Жидкие неорганические сцинтилляторы.

Жидкие органические сцинтилляторы - это растворы органических сцинтиллирующих веществ в некоторых жидких органических растворителях. Механизм флуоресценции в жидких сцинтилляторах аналогичен механизму, происходящему в твердых растворах—сцинтилляторах. Из жидких веществ наиболее подходящими растворителями оказались ксилол, толуол и фенилциклогексан, а сцинтиллирующими веществами р-терфенил,

дифенилоксазол и тетрафенилбутадиен. Изготовленный при растворении р-терфенила в ксилоле при концентрации растворенного вещества 5 г/л сцинтиллятор обладает наибольшим световым выходом .

Основными достоинствами жидких сцинтилляторов являются:

1. Возможность изготовления больших объемов;

2. Возможность введения в сцинтиллятор веществ, необходимых в специальных экспериментах;

3. Малая длительность вспышки.

4. Регистрация излучений в угол 4π.

ГАЗОВЫЕ СЦИНТИЛЛЯТОРЫ

В качестве сцинтилляторов применяются газы для исследования заряженных частиц малых энергий (< 0,1 Мэв) и осколков деления ядер. Сцинтилляционными свойствами обладают благородные газы криптон, ксенон, аргон и гелий. Обладают малой чувствительностью к гамма - излучению. Основная часть спектра лежит в области далекого ультрафиолета, что требует использование светопреобразователей (тонкие пленки на фотокатоде).Характеристики некоторых газов, применяемых в качестве сцинтилляторов в сцинтилляционных счётчиках (при давлении 740 мм рт. ст., для α - частиц с энергией 4,7 Мэв)

Таб.3 Свойства газовых сцинтилляторов.

	Время высвечивания , Сек	Длина волны в максимуме спектра,	Конверсионная эффективность n, %
Ксенон	10^–8	3250	14
Криптон	10^–8	3180	8,7
Аргон	10^–8	2500	3
Азот	310^–9	3900	2

Газовые сцинтилляторы обладают линейной зависимостью величины сигнала от энергии частицы в широком диапазоне энергий. Источник может быть введён в объём газового сцинтиллятора. Газовые сцинтилляторы требуют высокой чистоты газа и специального ФЭУ с кварцевыми окнами (так как значительная часть излучения лежит в ультрофиолетовой области).

Фотоэлектронные умножители

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) – очень распространенный

и во многих случаях незаменимый детектор излучения. Это фотоэлемент с многократным усилением, основанным на явлении вторичной эмиссии. Это самые распространенные сенсоры фотонов сцинтилляционных вспышек и служат для преобразования последних в импульсы электрического тока Рис.3. н позволяет регистрировать и предельно слабые, и довольно интенсивные потоки.

От единиц до 1010…1012 фотонов в секунду. Постоянная времени - порядка 10–8…10–10 с, т.е. допускает весьма высокие частоты модуляции.

Может быть размещен на воздухе и в вакууме. На выходе дает легко

измеримый сигнал. Все это с лихвой компенсирует неудобства, связанные с необходимостью использования высоковольтных блоков питания

(0,5…2,5 кВ) и довольно большими габаритами ФЭУ. Впервые разработан и предложен Л.А. Кубецким в 1930–34 г.г.

Основными элементами ФЭУ являются фотокатод (сурмяно-цезиевый), фокусирующая система, умножительная система (диноды), анод (последний динод), делитель. Вся конструкция помещается в стеклянный баллон с высоким вакуумом - 10^-6 мм рт.ст. Между электродами ФЭУ создается ускоряющее поле с помощью делителя напряжения. Таким образом, что каждый последующий электрод находится под более высоким потенциалом относительно предыдущего. Первый электрод ФЭУ это фотокатод. На него попадают фотоны сцинтилляции, проходя через стекло колбы. Обычное стекло обеспечивает пропускание фотонов с длинной волны большей 350 нм. Фотокатод — это полупрозрачный многокомпонентный светочувствительный слой, напыленный на внутреннюю поверхность колбы. В результате взаимодействия фотонов с веществом фотокатода из него будут испущены электроны. Они фокусируются и ускоряются. Попав на первый динод, электрон выбивает несколько вторичных электронов. Электроны выбитые на из первого динода, ускоряются и фокусируются на втором диноде. Как правило в ФЭУ бывает 10 -12 динодов. В конце концов пучёк электронов проходит через анодную цепь и создает падение напряжения на сопротивлении нагрузки в цепи анода. Этот импульс напряжения формируется, усиливается и регистрируется электронной аппаратурой. Максимум спектральной чувствительности фотокатода 3500 – 4200 Ǻ.

Коэффициент усиления умножителя

К = q σ ⁿ

где q - множитель, меньший единицы, учитывающий неполное собирание электронов с фотокатода на первый динод; n- число динодов; σ - коэффициент вторичной эмиссии (отношение числа вторичных электронов к числу первичных).. Для фотоумножителей типа ФЭУ-39 в рабочем режиме σ = 2-4, что соответствует коэффициенту усилия к = 10⁴ - 10 ⁸.

^{Рис.3. Схематическое устройство сцинтилляционного детектора.}

Поскольку К не зависит от числа падающих электронов, ФЭУ представляет собой линейный прибор, т.е. заряд переносимый лавиной на анод пропорционален числу первичных фотоэлектронов, собираемых с фотокатода, и, следовательно, пропорционален световой вспышки, попавшей на катод.

Существуют две схемы включения ФЭУ. С заземленным анодом и заземленным катодом.

Рис. 4. Схема подачи высокого напряжения на диноды ФЭУ:

(а) — заземленный анод, (б) — заземленный катод.

Помехи в фотоумножителе.

Кроме полезных импульсов на выходе будут и шумовые, составляющие темновой ток ФЭУ. Большинство возможных причин образования первичного электрона, способного инициировать процесс умножения (космическое излучение, авто- и термоэмиссия из динодов и т.д.), проявляется случайным образом в случайной точке усилительного тракта. Такие электроны пройдут неполный процесс умножения и на выходе дадут пачку (импульс) малой амплитуды. Сюда же попадут и микропробои по цепи питания и элементам конструкции. Исключение составит только термоэмиссия из фотокатода. Термоэлектроны пройдут тот же процесс умножения, что и фотоэлектроны, и дадут на выходе импульсы, неотличимые от полезных. Таким образом, следует ожидать, что суммарное амплитудное распределение импульсов на выходе ФЭУ будет иметь две составляющие:

– полезные, имеющие довольно широкое амплитудное распределение, но все же с выраженным максимумом (здесь же и термоэлектроны из фотокатода);

–импульсы, количество которых растет с уменьшением амплитуды.

Схема совпадений.