Sintillyator- peşəkar radiasiya detektoru.
Müəyyən maddələrə əsaslanır - onlara qısa bir işıq parıltısı ilə qalınlığına nüfuz edən ionlaşdırıcı hissəciklərə reaksiya verən fosfor deyilir.
Bu maddələrdən bəziləri bunlardır: NaJ Tl (talium ilə dəyişdirilmiş natrium yodid), KJ Tl, CaJ Tl, CsJ, LiJ Tl, CdWO 4, CaWO 4, ZnS Ag, CdS Ag.
Fosfor flaşı ona yaxın olan fotosensitiv cihaz tərəfindən elektrik impulsuna çevrilir. Bir qayda olaraq, bu tutumda fotoçoğaltıcı borular (PMT) istifadə olunur.

Uçqun cihazı olmayan ssintilasiya detektoru Geiger sayğacları ilə müqayisədə bir sıra mühüm üstünlüklərə malikdir:

• Flaşın amplitudasına və müddətinə görə onu yaradan hissəciyin növünü və enerjisini mühakimə etmək olar (məsələn, alfa hissəciyinin yaratdığı parıltını elektronun yaratdığı flaşdan ayırmaq çox asandır).
• çox qısa zaman intervalları ilə ayrılmış impulsları ayırd edə bilir, yəni, necə deyərlər, yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malikdir.
• fosforlar, bir qayda olaraq, eyni həcmli Geiger sayğaclarına nisbətən ionlaşdırıcı hissəciklərin daha səmərəli detektorlarıdır.

Lakin sintillyator təkcə fosfor deyil. Fotodetektorun mümkün olan ən çox fosfor yanıb-sönməsini qeyd etməsi üçün o, daxili səthi işığı yaxşı əks etdirən örtüklü (adətən maqnezium) olan işığa davamlı metal konteynerə yerləşdirilir. Silindr fosfora nüfuz edən ionlaşdırıcı radiasiyanı mümkün qədər az zəiflədə bilən çox nazik "alt" və onu xarici mühitin mənfi təsirlərindən qoruyan şəffaf bir çıxış pəncərəsinə sahib olmalıdır. Balondaxili yansımalar nəticəsində və fosfor-PMT keçidində baş verən optik itkilər hər cür şəkildə minimuma endirilir. Başqa sözlə, sintillyasiya detektorunun özü optik-elektron cihazdır.

Uzun illərdir ki, sənayemizdə diametri 10...15 mm-dən 100 mm-ə qədər və daha çox olan “pəncərəli” irili-xırdalı, həcmcə müxtəlif fosforlu sintillyatorlar istehsal olunur. Ancaq Geiger sayğacları nəhayət bizim üçün əlçatan olsa (baxmayaraq ki, onların açıq satışa buraxılması hətta Çernobıldan sonra bir neçə il gecikdirildi), sintillyatorlarla heç vaxt belə olmamışdı...

Radio həvəskarı üçün maye fosforlu sintillyasiya detektorları maraqlı ola bilər ki, bunları özünüz etmək çətin deyil. Cədvəldə Şəkil 1, ksilendə həll edildikdə (konsentrasiya - litrə bir neçə qram) belə fosfora çevrilən maddələrin siyahısını göstərir.

Cədvəl 1
Ksilendə həll olunan fosforun çevrilməsinin nisbi səmərəliliyi (antrasen kristalının çevrilmə səmərəliliyi bir kimi qəbul edilir)

Maddə	Dönüşüm səmərəliliyi
Antrasen	0,060
Antrail turşusu	0,15
Difenilbutadien	0,12
Difenilheksatrien	0,14
Duren	0,048
Flüoranten	0,075
Metil p-amitnobenzoat	0,062
Fenil a-naftilamin	0,23
p-terfenil	0,48
sh-terfenil	0,20
Karbazol	0,12
flüoren	0,15
Naftalin	0,032
a-naftilamin	0,17
p-naftilamin	0,13
Piren	0,086
Stilbene	0,038

Lakin maye fosforlu ssintilasiya detektoru təkcə sadəliyi ilə deyil, diqqəti cəlb edir. Məsələn, bu məhlula α-çirklənməsində şübhəli olan taxıl qoyularsa, onunla təmasda olan fosforun ən nazik təbəqəsində işıq çaxnaşmaları meydana çıxacaq ki, bu da fotoçoğaltıcı tərəfindən asanlıqla qeydə alına bilər. mürəkkəb konfiqurasiya obyekti, çox güman ki, Geiger sayğacı tərəfindən ümumiyyətlə aşkar edilməyəcəkdir).

Sintillyasiya detektoru olan dozimetrik cihazın elektron hissəsi radio həvəskarı üçün heç bir xüsusi çətinlik yaratmır, bax ........................... .........

Laboratoriya 3

SCINTILLATION detektorunun iş prinsipinin öyrənilməsi

İşin məqsədi: radiasiyanın aşkarlanması üçün sintillyasiya metodunun əsaslarını öyrənmək; ssintillyasiya detektorunun cihazını öyrənmək və Cs - 137-nin qamma şüalanmasının qeydə alınmasının effektivliyini müəyyən etmək.

SCINTILLATION DETEKTOR CİHAZI

Giriş

Hissəciklərin aşkarlanması üçün sintillyasiya üsulu ən qədim aşkarlama üsullarından biridir. Hələ 1919-cu ildə yüklü zərrəciklərin nüvələr üzərində səpilməsi ilə bağlı təcrübələrdə E. Ruterford və onun əməkdaşları ZnS(Ag)-da işığın parıldamasını vizual olaraq müşahidə edərək a-hissəciklərini qeydə almışdılar. Bununla belə, hissəciklərin aşkarlanmasının ssintillyasiya üsulu yalnız fotoçoxaltıcı boruların - işığın zəif flaşlarını aşkar edə bilən cihazların ixtirasından sonra geniş şəkildə inkişaf etdirildi.

İlk fotoçoxaltıcılardan biri SSRİ-də XX əsrin 40-cı illərinin əvvəllərində qurulmuşdur. 1947-ci ildən isə sintillyasiya qeydiyyatı metodunun intensiv inkişafı başlandı. Yüksək səmərəliliyinə görə sintillyasiya detektorları və spektrometrlər nüvə fizikası, biologiya, geologiya, tibb və elm və texnikanın digər sahələrində istifadə olunur.

Parıldayan detektorun əsas elementləri bunlardır sintillyator, fotoçoğaltıcı(PMT), optik sistem sintillyator və fotoçoxaltıcının birləşdirilməsi üçün.

Sintilator maddə ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, yüklü hissəciklər mühitin atomlarını həyəcanlandırmaq və ionlaşdırmaq üçün enerjilərini itirirlər. Qamma şüalanması dolayı ionlaşdırıcı şüalanma kimi özü bilavasitə ionlaşma və həyəcan yaratmır: sintillyator maddənin atomları γ-şüalanmanın sintillyator maddə ilə qarşılıqlı təsiri zamanı əmələ gələn elektronlar tərəfindən ionlaşır və həyəcanlanır. Atomların həyəcanı aradan qaldırıldıqda meydana çıxan şüalanma mühitdən işıq yanıb-sönmələri - parıldamalar şəklində çıxır, fotonların sayı həm sintilatorun xüsusiyyətlərindən və ölçülərindən, həm də hissəciklərin növündən və işığından asılıdır. bu hissəciklər tərəfindən sintilatora ötürülən enerji.

Bu parıldamaları qeyd etmək üçün işıq sönmələrini elektrik gərginlikli impulslara çevirən, sonra isə ölçü vahidinə daxil olan fotoçoxaldan istifadə olunur.

Sintillyatorların əsas xüsusiyyətləri

Sintillyatorlar adətən ionlaşdırıcı şüalanmanın təsiri altında spektrin görünən və ya ultrabənövşəyi hissəsində fotonlar yayan maddələr adlanır. Bundan əlavə, həyəcanlanmış vəziyyətdə atomlar və molekullar tərəfindən fotonların buraxılması ehtimalı yüksəkdirsə, bu yayılan fotonların parıldayan maddənin özü tərəfindən udulma ehtimalı kiçik olmalıdır: yəni elektromaqnit şüalanmanın emissiya spektri nisbi yerdəyişməlidir. udma spektrinə.

Bütün parıldayan maddələr üç sinfə bölünə bilər: müəyyən üzvi birləşmələr, qeyri-üzvi kristallar və qazlar əsasında.

Üzvi birləşmələrdən ən çox aromatik birləşmələrin maye və bərk məhlulları və ya antrasen, stilben, tolan və s.

Qeyri-üzvi kristallardan ən çox yayılmış sintillyatorlar talliumla aktivləşdirilmiş qələvi metal yoditləri və gümüşlə aktivləşdirilmiş sink sulfidləridir: NaJ(Tl), CsJ(Tl), ZnS(Ag). Otaq temperaturunda təmiz aktivləşdirilməmiş kristallar parıldayan xüsusiyyətlərə malik deyildir.

Radiasiya aşkarlanması nöqteyi-nəzərindən həm üzvi, həm də qeyri-üzvi bütün sintillyatorlar müəyyən tələblərə cavab verməlidir, məsələn: general, və xüsusi, aşkar edilmiş hissəciklərin təbiəti ilə müəyyən edilir.

Hər şeydən əvvəl, maddə bir ssintilasiya zamanı əmələ gələn fotonların orta sayının sintillyatorda aşkar edilmiş hissəcik tərəfindən itirilən enerjiyə nisbəti kimi müəyyən edilən yüksək işıq çıxışına malik olmalıdır:

Sintilatordan çıxan fotonların sayı praktiki maraq doğurduğundan, xarici işıq çıxışı konsepsiyasını təqdim etmək məqsədəuyğundur:

sintillyatordan fotonun çıxış əmsalı haradadır. Qeyd etmək lazımdır ki, xarici işıq çıxışı emissiya və udma spektrlərinin yerdəyişməsinin böyüklüyündən, yəni sintillyatorun öz şüalanmasına münasibətdə şəffaflığından, həmçinin sintillyatorun qalınlığından, miqdarından asılıdır. şəffaflığını azaldan çirklərin, səthlərinin vəziyyətinə və s.

İşıq çıxışına əlavə olaraq, bir parıldama prosesində yaranan fotonların enerjisinin enerjiyə nisbətini ifadə edən enerji çıxışı x konsepsiyasını təqdim edə bilərik. E, sintilatorda aşkar edilmiş hissəcik tərəfindən itirilmiş:

x = ,

parıldayan fotonların orta enerjisi haradadır.

Parıldamaq prosesi müəyyən vaxt tələb edir. Parıldamanın yüksəlmə vaxtı çürümə vaxtından (ssintilyasiyanın çürüməsi) əhəmiyyətli dərəcədə az olduğundan, bütün praktiki hallarda bütövlükdə parıltının müddəti yalnız prosesin çürüməsinin vaxt sabiti t ilə xarakterizə edilə bilər:

Dəyər t – işıqlandırmanın intensivliyi zamanı J içinə düşür e bir dəfə. Yüksək vaxt ayırdetmə tələb olunan təcrübələrdə sintillyatorlar kifayət qədər qısa ekspozisiya müddəti ilə seçilir.

İstifadə olunan parıldayan qeyri-üzvi kristallar (NaJ(Tl), CsJ(Tl), LiJ(Sn), LiJ(Tl), ZnS(Ag) ) ) böyük işıq çıxışı və işıqlanma vaxtı (təxminən 10–4 – 10–7 s) ilə xarakterizə olunur. Üzvi kristallar (stilben, antrasen və başqaları) yalnız qeyri-üzvi kristallara nisbətən daha az işıq çıxışı ilə deyil, həm də daha qısa lüminesans müddəti (təxminən 10–8 – 10–9 s) ilə xarakterizə olunur. Üzvi parıldayan məhlullar arasında adətən ksilendə olan paraterfenil istifadə olunur.

Fotoçoğaltıcı borularda baş verən proseslər

və onların əsas xüsusiyyətləri

İonlaşdırıcı hissəciyin keçidi zamanı sintillyatorda yaranan işıq impulsu fotoçoxaldan istifadə edərək elektrik impulsuna çevrilir.

Fotoçoğaltıcı boru, ikincil elektron emissiyası fenomeninə əsaslanan çoxsaylı gücləndirmə ilə fotoseldir. Fotokatoddan ibarətdir 4 , fokuslama cihazı 5 , bir neçə dinod 6 və anod 8 (şək. 1). Bütün PMT elektrodları yüksək vakuumlu silindrə yerləşdirilir. Fotokatod nazik şəffaf təbəqə şəklində hazırlanır və PMT şüşə silindrinin son divarının daxili tərəfində yerləşir. İkincili emissiya əmsalını artırmaq üçün dinodlar elektronlar üçün aşağı iş funksiyası olan bir maddənin nazik bir təbəqəsi ilə örtülmüşdür.

Fotoçoğaltıcı işləyərkən onun bütün elektrodlarına müəyyən potensial fərqlər tətbiq olunur. Şəffaf şüşədən keçən işıq kvantları fotokatodun fotohəssas təbəqəsindən müəyyən sayda elektron qoparır. Müxtəlif sürətlərdə və katod səthinə fərqli açılarda çıxan fotoelektronlar sürətlənir. elektrik sahəsi vakuumda və fokuslama sistemindən istifadə edərək, onlar çarpanın birinci dinodunda toplanır.

1 - radioaktiv mənbə; 2 - sintilator; 3 - işıq bələdçisi; 4 – PMT fotokatod; 5 - fokus elektrodları; 6 - dinodlar; 7 - fotoelektronlar; 8 - anod; 9 – PMT bölücü; 10 - yük müqaviməti.

Elektronlar birinci dinoda toxunduqda ikincil elektron emissiyası baş verir. Birinci dinoddan çıxarılan elektronlar növbəti elektrodlararası boşluqda yenidən sürətlənir və ikinci dinodun üzərinə düşərək, ikinci dinoddan ikincili elektron emissiyasına səbəb olur. Elektron emissiyasını xarakterizə etmək üçün ikincili emissiya əmsalı s adlanan bir kəmiyyət təqdim edilir ki, bu da bir ilkin elektron tərəfindən sökülən ikincil elektronların sayıdır. Təsvir edilən proses bütün dinodlarda ardıcıl olaraq baş verir və s > 1 üçün dinodların xassələrindən və sayından asılı olaraq sonuncu dinodlardakı elektronların sayı fotoelektronların ilkin sayını bir neçə böyüklük sırası ilə üstələyə bilər. Son dinoddan gələn elektronlar fotoçoğaltıcı borunun anodunda toplanır.

Fotoçoxlaşdırıcıların işinin əsasını təşkil edən fiziki hadisələr - fotoelektrik effekt və ikincil elektron emissiyası statistik xarakter daşıyır. Buna görə də, PMT parametrləri də statistik xarakter daşıyır və onlar haqqında danışarkən bu parametrlərin orta dəyərlərini nəzərdə tutacağıq.

Fotokatodun xüsusiyyətləri PMT parametrləri qrupunu təşkil edir. Bunlardan ən mühümləri kvant məhsuldarlığı, spektral xüsusiyyətlər və inteqral həssaslıqdır.

Kvant gəliri fotokatod e bir fotoelektronun fotokatoda dəyən foton tərəfindən atılma ehtimalını təmsil edir. Bu o deməkdir ki, fotokatodda işıq düşməsi monoxromatikə yaxındır. Kvant məhsuldarlığı düşən işığın dalğa uzunluğundan, fotokatodun materialından və qalınlığından asılıdır. Rəqəmsal olaraq, adətən faizlə ifadə edilir.

E-nin düşən işığın l dalğa uzunluğundan asılılığına deyilir spektral xüsusiyyətlər fotokatod və e(l) təyin olunur.

Praktiki olaraq əhəmiyyət kəsb edən təkcə sintillyator tərəfindən buraxılan fotonların sayı deyil, həm də uyğunluq əmsalı ilə müəyyən edilən verilmiş fotomultiplikatorun spektral xarakteristikası e(n) ilə xarici optik ssintilasiya spektrinin üst-üstə düşmə dərəcəsidir:

.

İnteqral həssaslıq fotokatod müəyyən bir rəng temperaturu olan ağ işıq mənbəyi ilə işıqlandırıldıqda fotokatodun üzərinə düşən işıq axınının fotokatoda olan nisbətidir.

Birinci dinodda fotoelektronların toplanması toplama əmsalı ilə xarakterizə olunur l, 0 ilə 100% arasında dəyərlər qəbul edə bilər.

PMT çarpma sistemi xarakterizə olunur qazanmaq M. Sonuncu, fotoçoğaltıcının çıxışındakı cari dəyərin vurma sisteminin girişindəki dəyərinə nisbəti kimi müəyyən edilir. Fotomultiplikatorun qazancı bərabərdir: burada a - bir dinoddan digərinə düşən elektronların hissəsini təyin edən əmsal; – ikincili emissiya faktoru i-ci dinod.

Qeyd etmək lazımdır ki, ikincili emissiya əmsalı s təkcə dinod səthinin materialından və vəziyyətindən deyil, həm də ilkin elektronların enerjisindən, yəni iki qonşu dinodda tətbiq olunan sürətləndirici potensial fərqindən asılıdır: artan elektron enerjisi ilə , s əvvəlcə artır, sonra isə enerjidən yuxarı 100 – 1000 eV (materialdan asılı olaraq) azalır. Fiziki olaraq bu davranışı aşağıdakı kimi izah etmək olar. Dinod materialına daxil olan ilkin elektronlar elastik və qeyri-elastik toqquşmalar nəticəsində enerjilərini mühitin çoxlu elektronlarına ötürürlər. İlkin elektronun enerjisi nə qədər yüksəkdirsə, enerjisini bir o qədər çox elektron ötürür. Lakin ilkin elektronun enerjisi nə qədər yüksəkdirsə, onun nüfuz dərinliyi bir o qədər çox olur və buna görə də ikinci dərəcəli elektronlar materialın dərinliyi nə qədər çox olarsa, enerji əldə edərlər. Sonuncu dinod materialını yalnız bu materialda keçdiyi yolun uzunluğundan az olan dərinlikdə əmələ gəldiyi halda tərk edə bilər.

Asılılıq qazanın M təchizatı gərginliyindən Şəkildə göstərilmişdir. 2 (ədəbiyyat məlumatları).

düyü. 2. PMT qazancından asılılıq

dinodların sayına görə dinodlar arasında potensial fərq haqqında n= 10 və σmax = 10

At yüksək dəyərlər və ya çox yüksək qazanc səbəbiylə ani cərəyanlar M, və ya çox yüksək parıltı intensivliyi, anod və son dinodlar (qırmızı xətt) bölgəsindəki sahəni təhrif edən kosmik yükün təsiri ilə bağlıdır. . Bəzi fotoçoxaltıcılar üçün bu təsir ~1 mA anod cərəyanlarında nəzərə çarpır.

PMT qazancının və birinci dinodun toplama əmsalının və fotokatodun inteqral həssaslığının hasilinə deyilir. ümumi həssaslıq PMT.

PMT fotokatoduna işıq axını düşməsə belə, PMT çıxışında qaranlıq cərəyan adlanan bəzi cərəyan hələ də müşahidə olunur. Bunun səbəbi fotokatodun və ilk dinodların səthindən termion emissiya, sahə elektronlarının soyuq emissiyası, fotoçoxaltıcının hazırlandığı materialın radioaktivliyi və bir sıra başqa səbəblərdir.

SCINTILLATION DETEKTORUN İSTİYYƏTİ

Parıldayan detektorun montajı, radioaktiv mənbə və qaranlıq cərəyanın yaratdığı impulsların amplitüdlərinin ən yüksək nisbəti ilə həm amplituda həm də detektorun ən yaxşı ayırdını təmin edən sintillyator və fotomultiplikatorun rasional birləşməsindən ibarətdir. və vaxtında. Adətən silindr formasına malik olan sintillyator çarpanın fotokatodunun qarşısında quraşdırılır (şək. 1-ə baxın). Əksər sintillyatorlar üçün işığın sınma indeksi kifayət qədər yüksək olduğundan, sintillyatorda yaranan işığın əhəmiyyətli bir hissəsi onun səthində tam daxili əksi yaşayır. Buna görə də, yaxşı optik əlaqəni təmin etmək üçün (və deməli, işığın toplanmasının artırılması üçün) sintillyator və fotokatod arasında daha aşağı refraktiv indeksə (silikon və ya vazelin yağı) malik bir maddənin nazik təbəqəsi daxil edilir.

Sintillyatorun üzərinə düşən radioaktiv şüalanma onun içərisində parıldamalara - parıldamalara səbəb olur. PMT fotokatoduna dəyən işıq kvantları uçquna səbəb olan fotoelektronları sıradan çıxarır. Elektron uçqunu PMT anoduna gəldiyi anda, çıxış yükünün müqavimətində bir gərginlik nəbzi görünür.

Elektrodlararası potensial fərqlər adətən yüksək gərginlikli enerji mənbəyindən bir gərginlik bölücü istifadə edərək təyin olunur. Ayırıcını təmin edən gərginliyi dəyişdirərək, PMT-nin qazancı geniş diapazonda dəyişə bilər. PMT bölücüsindəki gərginlik artdıqca qazanc sürətlə artır. Bunun səbəbi ikincili emissiya əmsalının artması, eləcə də diqqətin bir qədər yaxşılaşmasıdır.

Hissəciklərin sayını ölçərkən, bir hissəcik detektora dəydikdə detektorun çıxışında elektrik impulsunun yaranma ehtimalını xarakterizə edən çox vacib bir parametrdir. Bu parametr adlanır səmərəlilik detektorun qeydiyyatı h, kimi müəyyən edilir Vahid vaxtda detektorun çıxışında qeydə alınan elektrik impulslarının sayının eyni vaxt ərzində detektora daxil olan hissəciklərin sayına nisbəti . Aşkarlamanın səmərəliliyi həm tədqiq olunan radiasiyanın enerjisi və növü, həm də detektorun ölçüsü və növündən asılıdır. Bütün detektorlarda olduğu kimi, sintillyasiya detektorları üçün də əsas tələb yüksək qeydiyyat səmərəliliyidir. Məlum olduğu kimi, fotoelektrik effektin və Kompton effektinin kəsişmələri daha yüksəkdirsə, bir o qədər böyükdür Z maddələr.

Ssintillyasiya detektorlarının üstünlüyü ondan ibarətdir ki, onların yüksək radiasiyaya malik olması səbəbindən dolayı ionlaşdırıcı şüalanma (g-radiasiya, rentgen şüalanması) üçün aşkarlama effektivliyi Z sintillyatorlar qaz-boşaltma sayğaclarının qeydiyyat səmərəliliyindən yüksək miqyaslı bir sıradır. Ədəbiyyat göstərir ki, NaJ(Tl) kristalları üçün γ-şüalanma vəziyyətində böyük ölçülər təxminən 17% təşkil edir.

Detektorlar üçün əsas tələblərdən biri aşağıdır vaxt icazələr(detektorun ayrı-ayrılıqda aşkar edə biləcəyi ardıcıl iki hissəcik arasındakı minimum vaxt intervalını müəyyən edir). Bir parıltı detektorunda, işıqlandırma müddəti nisbətən uzun olan və mikrosaniyənin onda biri və ya daha çox olan qeyri-üzvi kristallardan istifadə edərkən, fotoçoğaltıcının müvəqqəti xüsusiyyətləri praktiki olaraq heç bir rol oynamır və bütün ssintilasiya detektorunun həll müddəti. kristalın işıqlanma vaxtı ilə müəyyən ediləcək . Ekspozisiya müddətinin çox qısa olduğu üzvi sintillyatorlarla (xüsusilə də maye və bərk məhlullarla) işləyərkən, fotoçoğaltıcının həlletmə müddəti sintillyatorun məruz qalma müddəti ilə müqayisə edilə bilər və vaxtı hesablayarkən nəzərə alınmalıdır. detektorun həlli.

Parıldayan detektorun üstünlüyü ondan ibarətdir ki, onun həlletmə müddəti qaz boşalma detektorlarının ayırd etmə müddətindən bir neçə dəfə qısadır. Yüksək dəqiqlikli təsadüf sxemlərində sintillyasiya detektorlarının istifadəsi tədqiqatlarda yeni perspektivlər açdı. müxtəlif növlər eyni vaxtda baş verən proseslər.

Əlavə olaraq qeyd etmək lazımdır ki, ikincili emissiya əmsalı gələn elektronların sayından asılı olmadığı üçün PMT xətti cihaz, yəni anodun yükü ilkin fotoelektronların sayına və müvafiq olaraq katoda dəyən işıq flaşının intensivliyinə mütənasibdir. Və adətən bir kristalda bir hissəciyin itirdiyi enerji işığın yanıb-sönməsinin intensivliyi ilə mütənasib olduğundan, PMT çıxışında nəbzin amplitudası hissəciyin itirilmiş enerjisi ilə mütənasibdir. Bu, Geiger sayğaclarından istifadə edərkən mümkün olmayan radioaktiv şüalanmanın enerjisini ölçmək üçün sintillyasiya detektoru əsasında müxtəlif qurğular yaratmağa imkan verir. Və yalnız PMT çıxışındakı impulslar kifayət qədər böyük olduqda, yuxarıda qeyd edildiyi kimi, anod və son dinodlar bölgəsində kosmik yüklə sahənin təhrif edilməsi səbəbindən xəttilik pozula bilər.

Ölçmələrə başlamazdan əvvəl vacib bir məqam PMT təchizatı gərginliyinin düzgün seçilməsidir . IN radiometrik ölçülər, impulslar hesablandıqda, sayma xarakteristikası bu məqsədlər üçün ən çox istifadə olunur , yəni detektorun çıxışında nəbz sayma sürətinin asılılığı n PMT təchizatı gərginliyindən U(Şəkil 3).

Şəkildən göründüyü kimi. 3, artan təchizatı gərginliyi ilə U böyüklük nəvvəlcə artır, sonra sabit olur . Bu, kiçik dəyərlərdə olması ilə izah olunur U PMT dəyər qazanır M həm də kifayət deyil. Nəticədə, PMT çıxışında impulsların amplitudası böyüklükdə əhəmiyyətsizdir və qeyd cihazının həssaslıq həddindən aşağı ola bilər. Bu halda impulslar qeydə alınmayacaq. Artan gərginliklə U qazanc artır M və impulsların amplitudası o qədər artır ki, qeyd cihazının həssaslıq həddini keçə bilər. Bu anda yenidən kalkulyatorda impulsların hesablanması başlayır .

düyü. 3. Hesablama xüsusiyyətləri

Daha da artımla U impulsların daha böyük bir hissəsi həssaslıq həddini aşan bir amplituda malik olacaq, bu da sayma sürətində daha da böyük artım verəcəkdir. n.

Təchizat gərginliyinin daha da artması nəbz sayma sürətinin artmasına səbəb ola bilər n demək olar ki, sabit olacaq və dəyərdən asılı olmayacaq U, detektordan gələn demək olar ki, bütün impulsların amplitüdləri həssaslıq həddini aşdığından və demək olar ki, bütün impulslar qeydə alınır.

Çox yüksək gərginliklərdə U hesablama dərəcəsi n PMT səs-küy impulslarının amplitudasının da çox böyük olması səbəbindən kəskin şəkildə arta bilər.

Şəkildə vurğulanmışdır. 3 yaylanın olduğu bölgənin dəyəri n təchizatı gərginliyindən zəif asılıdır U, təchizatı gərginliyini seçmək üçün istifadə olunur; Adətən iş gərginliyi platonun ortasında seçilir.

Optimal iş gərginliyi meyarı spektrometrik ölçmələr yüksək enerji ayırdetmə qabiliyyətidir. Məlumdur ki, PMT qazancı nə qədər yüksək olarsa, detektorun enerji ayırdetmə qabiliyyəti bir o qədər yüksək olar M, yəni təchizatı gərginliyi nə qədər böyük olarsa U.

QEYDİYYATg-QUANTA

SCINTILLATION DETECTOR

Müəyyən bir fiziki problemi həll etmək üçün nəzərdə tutulmuş bir ssintilasiya detektoru ilə işləyərkən çox vacib bir xüsusi hal nəzərə alınmalıdır: bu və ya digər vəziyyətdə qeydə alınacaq radiasiyanın xüsusiyyətləri kəskin şəkildə fərqli ola biləcəyi üçün xüsusi diqqət yetirilməlidir. sintilatorun rasional seçimi, tapşırığa ən yaxşı uyğun gələn spesifik xüsusiyyətlər. Adətən qeyd olunan radiasiyanın özünün xüsusiyyətləri ilə əlaqəli fotoçoğaltıcı üçün xüsusi tələblər yoxdur.

g-şüalanma qeydə alınarkən, sintillyatorun seçimi yüksək effektivlik tələbi ilə müəyyən edilir, çünki g-şüalanma nüfuz edən radiasiyadır. Q-şüalarının dar paralel monoenergetik şüası üçün normal olaraq qalınlıqdakı sintillyatora düşür. X, qeydiyyat səmərəliliyi η qeydə alınmış hissəciklərin sayının detektora düşən hissəciklərin sayına nisbəti kimi müəyyən edilir:

burada t radiasiya enerjisindən və sintillyator maddənin orta effektiv yükündən asılı olaraq, sintillyator maddədə g-kvantının udulma əmsalıdır. Z.

t artdıqca t (və buna görə də η) dəyəri azalır; artan dəyərlərlə Z g-kvantanın udma əmsalı t (və deməli, qeydiyyat səmərəliliyi η ) artan. Buna görə də, sintillyasiya detektorları qamma şüalarını aşkar etmək üçün əsasən böyük atom nömrəsi olan qeyri-üzvi kristallardan istifadə edirlər. Z .

EKSPERİMENTAL HİSSƏ

Təcrübə proseduru

Şəkildə. Şəkil 4-də bu laboratoriya işində istifadə olunan Cs-137 izotopunun radioaktiv parçalanmasının diaqramı göstərilir.

Şəkil 4. Cs-137 izotopunun radioaktiv parçalanma diaqramı

Cs-137 izotopundan istifadə edərək təcrübə zamanı ölçülən amplituda spektrləri Şəkil 1-də göstərilən formaya malikdir. 5.

Spektrometrin iş rejimi səhv seçilərsə, bu spektrlərin forması əhəmiyyətli dərəcədə təhrif edilə bilər, buna görə də PMT güc səviyyəsini diqqətlə seçmək vacibdir. U, gücləndirici qazanc K, TLD və DNU diskriminatorunun yuxarı və aşağı hədləri.

PMT təchizatı gərginliyi dəyişdikdə U onun qazancı dəyişir M. Nəticədə çıxış siqnalının amplitudası dəyişir A və deməli, ümumi udma pikinin maksimumunun mövqeyi. Buna görə də, detektorun çıxışında nəbz amplitüdünün asılılığının öyrənilməsi A PMT təchizatı gərginliyinin dəyərinə ümumi udma pikinin maksimum mövqeyinin təchizatı gərginliyinin dəyərindən asılılığını öyrənmək üçün azaldıla bilər.

düyü. 5. Detektorun çıxışında impulsların amplituda spektri

Kompüteri yandırın. Spektrometr cihazını yandırın; Spectrum proqramını açın.

Qeydiyyatdan keçdikdən sonra spektrometr rejiminə daxil olun və onun panelində iş rejimini təyin edin.

Spektrin yığılma vaxtını təyin edin t= 150 s. PMT təchizatı gərginliyinin müxtəlif dəyərlərində çıxış impulslarının amplituda spektrlərini toplayın.

Spektrləri fayllara yazın.

Ölçmə nəticələri D diskinə yazılacaq. Qeydə alınmış məlumatları tapa biləcəyiniz yol aşağıdakı kimidir : Disk D® "3-cü kurs" qovluğu® "Məlumat" qovluğu® "Tələbələr" qovluğu® tələbənin adı olan qovluq® laboratoriya işinin nömrəsi® iş nömrəsi® spektr nömrəsi.

Nəticələrin işlənməsi

Amplituda asılılığının tədqiqi

detektor çıxış impulsları

PMT təchizatı gərginliyində

Tapşırıq 1. Mathcad-a spektrləri olan məlumat fayllarını daxil edin S 001–S 010. Spektri təsvir edən vektor dəyişəninə ad təyin edin, sıralanan dəyişən kimi kanal nömrəsini təyin edin; k, 0 ilə 1023 arasında dəyişir. Amplituda spektrlərini qurun.

Tapşırıq 2. Alınan spektrlərdə ümumi udulma zirvələrini müəyyən edin; İz əməliyyatından istifadə edərək amplitudalar, dispersiya, zirvənin sol və sağ sərhədləri miqyasında ümumi udma pikinin maksimumunun mövqeyinin təxmini hesablamalarını aparın. Zirvənin altındakı ərazini qiymətləndirin.

Tapşırıq 3. Qauss funksiyası ilə ümumi udulma zirvəsini təxmin edin; ümumi udma zirvəsinin maksimum mövqeyinə uyğun gələn kanal nömrəsinin dəqiq dəyərlərini tapın.

Tapşırıq 4. PMT təchizatı gərginliyinin qiymətindən asılılıq qurun U(bax. Şəkil 6); təchizatı gərginliyindən asılılığını izah edin. Ədəbiyyat məlumatları ilə müqayisə edin. Sonrakı əməliyyat üçün fotoçoğaltıcının işləmə gərginliyini seçin.

düyü. 6.Ümumi udma zirvəsinin maksimum mövqeyinin asılılığı k 0

təchizatı gərginliyindən asılı olaraq U

Tərifγ-radiasiya detektorunun qeydiyyat effektivliyi

Tapşırıq 5. Ölçülmüş spektrin istifadəsi, məsələn, PMT güc səviyyəsində U= 550 V və qazanc K= 1, bütün spektrin altındakı sahəni hesablayın R və detektor tərəfindən 1 saniyədə qeydə alınan impulsların sayını tapın: n = P/150.

Tapşırıq 6. İstifadə olunan Cs-137 radioaktiv izotopunun aktivliyini bilməklə, Cs-137 γ-şüalanmanın qeydə alınmasının effektivliyini təyin edin:

1 s ərzində sintillyatorun səthinə düşən γ-şüalarının sayı haradadır;

0,85 rəqəmi çürümə sxeminə düzəliş kimi təqdim olunur (Şəkil 5-də göstərilən çürümə sxeminə baxın). – radioaktiv mənbənin fəaliyyəti; = 120 kBq. Ω – detektorun mənbə tərəfindən şüalandığı nisbi bərk bucaq. Bu bucaq sintillyatorun radiusundan asılıdır s və mənbə ilə sintilator arasındakı məsafədə h.

.

Əldə olunan nəticəni qiymətləndirin; ədəbiyyat məlumatları ilə müqayisə edin.

Fotoparçanın və qeydiyyatın fotoeffektivliyinin təyini

Tapşırıq 7. 5-ci tapşırıqda istifadə olunan amplituda spektrində ümumi udulmanın zirvəsini müəyyən edin, onun sahəsini hesablayın. Fotopartı fotopik altında olan sahənin bütün spektrin altındakı sahəyə nisbəti kimi təyin edin R(məna R 5-ci tapşırıqdan götürün).

Tapşırıq 8. γ-şüalanmanın qeydə alınmasının fotoeffektivliyini fotohissəyə vurulan qeydiyyat səmərəliliyinin hasili kimi müəyyən edin:

.

NƏZARƏT SUALLARI

1. Sintillyatorda baş verən prosesləri izah edin və sintillyatorun əsas parametrlərini sadalayın.

2. Fotoçoğaltıcı borunun işləməsi hansı iki fiziki hadisəyə əsaslanır?

3. Fotoelektrik çarpanların əsas parametrlərini sadalayın.

4. Detektorun qeydiyyat effektivliyi nə qədərdir? Hansı detektor və radiasiya parametrlərindən asılıdır? Fotofraksiya və fotoeffektivlik nədir?

5. γ-şüalanmanın qeydiyyatının xüsusiyyətlərini xarakterizə edin.

Ssintillyatorlar- ionlaşdırıcı şüaları udarkən işıq saçmaq qabiliyyətinə malik olan maddələr (qamma kvantları, elektronlar, alfa hissəcikləri və s.). Bir qayda olaraq, müəyyən bir radiasiya növü üçün buraxılan fotonların sayı udulmuş enerji ilə təxminən mütənasibdir, bu da radiasiyanın enerji spektrlərini əldə etməyə imkan verir. Parıldayan nüvə radiasiya detektorları sintillyatorların əsas tətbiqidir. Bir parıldama detektorunda, ssintilasiya zamanı buraxılan işıq fotodetektorda toplanır (bir qayda olaraq, bu, fotoçoğaltıcı borunun fotokatodudur - PMT; fotodiodlar və digər fotodetektorlar daha az istifadə olunur), cərəyan impulsuna çevrilir, gücləndirilir və gücləndirilir. bu və ya digər qeyd sistemi ilə qeydə alınır.

Sintillyatorların xüsusiyyətləri[ | ]

İşıq çıxışı [ | ]

İşıq çıxışı, müəyyən miqdarda enerji udulduqda (adətən) sintilator tərəfindən buraxılan fotonların sayıdır. 1 MeV). Böyük işıq çıxışı hər MeV üçün 50-70 min foton hesab olunur. Bununla belə, yüksək enerjili hissəcikləri aşkar etmək üçün əhəmiyyətli dərəcədə aşağı işıq çıxışı olan sintillyatorlardan (məsələn, qurğuşun volfram) da istifadə edilə bilər.

İşıqlandırma spektri[ | ]

Emissiya spektri, həddindən artıq işığı itirməmək üçün istifadə olunan fotodetektorun fotohəssaslığına optimal şəkildə uyğunlaşdırılmalıdır. Qəbuledicinin həssaslığına uyğun olmayan işıqlandırma spektri enerji həllinə mənfi təsir göstərir.

Enerji həlli[ | ]

Eyni enerjiyə malik hissəciklər udulsa belə, sintillyasiya detektorunun fotodetektorunun çıxışında impuls amplitudası hadisədən hadisəyə dəyişir. Bu, 1) fotodetektorda foton toplanması və sonrakı gücləndirmə proseslərinin statistik xarakteri ilə əlaqədardır, 2) sintillyatorun müxtəlif nöqtələrindən fotodetektora fotonun çatdırılma ehtimalının müxtəlifliyi ilə, 3) buraxılan ədədin yayılması ilə əlaqədardır. fotonlardan ibarətdir. Nəticədə, toplanmış spektrdə xətt (ideal bir detektor üçün delta funksiyasını təmsil edər) bulanıq olur; Bir detektorun enerji ayırdetmə qabiliyyəti siqma (dispersiyanın kvadrat kökü) və daha tez-tez yarı maksimumda tam eni (FWHM) ilə ölçülür. Tam Genişlik Yarım Maksimum; bəzən yarım eni də deyilir), xəttin medianasına istinad edilir və faizlə ifadə edilir. FWHM Gaussları 2 2 ln ⁡ 2 ≈ 2 , 355 (\displaystyle 2(\sqrt (2\ln 2))\təqribən 2,355)σ-dən dəfələrlə böyükdür. Enerji həlli enerjidən asılı olduğundan (adətən mütənasibdir E−1/2), müəyyən bir enerji üçün göstərilməlidir. Çox vaxt qətnamə sezium-137 qamma xəttinin (661,7 keV) enerjisi üçün göstərilir.

Yanıb-sönən vaxt[ | ]

Sürətli yüklü hissəciyin udulması ilə həyəcanlanan qeyri-üzvi sintilatorun tipik emissiya əyrisi. Qısa müddətli parlaq parıltıdan sonra parıltı nisbətən yavaş sönür.

Sürətli yüklü hissəciyin keçməsi ilə həyəcanlanan sintillyatorda udulmuş enerjinin işıq şüalanmasına çevrildiyi vaxt emissiya vaxtı adlanır. Sintilatorun lüminesansının hissəciklərin udulması anından (lüminessensiya əyrisi) vaxtından asılılığı adətən azalan eksponensial kimi və ya ümumi halda bir neçə azalan eksponensiyanın cəmi kimi təqdim edilə bilər:

I ∼ ∑ i A i exp ⁡ (− t / τ i) (\displaystyle \displaystyle I\sim \sum _(i)A_(i)\exp(-t/\tau _(i)))

İlə düsturdakı termin ən böyük amplituda A i (\displaystyle \displaystyle A_(i)) və vaxt sabiti τ i (\displaystyle \tau _(i)) sintillyatorun işıqlandırılmasının ümumi vaxtını xarakterizə edir. Demək olar ki, bütün sintillyatorlar sürətli işıqlandırmadan sonra yavaş-yavaş çürüyən “quyruğuna” malikdirlər ki, bu da vaxt ayırma qabiliyyəti və aşkar edilmiş hissəciklərin sayma sürəti baxımından çox vaxt çatışmazlıqdır.

Tipik olaraq, yuxarıdakı düsturdakı bir çox eksponensiyanın cəmi iki eksponensialın cəmi kimi təcrübə üçün kifayət qədər dəqiqliklə təqdim edilə bilər:

I = A exp ⁡ (− t τ f) + B exp ⁡ (− t τ s) (\displaystyle I=A\exp \left(-(\frac (t)((\tau )_(f))) \sağ)+B\exp \left(-(\frac (t)((\tau )_(s)))\sağ))

Harada τ f (\displaystyle \tau _(f))"sürətli" işıqlandırmanın vaxt sabiti, τ s (\displaystyle \tau _(s))"yavaş" işıqlandırmanın vaxt sabiti, A (\displaystyle A) Və B (\displaystyle B)- müvafiq olaraq parıltı və parıltı amplitüdləri.

Parıltı və parıltının amplitüdləri sintillyatorda udulan enerjidən, sürətli hissəciklərin ionlaşdırıcı qabiliyyətindən və qamma şüalarından asılıdır. Məsələn, qatqılı barium flüoridindən hazırlanmış sintillyatorlarda qamma kvantının udulması nəticəsində yaranan parıltının amplitudası alfa hissəciyinin udulması nəticəsində yaranan parıltının amplitüdünü əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir, udma zamanı isə əksinə sonra parıltının amplitudası üstünlük təşkil edir. Bu fenomen ionlaşdırıcı şüalanmanın təbiətini ayırd etməyə imkan verir.

Qeyri-üzvi sintillyatorlar üçün tipik ekspozisiya müddətləri yüzlərlə nanosaniyədən onlarla mikrosaniyə qədər dəyişir. Üzvi sintillyatorlar (plastik və maye) nanosaniyələrdə işıqlandırılır.

Radiasiya gücü[ | ]

Şüalanmış sintillyatorlar tədricən deqradasiyaya uğrayır. Sintilatorun xassələri əhəmiyyətli dərəcədə pisləşmədən dözə biləcəyi radiasiya dozası radiasiya gücü adlanır.

Söndürmə faktoru [ | ]

Fərqli təbiətli, lakin eyni enerjiyə malik hissəciklər bir sintilatorda udulmuş zaman, ümumiyyətlə, fərqli işıq çıxışları verir. Yüksək ionlaşma sıxlığına malik hissəciklər (protonlar, alfa hissəcikləri, ağır ionlar, parçalanma fraqmentləri) sintillyatorların əksəriyyətində qamma şüaları, beta hissəcikləri, muon və ya rentgen şüalarından daha az foton istehsal edir. Müəyyən bir növ hissəciyin işıq çıxışının bərabər enerjili qamma şüalarının işıq çıxışına nisbətinə söndürmə faktoru deyilir (ingiliscə söndürmə - "söndürmə"). Elektronların söndürmə faktoru (beta hissəcikləri) adətən birliyə yaxındır. Alfa hissəcikləri üçün söndürmə əmsalı α/β nisbəti adlanır; bir çox üzvi sintillyatorlar üçün 0,1-ə yaxındır.

Qeyri-üzvi sintillyatorlar[ | ]

Çox vaxt sintillyator kimi qeyri-üzvi monokristallardan istifadə olunur. Bəzən işıq çıxışını artırmaq üçün kristala sözdə aktivator (yaxud dopant) daxil edilir. Beləliklə, NaI(Tl) sintilatorunda natrium yodidin kristal matrisi talliumun aktivləşdirici mərkəzlərini (faizin yüzdə biri səviyyəsində olan çirk) ehtiva edir. Aktivator olmadan parlayan sintillyatorlar deyilir sahibi.

Ssintillyatorlar

	Vaxt vurğulamaq, mks	Maksimum işıqlandırma spektri, nm	Əmsal səmərəlilik (nisbi antrasen)	Qeyd
NaI()	0,25	410	2,0	hiqroskopik
CsI()	0,5	560	0,6	fosforessensiya
LiI()	1,2	450	0,2	çox higroskopikdir
LiI()				çox higroskopikdir
ZnS()	1,0	450	2,0	toz
CDS()	1,0	760	2,0	kiçik tək kristallar

Qeyri-üzvi keramika sintillyatorları[ | ]

Şəffaf keramika sintillyatorları Al 2 O 3 (Lukalox), Y 2 O 3 (Ittralox) oksidləri və Y 3 Al 5 O 12 və YAlO 3 oksidlərinin törəmələri, həmçinin MgO, BeO əsasında şəffaf keramika materiallarından əldə edilir.

Üzvi sintillyatorlar[ | ]

Üzvi sintillyatorlar adətən iki və ya üç komponentli qarışıqlardır. İlkin flüoresan mərkəzləri hadisə hissəciklərinin enerji itkisi səbəbindən həyəcanlanır. Bu həyəcanlı vəziyyətlər pozulduqda, ultrabənövşəyi dalğa uzunluğu diapazonunda işıq yayılır. Bununla belə, bu ultrabənövşəyi udma uzunluğu olduqca qısadır: flüoresan mərkəzlər öz yaydıqları işığa qeyri-şəffafdır.

İşığın çıxışı sintillyatora ikinci komponent əlavə etməklə həyata keçirilir ki, bu da ilkin buraxılan işığı udur və onu uzun dalğa uzunluqları ilə izotropik şəkildə təkrar buraxır (sözdə spektr dəyişdiricisi və ya dəyişdirici).

Üzvi sintillyatorlardakı iki aktiv komponent ya üzvi mayedə həll edilir, ya da polimer strukturu yaratmaq üçün üzvi materialla qarışdırılır. Bu texnologiya ilə istənilən həndəsi formada maye və ya plastik sintillyator istehsal etmək mümkündür. Əksər hallarda, sintilator təbəqələri 1 ilə 30 mm qalınlığında istehsal olunur.

Üzvi sintillyatorlar qeyri-üzvi sintillyatorlarla müqayisədə daha qısa lüminesans vaxtlarına malikdir (bir neçə ilə onlarla nanosaniyə qədər), lakin daha kiçikdir:

Digər üzvi sintillyatorlar da var, məsələn, Amerika şirkətindən. Scintillyators Bicron BC 400...416 əsasında istehsal olunur.

Qaz sintillyatorları[ | ]

Qaz parıldayan sayğaclar, yüklü hissəciklər onlarla qarşılıqlı əlaqədə olduqda həyəcanlanan və sonra əsas vəziyyətə qayıdan atomlar tərəfindən yayılan işıqdan istifadə edir. Həyəcanlı səviyyələrin ömürləri nanosaniyə diapazonunda olur. Aşağı sıxlıqlara görə qaz sintillyatorlarında işıq çıxışı nisbətən aşağıdır. Bununla belə, mayeləşdirilmiş inert qazlar qaz sintillyatorları kimi də istifadə edilə bilər.

Drift kamerası.

Bu, hissəciklərin trayektoriyasını daha da dəqiqliklə bərpa etməyə imkan verən mütənasib kameranın analoqudur.

Qığılcım, streç, mütənasib və sürüşmə kameraları qabarcıq kameralarının bir çox üstünlüklərinə malikdir, bu da onları maraqlı bir hadisədən işə salmağa imkan verir, onlardan parıldama detektorları ilə üst-üstə düşmək üçün istifadə edir.

Sürüşmə kamerası koordinat detektorudur. Bu, tel qazla doldurulmuş ionlaşma detektorudur (mütənasib bir kamera kimi), burada bir hissəciyin koordinatı qazdakı elektronların ionlaşma yerindən (hissəciyin uçuşu) siqnal anod tellərinə sürüşmə vaxtı ilə müəyyən edilir. . Tellər arasındakı məsafə adətən bir neçə santimetrdir. Proporsional kameradan fərqli olaraq, sürüşmə kamerasında vahid elektrik sahəsi yaranır. O, bir hissəciyin kameradan keçməsini qeyd edən xarici detektorlardan (ən çox parıldayan sayğaclar) başlanğıc siqnalları ilə aktivləşdirilir. Sonra kameranın həcmində görünən sərbəst elektronlar vahid və sabit bir sahədə ən yaxın naqillərə doğru sürüşürlər. Drift boşluğunda sahənin gücü 1 kV/sm-dir. Anod naqillərinin bilavasitə yaxınlığında uçqunlar əmələ gəlir (qazın gücləndirilməsi 10 6-ya çatır) və hissəciklərin koordinatları başlanğıc siqnalına nisbətən anod naqillərində uçqunların gəlməsinin gecikmə vaxtından müəyyən edilir. Drift kamerasının məkan ayırdetmə qabiliyyəti təxminən 0,1-0,2 mm, müvəqqəti ayırdetmə qabiliyyəti isə nanosaniyədir.

Drift kameraları düz, silindrik və sferik ola bilər, yüksək enerjili sürətləndiricilərdə təcrübələrdə istifadə olunur. Beləliklə, CERN 2x4x5 m3 ölçülü drift kamerası hazırlayıb.

Bir parıldama detektoru, yüklü bir hissəcik içindən keçən zaman parıldamaq üçün müəyyən maddələrin xüsusiyyətindən istifadə edir. Sintilatorda yaranan işıq kvantları daha sonra fotoçoğaltıcı borular vasitəsilə aşkar edilir. Həm kristal sintillyatorlar, məsələn, NaI, BGO, həm də plastik və maye olanlar istifadə olunur. Kristal sintillyatorlar əsasən qamma şüalarının və rentgen şüalarının, plastik və maye sintillyatorlardan neytronların və zamanın ölçülməsinin qeydə alınması üçün istifadə olunur. Böyük həcmli sintillyatorlar maddə ilə qarşılıqlı təsir üçün kiçik en kəsiyi olan hissəcikləri aşkar etmək üçün çox yüksək effektivliyə malik detektorlar yaratmağa imkan verir.

Spinthariscope adlanan ilk sintillyasiya detektoru ZnS təbəqəsi ilə örtülmüş ekran idi. Yüklü hissəciklər ona dəydikdə baş verən parıltılar mikroskop vasitəsilə qeydə alınıb. Məhz belə bir detektorla Geiger və Marsden 1909-cu ildə alfa hissəciklərinin qızıl atomları tərəfindən səpilməsi ilə bağlı təcrübə apardılar və bu, atom nüvəsinin kəşfinə səbəb oldu. 1944-cü ildən bəri sintillyatordan gələn işıq çaxmaları fotoçoğaltıcı borular (PMTs) vasitəsilə qeydə alınır. Sonralar bu məqsədlər üçün LED-lərdən də istifadə edildi.

Sintilator üzvi (kristallar, plastiklər və ya mayelər) və ya qeyri-üzvi (kristallar və ya şüşələr) ola bilər. Qazlı sintillyatorlardan da istifadə olunur. Antrasen (C14H10), stilben (C14H12) və naftalin (C10H8) çox vaxt üzvi sintillyatorlar kimi istifadə olunur. Maye sintillyatorlar adətən marka adları ilə tanınır (məsələn, NE213). Plastik və maye sintillyatorlar şəffaf həlledicidə üzvi flüoresan maddələrin məhlullarıdır. Məsələn, polistirolda antrasenin bərk məhlulu və ya p-terfenilin ksilendə maye məhlulu. Floresan maddənin konsentrasiyası adətən aşağı olur və aşkar edilmiş hissəcik əsasən həlledici molekulları həyəcanlandırır. Sonradan həyəcanlanma enerjisi flüoresan maddənin molekullarına ötürülür. Qeyri-üzvi kristal sintillyatorlar kimi ZnS, NaI(Tl), CsI, Bi4Ge3O12 (BGO) və s., qaz və maye sintillyatorlar kimi inert qazlardan (Xe, Kr, Ar, He) istifadə olunur.

Şəkil 1. İki sintillyatorun müqayisəsi

Ultrabənövşəyi bölgədə emissiya edən üzvi sintillyatorlarda molekulyar səviyyələr işıq qeyd cihazlarının (PMTs və fotodiodlar) spektral həssaslığına uyğunlaşdırıldığı üçün həyəcanlandığı üçün ultrabənövşəyi şüalanmanı udan və 400 bölgəsində görünən işığı yenidən yayan işıq çeviriciləri istifadə olunur. nm.

İşıq çıxışı aşkar edilmiş hissəciyin enerjisinin işıq parıltısının enerjisinə çevrilən hissəsidir. Antrasenin işıq çıxışı yüksək enerjili hissəciklər üçün ~0,05 və ya 50 eV-də 1 foton təşkil edir. NaI 25 eV-də ~0,1 və ya 1 foton işıq çıxışına malikdir. Bu sintilatorun işıq çıxışını standart olaraq istifadə edilən antrasenin işıq çıxışı ilə müqayisə etmək adətdir. Plastik sintillyatorların tipik işıq məhsuldarlığı 50-60% təşkil edir.

İşığın yanıb-sönməsinin intensivliyi hissəciyin itirdiyi enerji ilə mütənasibdir, ona görə də sintillyasiya detektorundan spektrometr, yəni hissəciyin enerjisini təyin edən cihaz kimi istifadə etmək olar.

Ssintillyasiya sayğaclarından istifadə etməklə elektronların və -şüaların enerji spektrlərini ölçmək mümkündür. Sintilatorda yüksək spesifik ionlaşma yaradan ağır yüklü hissəciklərin (-hissəciklərin və s.) spektrlərinin ölçülməsi ilə vəziyyət bir qədər pisdir. Bu hallarda, itirilmiş enerjinin parıltısının intensivliyinin mütənasibliyi bütün hissəcik enerjilərində müşahidə edilmir və yalnız müəyyən bir dəyərdən böyük enerji dəyərlərində görünür. Pulse amplitüdləri və hissəcik enerjisi arasında qeyri-xətti əlaqə müxtəlif fosforlar və müxtəlif növ hissəciklər üçün fərqlidir.

düyü. 2. Scintillator və PMT

düyü. 3. PMT cihazı

Yüklü hissəciyin təsiri altında sintillyatorda əmələ gələn fotonlar işıq bələdçisindən keçərək fotoçoğaltıcıya çatır və onun şüşə divarı vasitəsilə fotokatodun içərisinə daxil olur. Fotoçoğaltıcı boru silindrdir, onun içərisində bir fotokatod və ardıcıl dinodlar sistemi vakuumda, dinoddan dinoda artan müsbət elektrik potensialı altında yerləşir. Fotoelektrik effekt nəticəsində elektronlar fotokatoddan uçur, daha sonra elektrik sahəsində sürətləndirilir və dinodlar sisteminə yönəldilir, burada ikincil (təsir) elektron emissiyası səbəbindən elektron uçqunu meydana gətirirlər. dinoddan dinoda çevrilir və anoda çatır. Tipik olaraq, PMT qazancı (bir elektron fotokatoddan çıxarıldıqda anoda çatan elektronların sayı) 10 5 -10 6 təşkil edir, lakin 10 9-a çata bilər, bu da asanlıqla aşkar edilə bilən elektrik impulsunu əldə etməyə imkan verir. PMT çıxışı. Fotomultiplikatorun vaxt ayırma qabiliyyəti 10 -8 -10 -9 s-dir.

Parıldayan detektorların enerji ayırdetmə qabiliyyəti ΔE/E adətən bir neçə faizdən yaxşı deyil. Müvəqqəti ayırdetmə əsasən işığın yanıb-sönmə müddəti (fosforun işıqlandırıldığı vaxt) ilə müəyyən edilir və 10 -6 -10 -9 s ərzində dəyişir.

Böyük həcmli sintillyatorlar maddə ilə qarşılıqlı təsir üçün kiçik en kəsiyi olan hissəcikləri aşkar etmək üçün çox yüksək effektivliyə malik detektorlar yaratmağa imkan verir.

Scintillation - latın sözü - yüklü hissəciklərin maddədə yaratdığı görünən işığın parlamasıdır. Parıldayan detektorun işi həyəcanlanmış atomlar tərəfindən buraxılan fotonların qeydə alınmasına əsaslanır. Spinthariscope adlanan ilk sintillyasiya detektoru təbəqə ilə örtülmüş ekran idi ZnS. Yüklü hissəciklər ona dəydikdə baş verən parıltılar mikroskop vasitəsilə qeydə alınıb. Məhz belə bir detektorla alfa hissəciklərinin qızıl atomları tərəfindən səpilməsi üzərində təcrübə aparıldı və bu, atom nüvəsinin kəşfinə səbəb oldu.

Hər bir şəffaf material sintilator kimi uyğun deyil; Bunlara daxildir NaJ(Tl), CsI, üzvi: antrasen (C 14 H 10), stilben (C 14 H 12), naftalin (C 10 H 8). Qeydə alınmış yüklü hissəcik kristala daxil olur və

onda inhibe edilir, həyəcan verici və ionlaşdırıcı atomlar. Sonuncu, əsas vəziyyətə keçərək, fotonlar yayır. Bütün bunlar vaxtında 10 -7 ilə. Yaxşı kristallarda hissəcik enerjisinin bir neçə faizi işığa çevrilir. Detektordakı kristal işığın yalnız bir tərəfdən çıxması üçün reflektorla əhatə olunub.

Zəif işıq yanıb-sönmələrini qeyd etmək üçün istifadə edin fotoçoğaltıcı borular(PMT) (Şəkil 6). Sintillyator və fotoçoğaltıcının ucu arasında optik əlaqə yaradılır. Fotoelektrik effektə görə (mühazirəyə bax) işıq flaşından gələn fotonlar, fotoçoğaltıcı borunun daxili hissəsində nazik bir film şəklində hazırlanmış fotokatoddan (1) elektronları çıxarır. Bu elektronlar fokuslanan elektrik sahəsi ilə dinod adlanan ara elektroda (2) yönəldilir. Səthi

Dinod yüksək ikincili elektron emissiya əmsalı olan bir materialla örtülmüşdür. Hər bir elektron 3-dən 5-ə qədər ikincil elektronu sıradan çıxarır. Fotomultiplikatorda 10-dan çox dinod var ki, bu da elektronların axını artırmağa imkan verir. 10 5 və daha çox dəfə. Fotoçoğaltıcının (8) anodunda elektrik impulsu görünür, bu daha da gücləndirilir və qeydə alınır. PMT-nin diqqətəlayiq xüsusiyyəti onun yaxşı saxlanılan qazanc xəttidir. Sintillyasiya detektorunun ekvivalent sxemi Şəkil 7-də göstərilmişdir. Siqnal formasını təsvir edən tənlik yuxarıda verilmişdir (düstur (1)-ə baxın). Bu tənlikdə cərəyanın zamandan asılılığı sintilatorun işıqlandırılmasının dinamikası ilə müəyyən edilir və bu kimi görünür.

Harada τ - sintilatorun işıqlanma müddəti. Qeyri-üzvi sintillyatorlar üçün bu dəfə sıralanır 10 -7 s, üzvi üçün - 10 -8 s, plastik olanlar üçün çatır 10 -9 ilə. Sintilatorda enerji itkisi zamanı nəbz amplitudası ΔE təxminən bərabərdir

Harada η - sintilatorun işıq çıxışı (işıq şəklində yayılan enerjinin bir hissəsi, antrasen üçün 0,05), ε - PMT fotokatodunun kvant məhsuldarlığı (1 fotona düşən fotoelektronların orta sayı, 0,1 sıra dəyəri), K- PMT qazancı ( 10 5 və daha çox), hυ- sintilatorda əmələ gələn fotonların orta enerjisi, C- yerə nisbətən PMT anodunun tutumu (20 pF sifarişinin dəyəri), e- elektron yükü. Sadalanan kəmiyyətlər üçün tipik dəyərlər götürsək və detektorda itən hissəciyin enerjisi 5 MeV olarsa, amplituda

Fig.8 Cs-137-nin tipik spektr forması

təxminən 10 volt olacaq.

Sintilyasiya detektorlarının enerji ayırdetmə qabiliyyəti ΔE/E adətən bir neçə faizdən yaxşı deyil, çünki bir fotoelektronun əmələ gəlməsi enerji tələb edir hν/(η ε), təxminən 500 eV-ə bərabərdir (ionlaşma kamerası üçün 30 eV ilə müqayisə edin).

Rezerford laboratoriyasında protonun kəşfi (1919) nüvə reaksiyasında hissəciklərin yaratdığı parıldamaların müşahidəsi nəticəsində baş vermişdir. α + 14 N → p + 17 O. Parıldayan sayğaclar elektronların enerji spektrlərini ölçmək üçün istifadə edilə bilər və γ -şüaları (şəkil 8-də monoenergetik üçün spektrin forması γ -kvant). Onlar doza dərəcəsini ölçmək üçün istifadə olunur β - Və γ - radiasiya, eləcə də neytronlar. Ssintillyasiya sayğaclarının üstünlükləri: müxtəlif hissəciklərin qeydiyyatının yüksək effektivliyi (demək olar ki, 100%); performans; sintillyatorların istehsalı imkanı müxtəlif ölçülərdə və konfiqurasiyalar; yüksək etibarlılıq.

Böyük həcmli sintillyatorlar maddə ilə qarşılıqlı əlaqə üçün kiçik kəsikli hissəcikləri aşkar etmək üçün çox yüksək effektiv detektorlar yaratmağa imkan verir (kristallı detektor məlumdur) NaJ(Tl) diametri 0,75 m və uzunluğu 1,5 m olan, çoxlu sayda fotoçoğaltıcı tərəfindən baxılır). Reines və Cohen'in neytrinoların kəşfinə dair məşhur təcrübəsində (1956) hər birinin həcmi 1400 litr olan üç maye sintilyatordan istifadə edilmişdir.