at mga butas na lumitaw sa panahon ng paggulo. Sa ilang mga kristal, ang afterglow ay maaaring pahabain dahil sa ang katunayan na ang mga electron at butas ay nakukuha ng "mga bitag", kung saan maaari silang mailabas lamang pagkatapos makatanggap ng karagdagang enerhiya. ang kinakailangang enerhiya. Samakatuwid, ang pag-asa ng tagal ng phosphorescence sa temperatura ay halata. Sa kaso ng kumplikado mga organikong molekula Ang phosphorescence ay nauugnay sa kanilang presensya sa isang metastable na estado, ang posibilidad ng paglipat mula sa kung saan patungo sa ground state ay maaaring maliit. At sa kasong ito, ang pag-asa ng rate ng pagkabulok ng phosphorescence sa temperatura ay masusunod.
§ 2. Mga Scintillator
Mga inorganikong scintillator . Ang mga inorganikong scintillator ay mga kristal mga di-organikong asin. Praktikal na paggamit sa scintillation technique ay may pangunahing halogen compound ng ilan mga metal na alkali.
Ang proseso ng pagbuo ng scintillation ay maaaring ilarawan gamit teorya ng sona matibay na katawan. Sa isang hiwalay na atom na hindi nakikipag-ugnayan sa iba, ang mga electron ay matatagpuan sa mahusay na tinukoy na discrete mga antas ng enerhiya. Sa isang solid, ang mga atomo ay nasa malapit na distansya, at ang kanilang pakikipag-ugnayan ay medyo malakas. Salamat sa pakikipag-ugnayan na ito, ang mga antas ng panlabas mga shell ng elektron hatiin at bumuo ng mga zone na pinaghihiwalay sa isa't isa ng mga gaps ng banda. Ang pinakalabas na pinapayagang banda na puno ng mga electron ay ang valence band. Sa itaas nito ay isang libreng zone - ang banda ng pagpapadaloy. Sa pagitan ng valence band at ng conduction band ay may band gap, ang lapad ng enerhiya na kung saan ay ilang electron volts.
Kung ang kristal ay naglalaman ng anumang mga depekto, mga kaguluhan sa sala-sala, o mga atomo ng karumihan, kung gayon sa kasong ito, ang hitsura ng mga antas ng elektronikong enerhiya na matatagpuan sa gap ng banda ay posible. Sa ilalim ng panlabas na pagkilos, halimbawa, kapag ang isang mabilis na sisingilin na particle ay dumaan sa isang kristal, ang mga electron ay maaaring dumaan mula sa valence band patungo sa conduction band. Mananatili sa valence band mga bakante, na may mga katangian ng positively charged na mga particle na may unit charge at tinatawag na mga butas.
Ang inilarawan na proseso ay ang proseso ng paggulo ng kristal. Ang paggulo ay inalis sa pamamagitan ng reverse transition ng mga electron mula sa conduction band patungo sa valence band, at ang rekomendasyon ng mga electron at hole ay nangyayari. Sa maraming mga kristal, ang paglipat ng isang electron mula sa pagpapadaloy sa valence band ay nangyayari sa pamamagitan ng mga intermediate luminescent center, ang mga antas nito ay nasa band gap. Ang mga sentrong ito ay dahil sa pagkakaroon ng mga depekto o impurity atoms sa kristal. Sa panahon ng paglipat ng mga electron sa dalawang yugto, ang mga photon ay ibinubuga na may enerhiya na mas maliit kaysa sa band gap. Para sa mga naturang photon, ang posibilidad ng pagsipsip sa kristal mismo ay maliit, at samakatuwid ang liwanag na output para dito ay mas malaki kaysa para sa isang dalisay, undoped na kristal.
Sa pagsasagawa, upang madagdagan ang liwanag na output ng mga inorganic scintillator, ang mga espesyal na impurities ng iba pang mga elemento, na tinatawag na mga activator, ay ipinakilala. Halimbawa, ang thallium ay ipinakilala bilang isang activator sa isang kristal na sodium iodide. Ang scintillator batay sa NaJ(Tl) na kristal ay may mataas na liwanag na output. Ang NaJ(Tl) scintillator ay may malaking pakinabang sa mga counter na puno ng gas:
higit na kahusayan pagpaparehistro ng mga g-ray (na may malalaking kristal, ang kahusayan sa pagpaparehistro ay maaaring umabot sa sampu-sampung porsyento);
maikling tagal ng scintillation (2.5 10-7 sec);
linear na koneksyon sa pagitan ng amplitude ng pulso at ang dami ng enerhiya na nawala ng sisingilin na particle.
Ang huling ari-arian ay nangangailangan ng ilang paliwanag. Ang liwanag na output ng scintillator ay may ilang pag-asa sa tiyak na pagkawala ng enerhiya ng isang sisingilin na particle.
Sa napaka malalaking dami ang mga makabuluhang paglabag ay posible. kristal na sala-sala scintillator, na humahantong sa paglitaw ng mga lokal na sentro ng pagsusubo. Ang sitwasyong ito ay maaaring humantong sa isang relatibong pagbaba sa liwanag na output. Sa katunayan, ang mga eksperimentong katotohanan ay nagpapahiwatig na para sa mabibigat na mga particle ang ani ay hindi linear, at linear dependence nagsisimulang magpakita ng sarili lamang sa isang enerhiya na ilang milyong electron volts. Ipinapakita ng Figure 1 ang mga dependence curves E: curve 1 para sa mga electron, curve 2 para sa isang particle.
Bilang karagdagan sa ipinahiwatig na alkali halide scintillators, ang iba pang mga inorganic na kristal ay minsan ginagamit: ZnS (Tl), CsJ (Tl), CdS (Ag), CaWO4, CdWO4, atbp.
Mga organikong mala-kristal na scintillator. Ang mga puwersa ng pagbubuklod ng molekular sa mga organikong kristal ay maliit kumpara sa mga puwersang kumikilos sa mga di-organikong kristal. Samakatuwid, ang mga nakikipag-ugnay na molekula ay halos hindi nakakagambala sa enerhiya mga antas ng elektroniko bawat isa at ang proseso ng luminescence ng isang organikong kristal ay isang proseso na katangian ng mga indibidwal na molekula. Sa ground electronic state, ang molekula ay may ilan mga antas ng panginginig ng boses. Sa ilalim ng impluwensya ng nakitang radiation, ang molekula ay pumasa sa isang nasasabik elektronikong estado, na tumutugma din sa ilang antas ng vibrational. Posible rin ang ionization at dissociation ng mga molekula. Bilang resulta ng recombination ng isang ionized molecule, karaniwan itong nabuo sa isang excited na estado. Sa una nasasabik na molekula maaaring nasa mataas na antas kaguluhan at pagkatapos ng maikling panahon (~10-11 seg) naglalabas ng mataas na enerhiyang photon. Ang photon na ito ay hinihigop ng isa pang molekula, at ang bahagi ng enerhiya ng paggulo ng molekula na ito ay maaaring gastusin thermal motion at ang kasunod na ibinubuga na photon ay magkakaroon ng mas mababang enerhiya kaysa sa nauna. Pagkatapos ng ilang mga siklo ng paglabas at pagsipsip, ang mga molekula ay nabuo na nasa unang antas ng nasasabik; naglalabas sila ng mga photon, ang enerhiya nito ay maaaring hindi na sapat upang pukawin ang iba pang mga molekula, at sa gayon ang kristal ay magiging transparent sa umuusbong na radiation.
kanin. 2. Pag-asa ng liwanag na output
anthracene mula sa enerhiya hanggang sa iba't ibang particle.
Salamat kay karamihan ng ang enerhiya ng paggulo ay ginugol sa thermal motion, ang liwanag na output (kahusayan ng conversion) ng kristal ay medyo maliit at mga halaga sa ilang porsyento.
Para sa pagpaparehistro ng nuclear radiation, ang mga sumusunod na organic na kristal ay pinaka-malawak na ginagamit: anthracene, stilbene, naphthalene. Ang Anthracene ay may medyo mataas na liwanag na output (~4%) at isang maikling oras ng pagkinang (3 10-8 seg). Ngunit kapag nagrerehistro ng mabibigat na sisingilin na mga particle, ang isang linear na pag-asa ng intensity ng scintillation ay sinusunod lamang sa isang medyo mataas na enerhiya mga particle.
Sa fig. Ipinapakita ng Figure 2 ang mga graph ng dependence ng light output c (sa arbitrary units) sa enerhiya ng mga electron 1, protons 2 , deuteron 3 at a-particle 4 .
Stilbene, bagama't mayroon itong bahagyang mas mababang ilaw na output kaysa sa anthracene, ngunit ang tagal ng scintillation ay mas maikli (7 10-9 seg), kaysa sa anthracene, na ginagawang posible na gamitin ito sa mga eksperimentong iyon kung saan kinakailangan ang pagpaparehistro ng napakatinding radiation.
mga plastic scintillator. Ang mga plastic scintillator ay mga solidong solusyon ng fluorescent organic compound sa isang angkop na transparent substance. Halimbawa, ang mga solusyon ng anthracene o stilbene sa polystyrene o plexiglass. Ang mga konsentrasyon ng dissolved fluorescent substance ay karaniwang mababa, ilang ikasampu ng isang porsyento o ilang porsyento.
Dahil mayroong higit na solvent kaysa sa dissolved scintillator, kung gayon, siyempre, ang rehistradong particle ay pangunahing gumagawa ng paggulo ng mga solvent na molekula. Ang enerhiya ng paggulo ay kasunod na inilipat sa mga molekula ng scintillator. Malinaw, ang emission spectrum ng solvent ay dapat na mas mahirap kaysa sa absorption spectrum ng solute, o kahit na tugma sa kanya. Ang mga eksperimentong katotohanan ay nagpapakita na ang enerhiya ng paggulo ng solvent ay inililipat sa mga molekula ng scintillator dahil sa mekanismo ng photon, ibig sabihin, ang mga molekula ng solvent ay naglalabas ng mga photon, na pagkatapos ay hinihigop ng mga molekula ng solute. Ang isa pang mekanismo para sa paglipat ng enerhiya ay posible rin. Dahil ang konsentrasyon ng scintillator ay mababa, ang solusyon ay halos transparent sa nagresultang radiation ng scintillator.
Ang mga plastic scintillator ay may makabuluhang pakinabang kaysa sa mga organic na crystalline scintillator:
Ang kakayahang gumawa ng mga scintillator ay napaka malalaking sukat;
Ang posibilidad ng pagpapasok ng mga spectrum mixer sa scintillator upang makamit ang mas mahusay na pagtutugma ng luminescence spectrum nito na may spectral na katangian ng photocathode;
Posibilidad ng pagpapakilala sa scintillator iba't ibang sangkap kinakailangan sa mga espesyal na eksperimento (halimbawa, sa pag-aaral ng mga neutron);
Posibilidad ng paggamit ng mga plastic scintillator sa vacuum;
maikling oras ng pagkinang (~3 10-9 seg). Ang mga plastic scintillator na inihanda sa pamamagitan ng pagtunaw ng anthracene sa polystyrene ay may pinakamataas na output ng liwanag. Ang isang solusyon ng stilbene sa polystyrene ay mayroon ding magagandang katangian.
Mga likidong organikong scintillator. Ang mga likidong organic scintillator ay mga solusyon ng mga organic na scintillator sa ilang mga likidong organikong solvent.
Ang mekanismo ng fluorescence sa mga likidong scintillator ay katulad ng mekanismo na nangyayari sa mga solidong solusyon-scintillator.
Ang Xylene, toluene, at phenylcyclohexane ay naging pinakaangkop na solvents, habang ang p-terphenyl, diphenyloxazole, at tetraphenylbutadiene ay naging pinakaangkop na solvent. Ang scintillator na ginawa sa pamamagitan ng dissolving
p-terphenyl sa xylene sa isang solute na konsentrasyon na 5 g/l.
Ang pangunahing bentahe ng mga likidong scintillator:
Posibilidad ng paggawa ng malalaking volume;
Posibilidad ng pagpapakilala sa scintillator ng mga sangkap na kinakailangan sa mga espesyal na eksperimento;
Maikling tagal ng flash ( ~3 10-9seg).
mga gas scintillator. Kapag ang mga sisingilin na particle ay dumaan sa iba't ibang mga gas, ang hitsura ng mga scintillation ay naobserbahan sa kanila. Ang mabibigat na noble gas (xenon at krypton) ay may pinakamataas na liwanag na output. Ang pinaghalong xenon at helium ay mayroon ding mataas na liwanag na output. Ang pagkakaroon ng 10% xenon sa helium ay nagbibigay ng liwanag na output na mas malaki pa kaysa sa purong xenon (Larawan 3). Ang mga maliliit na impurities ng iba pang mga gas ay bahagyang binabawasan ang intensity ng mga scintillation sa mga noble gas.
kanin. 3. Pagdepende sa liwanag na output ng gas
scintillator sa ratio ng pinaghalong helium at xenon.
Ipinakita sa eksperimento na ang tagal ng pagkislap sa mga noble gas ay maikli (10-9 -10-8 seg), at ang intensity ng flashes in malawak na saklaw ay proporsyonal sa nawalang enerhiya ng mga nakarehistrong particle at hindi nakasalalay sa kanilang masa at singil. Ang mga gas scintillator ay may mababang sensitivity sa g-radiation.
Ang pangunahing bahagi ng luminescence spectrum ay nasa malayong ultraviolet na rehiyon, kaya ang mga light converter ay ginagamit upang tumugma sa spectral sensitivity ng photomultiplier. Ang huli ay dapat magkaroon ng isang mataas na rate ng conversion, optical transparency sa manipis na mga layer, mababang pagkalastiko puspos na singaw pati na rin ang mekanikal at kemikal na pagtutol. Bilang mga materyales para sa mga light converter, iba't ibang mga organikong compound, Halimbawa:
diphenylstilbene (episyente ng conversion tungkol sa 1);
P1p'-quaterphenyl (~1);
anthracene (0.34), atbp.
Ang light converter ay idineposito sa isang manipis na layer sa photomultiplier photocathode. Isang mahalagang parameter ng isang light converter ay ang oras ng flash nito. Kaugnay nito, ang mga organic na nagko-convert ay lubos na kasiya-siya (10-9 sec o ilang unit para sa 10-9 seg). Upang madagdagan ang koleksyon ng liwanag, ang mga panloob na dingding ng silid ng scintillator ay karaniwang pinahiran ng mga light reflector (MgO, enamel batay sa titanium oxide, fluoroplastic, aluminum oxide, atbp.).
§ 3. Mga multiplier ng photoelectronic
Ang mga pangunahing elemento ng PMT ay: photocathode, focusing system, multiplier system (dynodes), anode (collector). Ang lahat ng mga elementong ito ay matatagpuan sa isang lalagyan ng salamin na inilikas sa isang mataas na vacuum (10-6 mmHg.).
Para sa mga layunin ng nuclear radiation spectrometry, ang photocathode ay karaniwang matatagpuan sa loobang bahagi patag na dulo na bahagi ng lalagyan ng PMT. Bilang materyal ng photocathode, pinipili ang isang substance na sapat na sensitibo sa liwanag na ibinubuga ng mga scintillator. Ang pinakalaganap ay ang antimony-cesium photocathodes, ang pinakamataas na spectral sensitivity na nasa l = 3900¸4200 A, na tumutugma sa maxima ng luminescence spectra ng maraming scintillators.
kanin. 4. Schematic diagram ng PMT.
Ang isa sa mga katangian ng isang photocathode ay ang quantum yield nito, ibig sabihin, ang posibilidad ng isang photoelectron na ma-ejected ng isang photon na tumama sa photocathode. Ang halaga ng e ay maaaring umabot sa 10-20%. Ang mga katangian ng photocathode ay nailalarawan din ng integral sensitivity, na siyang ratio ng photocurrent. (mka) sa insidente sa photocathode luminous flux (lm).
Ang photocathode ay inilapat sa salamin bilang isang manipis na translucent layer. Ang kapal ng layer na ito ay makabuluhan. Sa isang banda, para sa isang malaking pagsipsip ng liwanag, ito ay dapat na makabuluhan, sa kabilang banda, ang mga umuusbong na photoelectron, na may napakababang enerhiya, ay hindi makakaalis sa makapal na layer at ang epektibong quantum yield ay maaaring lumabas sa maging maliit. Samakatuwid, ang pinakamainam na kapal ng photocathode ay napili. Mahalaga rin na tiyakin ang isang pare-parehong kapal ng photocathode upang ang sensitivity nito ay pareho sa buong lugar. Sa scintillation g-spectrometry, kadalasang kinakailangan na gumamit ng malalaking solid scintillator, kapwa sa kapal at lapad. Samakatuwid, nagiging kinakailangan na gumawa ng mga photomultiplier na may malalaking diameter ng photocathode. Sa mga domestic photomultiplier, ang mga photocathode ay ginawa na may diameter mula sa ilang sentimetro hanggang 15¸20 cm. Ang mga photoelectron na natanggal sa photocathode ay dapat na nakatutok sa unang multiplier electrode. Para sa layuning ito, ginagamit ang isang electrostatic lens system, na isang serye ng mga nakatutok na diaphragms. Upang makakuha ng magandang temporal na katangian ng PMT, mahalagang lumikha ng ganitong sistema ng pagtutok na ang mga electron ay tumama sa unang dynode na may pinakamababang pagkalat ng oras. Ipinapakita ng Figure 4 ang isang eskematiko na pag-aayos ng isang photomultiplier. Ang mataas na boltahe na nagbibigay ng PMT ay konektado sa cathode na may negatibong poste at ipinamamahagi sa pagitan ng lahat ng mga electrodes. Tinitiyak ng potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng cathode at diaphragm ang pagtutok ng mga photoelectron sa unang multiplying electrode. Ang pagpaparami ng mga electrodes ay tinatawag na dynodes. Ang mga dynode ay ginawa mula sa mga materyales na ang pangalawang emission coefficient ay mas malaki kaysa sa pagkakaisa (s>1). Sa mga domestic PMT, ang mga dynode ay ginawa alinman sa anyo ng hugis ng labangan (Larawan 4) o sa anyo ng mga blind. Sa parehong mga kaso, ang mga dynode ay nakaayos sa isang linya. Posible rin ang annular arrangement ng dynodes. Ang mga PMT na may hugis-singsing na dynode system ay may pinakamagandang katangian ng oras. Ang nagpapalabas na layer ng dynodes ay isang layer ng antimony at cesium o isang layer ng mga espesyal na haluang metal. Pinakamataas na halaga s para sa antimony-cesium emitters ay nakakamit sa isang electron energy na 350¸400 ev, at para sa mga naglalabas ng haluang metal - sa 500¸550 ev. Sa unang kaso s= 12¸14, sa pangalawang s=7¸10. Sa mga mode ng pagpapatakbo ng PMT, ang halaga ng s ay medyo mas maliit. Ang medyo magandang re-emission factor ay s= 5.
Nakatuon ang mga photoelectron sa unang dynode na nagpatumba ng mga pangalawang electron mula dito. Ang bilang ng mga electron na umaalis sa unang dynode ay ilang beses mas maraming numero mga photoelectron. Ang lahat ng mga ito ay ipinadala sa pangalawang dynode, kung saan ang mga pangalawang electron ay na-knock out din, atbp., mula sa dynode hanggang dynode, ang bilang ng mga electron ay tumataas ng s beses.
Kapag dumadaan sa buong sistema ng mga dynode, ang electron flux ay tumataas ng 5-7 na mga order ng magnitude at pumapasok sa anode - ang pagkolekta ng elektrod ng PMT. Kung ang PMT ay gumagana sa kasalukuyang mode, ang anode circuit ay may kasamang mga device na nagpapalaki at sumusukat sa kasalukuyang. Kapag nagrerehistro ng nuclear radiation, kadalasang kinakailangan upang sukatin ang bilang ng mga pulso na lumitaw sa ilalim ng impluwensya ng mga ionizing particle, pati na rin ang amplitude ng mga pulso na ito. Sa mga kasong ito, ang isang pagtutol ay kasama sa anode circuit, kung saan nangyayari ang isang boltahe na pulso.
Isang mahalagang katangian Ang PMT ay ang multiplication factor M. Kung ang halaga ng s para sa lahat ng mga dynode ay pareho (na may buong koleksyon ng mga electron sa mga dynode), at ang bilang ng mga dynode ay katumbas ng n , pagkatapos
Ang A at B ay mga pare-pareho, ang u ay ang enerhiya ng elektron. salik ng pagpaparami M hindi katumbas ng koepisyent pagpapalakas M", na nagpapakilala sa ratio ng kasalukuyang sa output ng PMT sa kasalukuyang umaalis sa katod
M" =CM,
saan Sa<1 - electron collection coefficient na nagpapakilala sa kahusayan ng photoelectron collection sa unang dynode.
Napakahalaga na ang pakinabang ay pare-pareho. M" PMT pareho sa oras at may pagbabago sa bilang ng mga electron na lumalabas mula sa photo cathode. Ginagawang posible ng huling pangyayari na gumamit ng mga scintillation counter bilang mga nuclear radiation spectrometer.
Sa panghihimasok sa mga photomultiplier. Sa mga scintillation counter, kahit na sa kawalan ng panlabas na pag-iilaw, ang isang malaking bilang ng mga pulso ay maaaring lumitaw sa output ng PMT. Ang mga pulso na ito ay karaniwang may maliliit na amplitude at tinatawag na noise pulse. Ang pinakamalaking bilang ng mga pulso ng ingay ay dahil sa hitsura ng mga thermoelectron mula sa photocathode o kahit na mula sa mga unang dynode. Ang pagpapalamig ay kadalasang ginagamit upang mabawasan ang ingay ng PMT. Kapag nagrerehistro ng radiation na lumilikha ng malalaking amplitude na pulso, ang isang discriminator ay kasama sa recording circuit na hindi nagpapadala ng mga pulso ng ingay.
kanin. 5. Scheme para sa pagpigil sa ingay ng PMT.
1. Kapag nagrerehistro ng mga pulso na ang amplitude ay maihahambing sa ingay, makatuwirang gumamit ng isang scintillator na may dalawang PMT na kasama sa coincidence circuit (Larawan 5). Sa kasong ito, nangyayari ang isang temporal na seleksyon ng mga pulso na nagmumula sa nakitang particle. Sa katunayan, ang isang flash ng liwanag na lumitaw sa scintillator mula sa isang nakarehistrong particle ay sabay-sabay na tatama sa mga fluorocathodes ng parehong PMT, at ang mga pulso ay sabay-sabay na lilitaw sa kanilang output, na pinipilit ang coincidence circuit na gumana. Irerehistro ang particle. Ang mga pulso ng ingay sa bawat isa sa mga PMT ay lilitaw nang hiwalay sa isa't isa at kadalasan ay hindi mairerehistro ng coincidence circuit. Ginagawang posible ng pamamaraang ito na bawasan ang intrinsic na background ng PMT sa pamamagitan ng 2–3 order ng magnitude.
Ang bilang ng mga pulso ng ingay ay tumataas sa inilapat na boltahe, sa una ay dahan-dahan, pagkatapos ay tumataas nang husto. Ang dahilan para sa matalim na pagtaas na ito sa background ay ang paglabas ng patlang mula sa matalim na mga gilid ng mga electrodes at ang hitsura ng isang ionic na feedback sa pagitan ng huling mga dynode at ang PMT photocathode.
Sa rehiyon ng anode, kung saan ang kasalukuyang density ay pinakamataas, ang glow ng parehong natitirang gas at mga materyales sa istruktura ay maaaring mangyari. Ang nagreresultang mahinang glow, pati na rin ang ionic na feedback, ay nagiging sanhi ng paglitaw ng tinatawag na kasamang mga pulso, na 10-8 ¸10-7 ang pagitan sa oras mula sa mga pangunahing. sec.
§ 4. Mga disenyo ng scintillation counter
Ang mga sumusunod na kinakailangan ay ipinapataw sa mga disenyo ng mga scintillation counter:
Pinakamahusay na koleksyon ng liwanag ng scintillation sa photocathode;
Unipormeng pamamahagi ng liwanag sa ibabaw ng photocathode;
Pagdidilim mula sa liwanag ng mga panlabas na mapagkukunan;
Walang impluwensya ng magnetic field;
Ang katatagan ng nakuha ng PMT.
Kapag nagtatrabaho sa mga counter ng scintillation, palaging kinakailangan upang makamit ang pinakamataas na ratio ng amplitude ng mga pulso ng signal sa amplitude ng mga pulso ng ingay, na pinipilit ang pinakamainam na paggamit ng mga intensidad ng flash na nagmumula sa scintillator. Karaniwan, ang scintillator ay naka-pack sa isang metal na lalagyan na sarado sa isang dulo na may flat glass. Sa pagitan ng lalagyan at ng scintillator ay inilalagay ang isang layer ng materyal na sumasalamin sa liwanag at nag-aambag sa pinakakumpletong paglabas nito. Magnesium oxide (0.96), titanium dioxide (0.95), dyipsum (0.85-0.90) ang may pinakamataas na reflectivity, ginagamit din ang aluminyo (0.55-0.85).
Ang partikular na atensyon ay dapat bayaran sa maingat na packaging ng hygroscopic scintillators. Kaya, halimbawa, ang pinakakaraniwang ginagamit na phosphorus NaJ (Tl) ay napaka-hygroscopic at kapag ang kahalumigmigan ay tumagos dito, ito ay nagiging dilaw at nawawala ang mga katangian ng scintillation.
Ang mga plastik na scintillator ay hindi kailangang ilagay sa mga lalagyan ng airtight, ngunit maaaring maglagay ng reflector sa paligid ng scintillator upang madagdagan ang koleksyon ng liwanag. Ang lahat ng solid scintillator ay dapat may output window sa isang dulo, na konektado sa photomultiplier photocathode. Maaaring may malaking pagkawala ng scintillation light intensity sa junction. Upang maiwasan ang mga pagkalugi na ito, ang Canadian balsam, mineral o silicone na langis ay ipinakilala sa pagitan ng scintillator at PMT, at ang optical contact ay nilikha.
Sa ilang mga eksperimento, halimbawa, kapag sumusukat sa vacuum, sa magnetic field, sa malakas na larangan ng ionizing radiation, ang scintillator ay hindi maaaring direktang ilagay sa PMT photocathode. Sa ganitong mga kaso, isang light guide ang ginagamit upang magpadala ng liwanag mula sa scintillator patungo sa photocathode. Bilang mga light guide, ginagamit ang mga pinakintab na rod na gawa sa mga transparent na materyales - tulad ng lucite, plexiglass, polystyrene, pati na rin ang metal o plexiglass tubes na puno ng transparent na likido. Ang pagkawala ng liwanag sa isang light guide ay nakasalalay sa mga geometric na sukat nito at sa materyal. Sa ilang mga eksperimento, kinakailangan na gumamit ng mga curved light guide.
Mas mainam na gumamit ng mga light guide na may malaking radius ng curvature. Ginagawang posible rin ng mga light guide na ipahayag ang mga scintillator at PMT na may iba't ibang diameter. Sa kasong ito, ginagamit ang mga light guide na hugis kono. Ang PMT ay pinagsama sa likidong scintillator alinman sa pamamagitan ng isang light guide o sa pamamagitan ng direktang kontak sa likido. Ang Figure 6 ay nagpapakita ng isang halimbawa ng isang PMT joint na may likidong scintillator. Sa iba't ibang mga operating mode, ang PMT ay binibigyan ng boltahe mula 1000 hanggang 2500 sa. Dahil ang pakinabang ng PMT ay nakasalalay nang husto sa boltahe, ang kasalukuyang pinagmumulan ng supply ay dapat na maayos na nagpapatatag. Bilang karagdagan, posible ang self-stabilization.
Ang PMT ay pinapagana ng isang divider ng boltahe, na nagpapahintulot sa bawat elektrod na mabigyan ng naaangkop na potensyal. Ang negatibong poste ng pinagmumulan ng kuryente ay konektado sa photocathode at sa isa sa mga dulo ng divider. Ang positive pole at ang kabilang dulo ng divider ay grounded. Ang mga resistors ng divider ay pinili sa isang paraan na ang pinakamainam na mode ng operasyon ng PMT ay ipinatupad. Para sa higit na katatagan, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng divider ay dapat na isang order ng magnitude na mas mataas kaysa sa mga alon ng elektron na dumadaloy sa PMT.
kanin. 6. PMT coupling na may likidong scintillator.
1-likidong scintillator;
2- PMT;
3- magaan na kalasag.
Kapag ang scintillation counter ay gumagana sa isang pulsed mode, maikli (~10-8 seg) impulses, ang amplitude nito ay maaaring ilang unit o ilang sampu-sampung volts. Sa kasong ito, ang mga potensyal sa huling dynodes ay maaaring makaranas ng matalim na pagbabago, dahil ang kasalukuyang sa pamamagitan ng divider ay walang oras upang lagyang muli ang singil na dinala mula sa cascade ng mga electron. Upang maiwasan ang gayong mga potensyal na pagbabagu-bago, ang huling ilang mga resistensya ng divider ay pinaliit na may mga kapasidad. Dahil sa pagpili ng mga potensyal sa mga dynode, ang mga kanais-nais na kondisyon ay nilikha para sa koleksyon ng mga electron sa mga dynode na ito, i.e. ang isang tiyak na electron-optical system na naaayon sa pinakamainam na rehimen ay ipinatupad.
Sa isang electron-optical system, ang electron trajectory ay hindi nakadepende sa proporsyonal na pagbabago sa mga potensyal sa lahat ng electrodes na bumubuo sa electron-optical system na ito. Kaya sa isang multiplier, kapag nagbabago ang boltahe ng supply, ang pakinabang lamang nito ay nagbabago, ngunit ang mga katangian ng electron-optical ay nananatiling hindi nagbabago.
Sa isang hindi katimbang na pagbabago sa mga potensyal sa PMT dynodes, ang mga kondisyon para sa pagtutok ng mga electron sa lugar kung saan ang proporsyonalidad ay nilabag ay nagbabago. Ang sitwasyong ito ay ginagamit para sa self-stabilization ng PMT gain. Para sa layuning ito, ang potensyal
kanin. 7. Bahagi ng divider circuit.
ng isa sa mga dynode na may paggalang sa potensyal ng nakaraang dynode ay nakatakdang pare-pareho, alinman sa tulong ng isang karagdagang baterya, o sa tulong ng isang karagdagang nagpapatatag na divider. Ipinapakita ng Figure 7 ang isang bahagi ng divider circuit, kung saan ang karagdagang baterya ay konektado sa pagitan ng mga dynode D5 at D6 ( Ub = 90 sa). Upang makuha ang pinakamahusay na epekto ng self-stabilization, kinakailangan upang piliin ang halaga ng paglaban R". Karaniwan R" higit pa R 3-4 beses.
§ 5. Mga katangian ng mga scintillation counter
Ang mga scintillation counter ay may mga sumusunod na pakinabang.
Mataas na resolution ng oras. Ang tagal ng pulso, depende sa mga scintillator na ginamit, ay mula 10-6 hanggang 10-9 sec, mga. sa pamamagitan ng ilang mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa mga counter na may self-discharge, na nagbibigay-daan para sa mas mataas na mga rate ng pagbibilang. Ang isa pang mahalagang temporal na katangian ng mga scintillation counter ay ang maliit na halaga ng pagkaantala ng pulso pagkatapos ng pagpasa ng nakarehistrong particle sa pamamagitan ng phosphor (10-9 -10-8). seg). Pinapayagan nito ang paggamit ng mga coincidence scheme na may mababang resolution ng oras (<10-8seg) at, dahil dito, upang sukatin ang mga coincidence sa maraming malalaking load sa mga indibidwal na channel na may maliit na bilang ng random coincidences.
Mataas na Kahusayan sa Pagpaparehistro g -ray at neutron. Upang magrehistro ng isang g-quantum o isang neutron, kinakailangan na tumugon sila sa sangkap ng detektor; sa kasong ito, ang resultang pangalawang sisingilin na particle ay dapat na nakarehistro ng detector. Ito ay malinaw na ang mas maraming mga sangkap ay nasa landas ng g-ray o neutrons, mas malaki ang posibilidad ng kanilang pagsipsip, mas malaki ang kahusayan ng kanilang pagpaparehistro. Sa kasalukuyan, kapag ginamit ang malalaking scintillator, nakakamit ang kahusayan sa pagtuklas ng g-ray na ilang sampu-sampung porsyento. Ang kahusayan ng pagtuklas ng neutron sa pamamagitan ng mga scintillator na may espesyal na ipinakilala na mga sangkap (10 V, 6 Li, atbp.) ay mas mataas din kaysa sa kahusayan ng pagtuklas ng neutron sa pamamagitan ng mga gas-discharge counter.
Posibilidad ng pagtatasa ng enerhiya ng rehistradong radiation. Sa katunayan, para sa mga light charged na particle (mga electron), ang flash intensity sa isang scintillator ay proporsyonal sa enerhiya na nawala ng particle sa scintillator na ito.
Gamit ang mga scintillation counter na nakakabit sa mga amplitude analyzer, maaaring pag-aralan ng isa ang spectra ng mga electron at g-ray. Ang sitwasyon ay medyo mas masahol pa sa pag-aaral ng spectra ng mabibigat na sisingilin na mga particle (a-particle, atbp.), na lumikha ng isang malaking tiyak na ionization sa scintillator. Sa mga kasong ito, ang proporsyonalidad ng intensity ng pagsabog ng nawalang enerhiya ay sinusunod hindi sa lahat ng enerhiya ng butil at nagpapakita lamang ng sarili sa mga enerhiya na mas malaki kaysa sa isang tiyak na halaga. Ang nonlinear na relasyon sa pagitan ng mga amplitude ng pulso at ang enerhiya ng particle ay iba para sa iba't ibang phosphors at para sa iba't ibang uri ng mga particle. Ito ay inilalarawan ng mga graph sa Figures 1 at 2.
Ang posibilidad ng paggawa ng mga scintillator ng napakalaking geometric na sukat. Nangangahulugan ito na posibleng makita at masuri ang mga particle ng enerhiya ng napakataas na enerhiya (cosmic rays), pati na rin ang mga particle na mahinang nakikipag-ugnayan sa matter (neutrino).
Posibilidad ng pagpapakilala sa komposisyon ng mga sangkap ng scintillators kung saan nakikipag-ugnayan ang mga neutron sa isang malaking cross section. Ang Phosphors LiJ(Tl), LiF, LiBr ay ginagamit upang makita ang mga mabagal na neutron. Kapag ang mga mabagal na neutron ay nakikipag-ugnayan sa 6 Li, ang reaksyon 6 Li(n,a)3 H ay nagaganap, kung saan ang isang enerhiya na 4.8 Mev.
§ 6. Mga halimbawa ng paggamit ng mga scintillation counter
Pagsukat ng tagal ng buhay ng mga nasasabik na estado ng nuclei. Sa panahon ng radioactive decay o sa iba't ibang nuclear reactions, ang nagreresultang nuclei ay kadalasang napupunta sa isang excited na estado. Ang pag-aaral ng mga quantum na katangian ng nasasabik na estado ng nuclei ay isa sa mga pangunahing gawain ng nuclear physics. Ang isang napakahalagang katangian ng nasasabik na estado ng nucleus ay ang buhay nito t. Ang pag-alam sa halagang ito ay nagpapahintulot sa isa na makakuha ng maraming impormasyon tungkol sa istruktura ng nucleus.
Ang atomic nuclei ay maaaring nasa isang excited na estado sa iba't ibang panahon. Mayroong iba't ibang mga paraan para sa pagsukat ng mga oras na ito. Ang mga scintillation counter ay napatunayang napaka-maginhawa para sa pagsukat ng tagal ng mga antas ng nuklear mula sa ilang segundo hanggang sa napakaliit na bahagi ng isang segundo. Bilang isang halimbawa ng paggamit ng mga scintillation counter, isasaalang-alang namin ang naantala na paraan ng pagkakataon. Hayaang ang nucleus A (tingnan ang Fig. 10) sa pamamagitan ng b-decay ay maging nucleus AT sa isang nasasabik na estado, na nagbibigay ng labis na enerhiya nito para sa sunud-sunod na paglabas ng dalawang g-quanta (g1, g2). Ito ay kinakailangan upang matukoy ang buhay ng nasasabik na estado ako. Ang paghahanda na naglalaman ng isotope A ay naka-install sa pagitan ng dalawang counter na may NaJ(Tl) na mga kristal (Larawan 8). Ang mga pulso na nabuo sa output ng PMT ay pinapakain sa mabilis na coincidence circuit na may oras ng resolusyon na ~10-8 -10-7 sec. Bilang karagdagan, ang mga pulso ay pinapakain sa mga linear amplifiers at pagkatapos ay sa mga amplitude analyzer. Ang huli ay na-configure sa paraang pumasa sila sa mga pulso ng isang tiyak na amplitude. Para sa aming layunin, i.e. para sa layunin ng pagsukat ng antas ng buhay ako(tingnan ang fig. 10), amplitude analyzer AAI dapat pumasa lamang sa mga pulso na naaayon sa enerhiya ng photon g1, at ang analyzer AAII - g2 .
Fig.8. Schematic diagram upang tukuyin
buhay ng nasasabik na estado ng nuclei.
Dagdag pa, ang mga pulso mula sa mga analyzer, pati na rin mula sa mabilis na coincidence circuit, ay ibinibigay sa mabagal (t ~ 10-6). seg) pattern ng triple match. Sa eksperimento, pinag-aaralan ang pag-asa ng bilang ng triple coincidences sa halaga ng time delay ng pulso na kasama sa unang channel ng fast coincidence circuit. Kadalasan, ang pagkaantala ng pulso ay isinasagawa gamit ang tinatawag na variable delay line LZ (Larawan 8).
Ang linya ng pagkaantala ay dapat na eksaktong konektado sa channel kung saan ang quantum g1 ay nakarehistro, dahil ito ay inilabas bago ang quantum g2. Bilang resulta ng eksperimento, ang isang semi-logarithmic graph ng dependence ng bilang ng triple coincidences sa oras ng pagkaantala ay itinayo (Fig. 9), at ang buhay ng excited na antas ay natutukoy mula dito ako(sa parehong paraan tulad ng ginagawa kapag tinutukoy ang kalahating buhay gamit ang isang solong detektor).
Gamit ang mga scintillation counter na may kristal na NaJ(Tl) at ang itinuturing na pamamaraan ng mabilis-mabagal na mga pagkakataon, posibleng sukatin ang mga tagal ng buhay na 10-7 -10-9 sec. Kung gagamitin ang mas mabilis na mga organic scintillator, maaaring masukat ang mas maiikling tagal ng mga excited na estado (hanggang 10–11 sec).
Fig.9. Ang pag-asa ng bilang ng mga coincidences sa magnitude ng pagkaantala.
Gamma flaw detection. Ang nuclear radiation, na may mataas na lakas ng pagtagos, ay lalong ginagamit sa teknolohiya upang makita ang mga depekto sa mga tubo, riles at iba pang malalaking bloke ng metal. Para sa mga layuning ito, ginagamit ang g-radiation source at g-ray detector. Ang pinakamahusay na detektor sa kasong ito ay isang scintillation counter, na may mataas na kahusayan sa pagtuklas. Ang pinagmulan ng radiation ay inilalagay sa isang lalagyan ng tingga, kung saan lumalabas ang isang makitid na sinag ng g-ray sa pamamagitan ng isang butas ng collimator, na nagpapailaw sa tubo. Ang isang scintillation counter ay naka-install sa kabaligtaran ng tubo. Ang source at counter ay inilalagay sa isang movable mechanism na nagpapahintulot sa kanila na ilipat kasama ang pipe at paikutin sa paligid ng axis nito. Ang pagpasa sa materyal ng tubo, ang g-ray beam ay bahagyang maa-absorb; kung ang tubo ay homogenous, ang pagsipsip ay magiging pareho sa lahat ng dako, at ang counter ay palaging magrerehistro ng parehong numero (sa average) ng g-quanta bawat yunit ng oras, ngunit kung mayroong lababo sa ilang lugar ng tubo, kung gayon ang Ang mga g-ray ay mas mababawasan sa lugar na ito, ang bilis ng pagbibilang ay tataas. Ang lokasyon ng lababo ay mabubunyag. Mayroong maraming mga halimbawa ng naturang paggamit ng mga scintillation counter.
Eksperimental na pagtuklas ng mga neutrino. Ang Neutrino ay ang pinaka mahiwaga sa elementarya na mga particle. Halos lahat ng mga katangian ng neutrino ay nakuha mula sa hindi direktang data. Ipinapalagay ng modernong teorya ng b-decay na ang neutrino mass mn ay katumbas ng zero. Ang ilang mga eksperimento ay nagpapahintulot sa amin na sabihin iyon. Ang neutrino spin ay 1/2, magnetic 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).
Ang paglikha ng mga nuclear reactor, kung saan ang isang napakalaking bilang ng mga nuclei na may labis na mga neutron, ay nagbigay ng pag-asa para sa pagtuklas ng mga antineutrino. Ang lahat ng nuclei na mayaman sa neutron ay nabubulok sa paglabas ng mga electron at, dahil dito, mga antineutrino. Malapit sa isang nuclear reactor na may kapasidad na ilang daang libong kilowatts, ang antineutrino flux ay 1013 cm -2 · sec-1 - isang stream ng napakalaking density, at sa pagpili ng angkop na antineutrino detector, maaaring subukan ng isa na tuklasin ang mga ito. Ang ganitong pagtatangka ay ginawa nina Reines at Cowen noong 1954. Ginamit ng mga may-akda ang sumusunod na reaksyon:
n + p ® n+e+ (1)
Sa reaksyong ito, ang mga particle ng produkto ay ang positron at ang neutron, na maaaring mairehistro.
Isang likidong scintillator na may volume na ~1 m3, na may mataas na nilalaman ng hydrogen, puspos ng cadmium. Ang mga positron na ginawa sa reaksyon (1) ay nilipol sa dalawang g-quanta na may enerhiya na 511 kev bawat isa at naging sanhi ng paglitaw ng unang flash ng sintilator. Ang neutron ay pinabagal ng ilang microsecond at nakuha ng cadmium. Sa pagkuha na ito ng cadmium, ilang g-quanta ang ibinubuga na may kabuuang enerhiya na humigit-kumulang 9 Mev. Bilang resulta, lumitaw ang pangalawang flash sa scintillator. Ang mga naantalang coincidence ng dalawang pulso ay sinusukat. Upang magrehistro ng mga flash, ang likidong scintillator ay napapalibutan ng isang malaking bilang ng mga photomultiplier.
Ang bilang ng rate ng mga naantalang pagkakataon ay tatlong bilang bawat oras. Mula sa mga datos na ito, nakuha na ang reaction cross section (Fig. 1) s = (1.1 ± 0.4) 10 -43 cm2, na malapit sa kinakalkula na halaga.
Sa kasalukuyan, ang napakalaking liquid scintillation counter ay ginagamit sa maraming mga eksperimento, sa partikular, sa mga eksperimento upang sukatin ang mga g-radiation flux na ibinubuga ng mga tao at iba pang mga nabubuhay na organismo.
Pagpaparehistro ng mga fragment ng fission. Para sa pagpaparehistro ng mga fragment ng fission, napatunayang maginhawa ang mga gas scintillation counter.
Karaniwan, ang isang eksperimento upang pag-aralan ang fission cross section ay naka-set up tulad ng sumusunod: isang layer ng elementong pinag-aaralan ay idineposito sa ilang uri ng substrate at pinaiinitan ng neutron flux. Siyempre, mas maraming fissile na materyal ang ginagamit, mas maraming kaganapan sa fission ang magaganap. Ngunit dahil kadalasan ang mga fissile substance (halimbawa, mga elemento ng transuranium) ay mga a-emitter, ang kanilang paggamit sa makabuluhang dami ay nagiging mahirap dahil sa malaking background mula sa a-particle. At kung ang mga kaganapan sa fission ay pinag-aralan sa tulong ng mga pulsed ionization chamber, kung gayon posible na i-superimpose ang mga pulso mula sa a-particle sa mga pulso na nagmumula sa mga fragment ng fission. Tanging isang instrumento na may mas mahusay na temporal na resolution ang gagawing posible na gumamit ng malalaking dami ng fissile na materyal nang hindi nagpapataw ng mga pulso sa isa't isa. Kaugnay nito, ang mga gas scintillation counter ay may malaking kalamangan sa mga pulsed ionization chamber, dahil ang tagal ng pulso ng huli ay 2-3 order ng magnitude na mas mahaba kaysa sa mga gas scintillation counter. Ang mga amplitude ng pulso mula sa mga fragment ng fission ay mas malaki kaysa sa mga mula sa a-particle, at samakatuwid ay madaling paghiwalayin gamit ang isang amplitude analyzer.
Ang isang napakahalagang katangian ng isang gas scintillation counter ay ang mababang sensitivity nito sa mga g-ray, dahil ang paglitaw ng mga mabibigat na sisingilin na particle ay kadalasang sinasamahan ng matinding g-ray flux.
Maliwanag na camera. Noong 1952, ang mga physicist ng Sobyet na si Zavoisky at ang iba pa sa unang pagkakataon ay nakunan ng larawan ang mga bakas ng ionizing particle sa mga luminescent substance gamit ang mga sensitibong electron-optical converters (EOCs). Ang paraan ng pagtuklas ng particle na ito, na tinatawag na fluorescent camera, ay may mataas na resolution ng oras. Ang mga unang eksperimento ay ginawa gamit ang isang CsJ (Tl) na kristal.
Nang maglaon, ang mga plastic scintillator sa anyo ng mahabang manipis na mga rod (mga sinulid) ay nagsimulang gamitin sa paggawa ng luminescent chamber. Ang mga thread ay nakasalansan sa mga hilera upang ang mga thread sa dalawang magkatabing hanay ay nasa tamang mga anggulo sa isa't isa. Nagbibigay ito ng posibilidad ng stereoscopic observation upang muling likhain ang spatial na trajectory ng mga particle. Ang mga imahe mula sa bawat isa sa dalawang grupo ng magkabilang patayo na mga filament ay nakadirekta sa hiwalay na mga electron-optical converter. Ang mga thread ay gumaganap din ng papel ng mga light guide. Ang liwanag ay ibinibigay lamang ng mga sinulid na tinatawid ng butil. Ang liwanag na ito ay lumalabas sa mga dulo ng kani-kanilang mga thread, na nakuhanan ng larawan. Ang mga sistema ay ginawa na may diameter ng mga indibidwal na mga thread mula 0.5 hanggang 1.0 mm.
Panitikan :
1. J. Birks. scintillation counters. M., IL, 1955.
2. V.O. Vyazemsky, I.I. Lomonosov, V.A. Ruzin. Paraan ng scintillation sa radiometry. M., Gosatomizdat, 1961.
3. Yu.A. Egorov. Stincillation method ng spectrometry ng gamma radiation at fast neutrons. M., Atomizdat, 1963.
4. P.A. Tishkin. Mga eksperimentong pamamaraan ng nuclear physics (detector ng nuclear radiation).
Publishing house ng Leningrad University, 1970.
5 G.S. Landsberg. Elementarya na aklat ng pisika (volume 3). M., Nauka, 1971
Counter ng scintillation
Prinsipyo ng operasyon at saklaw
Sa isang scintillation counter, ang ionizing radiation ay nagdudulot ng isang flash ng liwanag sa katumbas na scintillator, na maaaring maging solid o likido. Ang flash na ito ay ipinapadala sa isang photomultiplier tube, na ginagawa itong isang pulso ng electric current. Ang kasalukuyang pulso ay pinalakas sa kasunod na mga yugto ng PMT dahil sa kanilang mataas na pangalawang koepisyent ng paglabas.
Sa kabila ng katotohanan na, sa pangkalahatan, ang mas kumplikadong mga elektronikong kagamitan ay kinakailangan kapag nagtatrabaho sa mga scintillation counter, ang mga counter na ito ay may makabuluhang mga pakinabang sa mga Geiger-Muller counter.
1. Ang kahusayan sa pagbibilang ng X-ray at gamma radiation ay mas malaki; sa ilalim ng paborableng mga pangyayari, umabot ito sa 100%.
2. Ang liwanag na output sa ilang mga scintillator ay proporsyonal sa enerhiya ng kapana-panabik na particle o quantum.
3. Mas mataas ang temporal na resolusyon.
Kaya ang scintillation counter ay isang angkop na detektor para sa pag-detect ng mababang intensity ng radiation, para sa pagtatasa ng pamamahagi ng enerhiya na hindi masyadong mataas ang mga kinakailangan sa resolution, at para sa coincidence measurements sa mataas na intensity ng radiation.
B) Mga Scintillator
1) Mga proton at iba pang mga particle na may mataas na ionizing. Kung pinag-uusapan lamang natin ang pagpaparehistro ng mga particle na ito, kung gayon ang lahat ng mga uri ng mga scintillator ay pantay na angkop, at, dahil sa kanilang mataas na lakas ng paghinto, ang mga layer na may kapal ng pagkakasunud-sunod ng isang milimetro at kahit na mas kaunti ay sapat. Gayunpaman, dapat tandaan na ang liwanag na output ng mga proton at β particle sa mga organikong scintillator ay halos 1/10 lamang ng liwanag na output ng mga electron ng parehong enerhiya, habang sa ZnS at NaJ inorganic scintillators sila ay pareho ng parehong order.
Ang ugnayan sa pagitan ng enerhiya ng mga pagkislap ng liwanag at ang magnitude ng mga pulso na nauugnay dito, pati na rin ang enerhiya ng mga particle na inilipat sa scintillator, para sa mga organikong sangkap ay, sa pangkalahatan, hindi linear. Para sa ZnS 1 NaJ at CsJ, gayunpaman, ang pag-asa na ito ay malapit sa linear. Dahil sa kanilang mahusay na transparency sa kanilang sariling fluorescent radiation, ang mga kristal ng NaJ at CsJ ay nagbibigay ng mahusay na resolusyon ng enerhiya; Gayunpaman, kailangang mag-ingat upang matiyak na ang ibabaw kung saan ang mga particle ay pumapasok sa kristal ay napakalinis.
2) Mga Neutron. Ang mga mabagal na neutron ay maaaring matukoy gamit ang mga reaksyong Li6Hs, B10Li" o CdlisCd114. Bilang mga scintillator para sa layuning ito, ang mga solong kristal ng LiJ, mga pinaghalong powder, halimbawa, 1 bahagi ng timbang B 2 O 3 at 5 bahagi ng timbang na ZnS, ay direktang idineposito sa PMT window; maaari ding ilapat
Block diagram ng isang scintillation spectrometer. 1 - scintillator, 2 - PMT, h - high voltage source, 4 - cathode follower, e - linear amplifier, 6 - amplitude pulse analyzer, 7 - recording device.
Ang ZnS ay sinuspinde sa tinunaw na B 2 O 3 , mga katumbas na boron compound sa mga sintetikong scintillator, at mga pinaghalong cadmium methyl borate o propionate na may mga likidong scintillator. Kung kinakailangan upang ibukod ang epekto ng z-radiation sa mga sukat ng neutron, kung gayon sa mga reaksyon na nagdudulot ng paglabas ng mabibigat na mga particle, ang kaugnayan sa itaas para sa magaan na output ng iba't ibang mga scintillator, depende sa uri ng mga particle, ay dapat isaalang-alang. account.
Ang mga mabilis na neutron ay nakita gamit ang mga recoil proton na ginawa sa mga sangkap na naglalaman ng hydrogen. Dahil ang isang mataas na nilalaman ng hydrogen ay nangyayari lamang sa mga organikong scintillator, mahirap bawasan ang epekto ng γ-radiation dahil sa mga dahilan sa itaas. Ang pinakamahusay na mga resulta ay nakakamit kung ang proseso ng pagbuo ng mga recoil proton ay nahiwalay mula sa paggulo ng scintillator sa pamamagitan ng r-ray. Sa kasong ito, ang layer ng huli ay dapat na manipis, ang kapal nito ay tinutukoy ng hanay ng mga recoil proton, upang ang posibilidad ng pag-detect ng z-radiation ay makabuluhang nabawasan. Sa kasong ito, mas mainam na gamitin ang ZnS bilang isang scintillator. Posible rin na suspindihin ang pulbos na ZnS sa isang transparent na artipisyal na sangkap na naglalaman ng hydrogen.
Halos imposibleng pag-aralan ang spectrum ng enerhiya ng mabilis na mga neutron gamit ang mga scintillator. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang enerhiya ng mga recoil proton ay maaaring tumagal sa lahat ng uri ng mga halaga, hanggang sa kabuuang enerhiya ng mga neutron, depende sa kung paano nangyayari ang banggaan.
3) Mga electron, p-particle. Tulad ng para sa iba pang mga uri ng radiation, ang resolusyon ng enerhiya ng scintillator para sa mga electron ay nakasalalay sa ratio sa pagitan ng liwanag na enerhiya at ang enerhiya na inilipat sa scintillator ng ionizing particle. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang kalahating lapad ng curve ng pamamahagi ng mga magnitude ng mga pulso na dulot ng mga particle ng monoenergetic na insidente, dahil sa mga pagbabago sa istatistika, sa unang pagtatantya, ay inversely proportional sa square root ng bilang ng mga photoelectron na natumba. mula sa PMT photocathode. Sa kasalukuyang ginagamit na mga scintillator, ang NaJ 1 ay nagbibigay ng pinakamalaking pulse amplitude, at para sa mga organic na scintillator, anthracene, na kung saan, ang iba pang mga bagay ay pantay, ay nagbibigay ng mga pulso na humigit-kumulang dalawang beses na mas maliit na amplitude kaysa sa NaJ.
Dahil ang epektibong electron scattering cross section ay tumataas nang husto sa pagtaas ng atomic number, kapag ginamit ang NaJ, 80-90% ng lahat ng insidente na mga electron ay muling nakakalat mula sa kristal; kapag gumagamit ng anthracene, ang epektong ito ay umabot sa humigit-kumulang 10%. Ang mga nakakalat na electron ay nagdudulot ng mga impulses, ang magnitude nito ay mas mababa sa halaga na tumutugma sa kabuuang enerhiya ng mga electron. Bilang isang resulta, napakahirap na mabilang ang β spectra na nakuha sa mga kristal ng NaJ. Samakatuwid, para sa β-spectroscopy madalas na mas kapaki-pakinabang na gumamit ng mga organikong scintillator, na binubuo ng mga elemento na may mababang atomic number.
Ang backscattering ay maaari ding humina sa pamamagitan ng mga sumusunod na pamamaraan. Ang sangkap na ang β-radiation ay dapat imbestigahan ay maaaring ihalo sa scintillator kung hindi nito pinipigilan ang fluorescent radiation, o inilagay sa pagitan ng dalawang ibabaw ng mga scintillator na ang fluorescent na Iryny 1 Ienne ay kumikilos sa photocathode, o, sa wakas, isang scintillator ang ginagamit kasama ng isang panloob na channel kung saan ito pumasa sa in-radiation.
Ang pag-asa sa pagitan ng liwanag na enerhiya at ang enerhiya na inilipat sa scintillator sa pamamagitan ng radiation ay linear para sa NaJ. Para sa lahat ng mga organic scintillator, ang ratio na ito ay bumababa sa mababang electron energies. Ang nonlinearity na ito ay dapat isaalang-alang kapag binibilang ang spectra.
4) X-ray at gamma radiation. Ang proseso ng pakikipag-ugnayan ng electromagnetic radiation na may scintillator ay pangunahing binubuo ng tatlong elementarya na proseso.
Sa photoelectric effect, ang enerhiya ng isang quantum ay halos ganap na na-convert sa kinetic energy ng isang photoelectron, at dahil sa maikling hanay ng photoelectron, ito ay sa karamihan ng mga kaso ay hinihigop sa scintillator. Ang pangalawang quantum na naaayon sa nagbubuklod na enerhiya ng elektron ay maaaring hinihigop ng scintillator o iniiwan ito.
Sa Compton effect, bahagi lamang ng quantum energy ang inililipat sa electron. Ang bahaging ito ay nasisipsip na may mataas na posibilidad sa scintillator. Ang nakakalat na photon, na ang enerhiya ay nabawasan ng halagang katumbas ng enerhiya ng Compton electron, ay hinihigop din ng scintillator o iniiwan ito.
Sa panahon ng pagbuo ng mga pares, ang enerhiya ng pangunahing quantum, minus ang enerhiya ng pagbuo ng pares, ay pumasa sa kinetic energy ng pares na ito at higit sa lahat ay hinihigop ng scintillator. Ang radiation na nabuo sa panahon ng paglipol ng isang electron at isang positron ay hinihigop sa scintillator o umalis dito.
Ang pag-asa sa enerhiya ng epektibong mga cross section para sa mga prosesong ito ay tulad na, sa mababang photon energies, ang photoelectric effect ay pangunahing nagaganap; Simula sa isang enerhiya na 1.02 Mae, ang pagbuo ng mga pares ay maaaring maobserbahan, ngunit ang posibilidad ng prosesong ito ay umabot sa isang kapansin-pansing halaga lamang sa mas mataas na enerhiya. Sa intermediate na rehiyon, ang pangunahing papel ay ginagampanan ng epekto ng Compton.
Sa pagtaas ng atomic number Z, ang epektibong mga cross section para sa photoelectric effect at para sa pagbuo ng mga pares ay tumataas nang mas malakas kaysa sa Compton effect. Gayunpaman, sa kasong ito, ang elektron ay inilipat:
1) na may photoelectric effect, - bilang karagdagan sa enerhiya ng quantum, na nagiging enerhiya ng electron na sa panahon ng pangunahing epekto, mayroon pa ring nagbubuklod na enerhiya ng photoelectron, na tumutugma sa pangalawang radiation, malambot at madaling hinihigop;
2) sa pagbuo ng mga pares - tanging annihilation radiation na may discrete na kilalang enerhiya. Sa epekto ng Compton, ang enerhiya ng mga pangalawang electron at nakakalat na quanta ay may malawak na hanay ng mga posibleng halaga. Dahil, tulad ng nabanggit na, ang pangalawang quanta ay maaaring hindi makaranas ng pagsipsip at umalis sa scintillator, upang mapadali ang interpretasyon ng spectra, ito ay nararapat na paliitin hangga't maaari ang rehiyon kung saan ang epekto ng Komhtohj ay nangingibabaw sa pamamagitan ng pagpili ng mga scintillator na may malaking H, halimbawa, NaJ. Bilang karagdagan, ang ratio ng enerhiya ng liwanag sa enerhiya na inilipat sa scintillator para sa NaJ ay halos independiyente sa enerhiya ng mga electron, samakatuwid, sa lahat ng kumplikadong proseso kung saan ang quanta ay nasisipsip, ang parehong dami ng liwanag ay inilabas. .Ang mga ganitong kumplikadong proseso ay nangyayari na may mas malaking posibilidad, mas malaki ang sukat ng scintillator.
Ang attenuation ng gamma rays sa anthracene, μ ay ang attenuation coefficient; f ay ang photoabsorption coefficient, a ay ang Compton scattering coefficient, p ay ang pair formation coefficient.
scintillation counter, isang aparato para sa pag-detect ng nuclear radiation at elementarya na mga particle (protons, neutrons, electron, g-quanta, mesons, atbp.), ang mga pangunahing elemento nito ay isang substance na luminesces sa ilalim ng pagkilos ng mga sisingilin na particle (scintillator), at photomultiplier (FEU). Ang mga visual na obserbasyon ng light flashes (scintillations) sa ilalim ng pagkilos ng mga ionizing particle (α-particles, nuclear fission fragment) ay ang pangunahing paraan ng nuclear physics noong unang bahagi ng ika-20 siglo. (cm. Spinthariscope ). Mamaya S. may. ay ganap na napatalsik mga silid ng ionization at proporsyonal na mga counter. Ang kanyang pagbabalik sa nuclear physics ay naganap sa pagtatapos ng 1940s, nang ang mga multistage na PMT na may mataas na pakinabang ay ginamit upang makita ang mga scintillation, na may kakayahang makakita ng napakahinang mga pagkislap ng liwanag.
Prinsipyo ng pagkilos ni S. sa. ay binubuo ng mga sumusunod: isang sisingilin na particle na dumadaan sa isang scintillator, kasama ang ionization ng mga atomo at molekula, ay nagpapasigla sa kanila. Bumabalik sa hindi nasasabik (lupa) na estado, ang mga atomo ay naglalabas ng mga photon (tingnan ang Fig. Luminescence ). Ang mga photon na tumatama sa PMT cathode ay nagpatumba ng mga electron (tingnan ang Fig. Photoelectronic emission ), bilang isang resulta, lumilitaw ang isang electric pulse sa anode ng PMT, na higit na pinalaki at naitala (tingnan ang Fig. kanin. ). Ang pagtuklas ng mga neutral na particle (neutrons, g -quanta) ay nangyayari sa pamamagitan ng pangalawang charged particle na nabuo sa panahon ng interaksyon ng mga neutron at g -quanta sa mga scintillator atoms.
Ang iba't ibang mga sangkap (solid, likido, gas) ay ginagamit bilang mga scintillator. Ang mga plastik ay malawakang ginagamit, na madaling gawin, makina at nagbibigay ng matinding ningning. Ang isang mahalagang katangian ng isang scintillator ay ang bahagi ng enerhiya ng nakitang particle na na-convert sa light energy (ang conversion efficiency h). Ang mga crystalline scintillator ay may pinakamataas na h value: NaI, activated Tl, anthracene, at ZnS. Sinabi ni Dr. isang mahalagang katangian ay ang glow time t, na tinutukoy ng buhay sa mga nasasabik na antas. Ang intensity ng glow pagkatapos ng pagpasa ng particle ay nagbabago nang malaki: , saan ako 0 - panimulang intensity. Para sa karamihan ng mga scintillator, ang t ay nasa hanay na 10–9 - 10–5 sec. Ang mga plastik ay may maikling oras ng pagkinang (Talahanayan 1). Ang mas maliit na t, ang mas mabilis na S. ay maaaring gawin sa.
Upang ang isang liwanag na flash ay mairehistro ng isang PMT, kinakailangan na ang emission spectrum ng scintillator ay tumutugma sa spectral na rehiyon ng sensitivity ng PMT photocathode, at ang materyal ng scintillator ay dapat na transparent sa sarili nitong radiation. Para sa pagpaparehistro mabagal na neutron Ang Li o B ay idinagdag sa scintillator. Ang mga mabilis na neutron ay nakita gamit ang mga scintillator na naglalaman ng hydrogen (tingnan ang Fig. Mga detektor ng neutron ). Para sa spectrometry ng g-quanta at high-energy electron, ginagamit ang Nal (Tl), na may mataas na density at mataas na epektibong atomic number (tingnan ang Fig. Gamma radiation ).
S. s. ay ginawa gamit ang mga scintillator na may iba't ibang laki - mula 1-2 mm 3 hanggang 1-2 m 3 . Upang hindi "mawala" ang ibinubuga na ilaw, kailangan ang magandang contact sa pagitan ng PMT at ng scintillator. Sa S. kasama. ang isang maliit na scintillator ay direktang nakadikit sa PMT photocathode. Ang lahat ng iba pang mga panig ay natatakpan ng isang layer ng reflective material (halimbawa, MgO, TiO 2). Sa S. kasama. paggamit ng malalaking sukat magaan na gabay (karaniwan ay pinakintab na organic na salamin).
Ang mga PMT na inilaan para sa S. s. ay dapat na may mataas na kahusayan sa photocathode (hanggang sa 2.5%), mataas na nakuha (10 8 -10 8), maikling oras ng koleksyon ng elektron (10 -8). sec) sa mataas na katatagan ng panahong ito. Ginagawang posible ng huli na makamit ang resolusyon sa oras na S. s. £10 -9 sec. Ang mataas na nakuha ng PMT, kasama ang isang mababang antas ng intrinsic na ingay, ay ginagawang posible na makita ang mga indibidwal na electron na natumba mula sa photocathode. Ang signal sa PMT anode ay maaaring umabot sa 100 sa.
Tab. 1. - Mga katangian ng ilang solid at likidong scintillator,
ginagamit sa mga scintillation counter
| sangkap | Densidad, g/cm 3 | Oras ng glow, t , 10 -9 sec. | Episyente ng conversion h, % (para sa mga electron) |
|
| mga kristal | ||||
| Anthracene C 14 H 10 | ||||
| Stilbene C 14 H 12 | ||||
| Mga likido | ||||
| Solusyon R-terphenyl sa xylene (5 g/l) kasama ang pagdaragdag ng POPOP 1 (0.1 g/l) | ||||
| Solusyon R-terphenyl sa toluene (4 g/l) kasama ang pagdaragdag ng POPOP (0.1 g/l) | ||||
| Mga plastik | ||||
| Polystyrene na may karagdagan R-terphenyl (0.9%) at a-NPO 2 (0.05% ayon sa timbang) | ||||
| Polyvinyltoluene na may pagdaragdag ng 3.4% R-terphenyl at 0.1 wt% POPOP |
1 POPOP - 1,4-di--benzene. 2 NPO - 2-(1-naphthyl)-5-phenyloxazole.
Mga kalamangan ng S. na may.: mataas na kahusayan ng pagpaparehistro ng iba't ibang mga particle (halos 100%); bilis; ang posibilidad ng paggawa ng mga scintillator ng iba't ibang laki at pagsasaayos; mataas na pagiging maaasahan at medyo mababang gastos. Salamat sa mga katangiang ito S. may. malawakang ginagamit sa nuclear physics, elementary particle physics at mga cosmic ray, sa industriya (kontrol sa radiation), dosimetry, radiometry, geology, medisina, atbp. Mga disadvantages ng S. S.: mababang sensitivity sa mga particle na mababa ang enerhiya (£ 1 kev), mababang resolusyon ng enerhiya (tingnan ang Fig. Scintillation spectrometer ).
Upang pag-aralan ang mga sisingilin na particle ng mababang enerhiya (< 0,1 mev) at mga fragment ng nuclear fission, ang mga gas ay ginagamit bilang mga scintillator (Talahanayan 2). Ang mga gas ay may linear na dependence ng signal magnitude sa enerhiya ng particle sa isang malawak na hanay ng mga energies, mabilis na pagtugon at ang kakayahang baguhin ang stopping power sa pamamagitan ng pagbabago ng presyon. Bilang karagdagan, ang pinagmulan ay maaaring ipasok sa dami ng gas scintillator. Gayunpaman, ang mga gas scintillator ay nangangailangan ng mataas na kadalisayan ng gas at isang espesyal na PMT na may mga bintana ng kuwarts (isang makabuluhang bahagi ng ibinubuga na ilaw ay nasa rehiyon ng ultraviolet).
Tab. 2. - Mga katangian ng ilang mga gas na ginagamit bilang
mga scintillator sa mga scintillation counter (sa presyon na 740 mm
rt. Art., para sa a-particle na may enerhiya 4.7 mev)
| Oras ng pag-iilaw t, | Haba ng daluyong sa maximum ng spectrum, | Episyente ng conversion n, % |
|
| 3×10 -9 |
Lit.: Birke J., Scintillation counters, trans. mula sa English, M., 1955; Kalashnikova V. I., Kozodaev M. S., Mga Detektor ng elementarya na mga particle, sa aklat: Mga eksperimentong pamamaraan ng nuclear physics, M., 1966; Ritson D., Mga eksperimentong pamamaraan sa high energy physics, trans. mula sa English, M., 1964.
Great Soviet Encyclopedia M.: "Soviet Encyclopedia", 1969-1978
- Paano gumagana ang isang scintillation counter
- Mga scintillator
- Mga photomultiplier
- Mga disenyo ng scintillation counter
- Mga katangian ng mga scintillation counter
- Mga halimbawa ng paggamit ng mga scintillation counter
- Listahan ng ginamit na panitikan
MGA SCINTILLATION COUNTERS
Ang paraan ng pag-detect ng mga naka-charge na particle sa pamamagitan ng pagbibilang ng mga flash ng liwanag na nangyayari kapag tumama ang mga particle na ito sa isang zinc sulfide (ZnS) screen ay isa sa mga unang paraan para sa pag-detect ng nuclear radiation.
Noong unang bahagi ng 1903, ipinakita ng Crookes at ng iba pa na kung ang isang zinc sulfide screen na irradiated na may a-particles ay titingnan sa pamamagitan ng magnifying glass sa isang madilim na silid, mapapansin ng isa ang hitsura ng mga indibidwal na panandaliang pagkislap ng liwanag - mga scintillation. Napag-alaman na ang bawat isa sa mga scintillation na ito ay nilikha ng isang hiwalay na a-particle na tumatama sa screen. Gumawa ang Crookes ng isang simpleng device na tinatawag na Crookes spinthariscope, na idinisenyo upang magbilang ng a-particles.
Ang visual scintillation method ay kasunod na ginamit pangunahin para sa pag-detect ng mga a-particle at proton na may enerhiya na ilang milyong electron volts. Hindi posible na magrehistro ng mga indibidwal na mabilis na electron, dahil nagiging sanhi sila ng napakahinang mga scintillation. Minsan, kapag ang isang zinc sulfide screen ay na-irradiated na may mga electron, posible na obserbahan ang mga flash, ngunit ito ay nangyari lamang kapag ang isang sapat na malaking bilang ng mga electron ay tumama sa parehong zinc sulfide crystal sa parehong oras.
Ang gamma ray ay hindi nagdudulot ng anumang pagkislap sa screen, na lumilikha lamang ng pangkalahatang glow. Ginagawa nitong posible na makita ang mga a-particle sa pagkakaroon ng malakas na g-radiation.
Ginagawang posible ng visual scintillation method na magrehistro ng napakaliit na bilang ng mga particle kada yunit ng oras. Ang pinakamahusay na mga kondisyon para sa pagbibilang ng mga scintillation ay nakuha kapag ang kanilang bilang ay nasa pagitan ng 20 at 40 bawat minuto. Siyempre, ang pamamaraan ng scintillation ay subjective, at ang mga resulta sa ilang lawak ay nakasalalay sa mga indibidwal na katangian ng eksperimento.
Sa kabila ng mga pagkukulang nito, ang visual scintillation method ay may malaking papel sa pag-unlad ng nuclear at atomic physics. Ginamit ito ni Rutherford upang irehistro ang mga a-particle habang sila ay nakakalat ng mga atomo. Ang mga eksperimentong ito ang nagbunsod kay Rutherford sa pagtuklas ng nucleus. Sa kauna-unahang pagkakataon, ginawang posible ng visual na pamamaraan na makita ang mga mabilis na proton na na-knock out mula sa nitrogen nuclei kapag binomba ng a-particle, i.e. unang artipisyal na fission ng nucleus.
Ang visual na paraan ng scintillations ay may malaking kahalagahan hanggang sa thirties, kapag ang hitsura ng mga bagong pamamaraan para sa pag-record ng nuclear radiation ay ginawa itong nakalimutan sa loob ng ilang panahon. Ang paraan ng pagpaparehistro ng scintillation ay muling binuhay sa pagtatapos ng 1940s sa isang bagong batayan. Sa oras na ito, ang mga photomultiplier tubes (PMTs) ay nabuo na na naging posible upang mairehistro ang napakahinang mga pagkislap ng liwanag. Ang mga counter ng scintillation ay nilikha, sa tulong kung saan posible na madagdagan ang rate ng pagbibilang sa pamamagitan ng isang kadahilanan na 108 at higit pa sa paghahambing sa visual na pamamaraan, at posible ring magrehistro at mag-analisa sa mga tuntunin ng enerhiya parehong sisingilin na mga particle at mga neutron at g-ray.
§ 1. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng scintillation counter
Ang scintillation counter ay isang kumbinasyon ng isang scintillator (phosphorus) at isang photomultiplier tube (PMT). Kasama rin sa counter kit ang PMT power supply at radio equipment na nagbibigay ng amplification at registration ng PMT pulses. Minsan ang kumbinasyon ng phosphorus na may photomultiplier ay ginawa sa pamamagitan ng isang espesyal na optical system (light guide).
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng scintillation counter ay ang mga sumusunod. Ang isang charged particle na pumapasok sa scintillator ay gumagawa ng ionization at excitation ng mga molecule nito, na pagkatapos ng napakaikling panahon (10 -6 - 10 -9 seg ) pumunta sa isang matatag na estado sa pamamagitan ng paglabas ng mga photon. May kislap ng liwanag (scintillation). Ang ilan sa mga photon ay tumama sa PMT photocathode at nagpatumba ng mga photoelectron mula dito. Ang huli, sa ilalim ng pagkilos ng boltahe na inilapat sa PMT, ay nakatutok at nakadirekta sa unang elektrod (dynode) ng electron multiplier. Dagdag pa, bilang isang resulta ng pangalawang paglabas ng elektron, ang bilang ng mga electron ay tumataas tulad ng isang avalanche, at isang pulso ng boltahe ay lilitaw sa output ng PMT, na pagkatapos ay pinalakas at naitala ng mga kagamitan sa radyo.
Ang amplitude at tagal ng output pulse ay tinutukoy ng mga katangian ng parehong scintillator at PMT.
Bilang posporus ay ginagamit:
mga organikong kristal,
Mga likidong organikong scintillator,
matigas na plastic scintillator,
mga gas scintillator.
Ang mga pangunahing katangian ng mga scintillator ay: light output, spectral na komposisyon ng radiation at tagal ng scintillations.
Kapag ang isang sisingilin na butil ay dumaan sa isang scintillator, isang tiyak na bilang ng mga photon na may isang enerhiya o iba pang lumabas dito. Ang ilan sa mga photon na ito ay masisipsip sa dami ng scintillator mismo, at iba pang mga photon na may medyo mas mababang enerhiya ay ilalabas sa halip. Bilang resulta ng mga proseso ng reabsorption, lalabas ang mga photon, ang spectrum nito ay katangian ng isang naibigay na scintillator.
Ang light output o conversion efficiency ng scintillator c ay ang ratio ng light flash energy , pagpunta sa labas, sa dami ng enerhiya E may charge na particle na nawala sa scintillator |
saan - ang average na bilang ng mga photon na lumalabas, - average na enerhiya ng photon. Ang bawat scintillator ay hindi naglalabas ng monoenergetic quanta, ngunit isang tuluy-tuloy na spectrum na katangian ng scintillator na ito.
Napakahalaga na ang spectrum ng mga photon na lumalabas mula sa scintillator ay nag-tutugma o hindi bababa sa bahagyang magkakapatong sa spectral na katangian ng photomultiplier.
Ang antas ng overlap ng panlabas na scintillation spectrum na may spectral na tugon. ng PMT na ito ay tinutukoy ng pagtutugma ng koepisyent
nasaan ang panlabas na spectrum ng scintillator o ang spectrum ng mga photon na lumalabas sa scintillator. Sa pagsasagawa, kapag inihambing ang mga scintillator na pinagsama sa data ng PMT, ipinakilala ang konsepto ng kahusayan ng scintillation, na tinutukoy ng sumusunod na expression: saan ako 0 - maximum na halaga ng intensity ng scintillation; t 0 - pare-pareho ang oras ng pagkabulok, na tinukoy bilang ang oras kung kailan bumababa ang intensity ng scintillation e minsan.
Bilang ng mga light photon n , ibinubuga sa paglipas ng panahon t pagkatapos ng hit ng nakitang particle, ay ipinahayag ng formula
kung saan ang kabuuang bilang ng mga photon na ibinubuga sa panahon ng proseso ng scintillation.
Ang mga proseso ng luminescence (glow) ng phosphorus ay nahahati sa dalawang uri: fluorescence at phosphorescence. Kung ang pagkislap ay nangyayari nang direkta sa panahon ng paggulo o sa isang agwat ng oras ng pagkakasunud-sunod ng 10 -8 sec, ang proseso ay tinatawag na fluorescence. Pagitan 10 -8 sec pinili dahil ito ay katumbas sa pagkakasunud-sunod ng magnitude sa buhay ng isang atom sa isang nasasabik na estado para sa tinatawag na pinapayagang mga transition.
Kahit na ang spectra at tagal ng fluorescence ay hindi nakasalalay sa uri ng paggulo, ang ani ng fluorescence ay mahalagang nakasalalay dito. Kaya, kapag ang isang kristal ay nasasabik ng a-particle, ang fluorescence yield ay halos isang order ng magnitude na mas mababa kaysa kapag ito ay photoexcited.
Ang Phosphorescence ay nauunawaan bilang luminescence, na nagpapatuloy sa loob ng mahabang panahon pagkatapos ng pagwawakas ng paggulo. Ngunit ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng fluorescence at phosphorescence ay hindi ang tagal ng afterglow. Ang Phosphorescence ng mga crystal phosphors ay nagmumula sa recombination ng mga electron at mga butas na lumitaw sa panahon ng paggulo. Sa ilang mga kristal, ang afterglow ay maaaring pahabain dahil sa ang katunayan na ang mga electron at butas ay nakukuha ng "mga bitag" kung saan maaari lamang silang mailabas pagkatapos makatanggap ng karagdagang kinakailangang enerhiya. Samakatuwid, ang pag-asa ng tagal ng phosphorescence sa temperatura ay halata. Sa kaso ng mga kumplikadong organikong molekula, ang phosphorescence ay nauugnay sa kanilang presensya sa isang metastable na estado, ang posibilidad ng paglipat mula sa kung saan patungo sa ground state ay maaaring maliit. At sa kasong ito, ang pag-asa ng rate ng pagkabulok ng phosphorescence sa temperatura ay masusunod.
