Контрольные вопросы

1. Основные дозиметрические величины и их взаимосвязь.

2. Фотонные виды ИИ, их особенности, спектры, механизм образования.

3. Особенности взаимодействия фотонных ИИ с веществом (закон ослабления потока -квантов, понятия линейного и массового коэффициента ослабления, слоя половинного ослабления)

4. Принцип регистрации ИИ ионизационным методом, детекторы, используемые в методе.

5. Устройство ионизационной камеры.

6. Физические процессы, происходящие в ионизационной камере.

7. Типы ионизационных камер.

8. Преимущества и недостатки ионизационных детекторов.

9. Типы детекторов, применяемые для радиометрии и дозиметрии -излучения.

Сцинтилляционный метод

Введение

Сцинтилляционный метод регистрации ионизирующих излучений основан на определении числа возбужденных молекул возникающих в чувствительном объеме детектора под воздействием ионизирующих излучений. Возбужденные молекулы, переходя в основное состояние испускают фотоны (сцинтилляции), которые регистрируют с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и радиометрического устройства. Чувствительный объем сцинтилляционного датчика (рис. 1 ) заполняют специальным веществом – сцинтиллятором.

Рис. 1. Схема сцинтилляционного датчика.

Цифрами обозначены: 1 - сцинтиллятор, 2 - световод, 3 - фотокатод, 4 - фокусирующая диафрагма, 5 - диноды, 6 - анод (коллектор), 7 - делитель напряжения.

Сцинтилляторами служат вещества, отвечающие следующим требованиям:

1. Прозрачность для возникающего в нем излучения света.

2. Радиационная стойкость.

3. Высокий световой выход (высокое значение отношения световой энергии, выходящей из сцинтиллятора, к энергии, потерянной в сцинтилляторе ионизирующей частицей);

4. Малое время высвечивания кванта света;

5. Соответствие длины волны кванта света максимуму чувствительности ФЭУ.

В

ИИ   ПСПС*   ВСВС*   СССС*   ФК ФЭУ

ИИ – ионизирующее излучение, ПС, ВС – первичный и вторичный сцинтиллятор, СС – сместитель спектра * - возбужденное состояние

еществ, в полной мере отвечающих данным требованиям очень мало, поэтому к основному веществу - первичному сцинтиллятору - добавляют примеси, улучшающие его эксплуатационные характеристиками. Такими добавками являются: активатор (вторичный сцинтиллятор), служащий для увеличения светового выхода и сместитель спектра, предназначенный для смещения спектра в длинноволновую область (область максимальной чувствительности ФЭУ). Миграцию энергии, переданную ИИ такой многокомпонентной сцинтилляционной системе можно представить следующим образом:

Типы сцинтилляторов

1. Неорганические сцинтилляторы (кристаллические и газовые)

Сульфиды.( ZnS (Ag) - сернистый цинк, активированный серебром, CdS (Ag) - сернистый кадмий, активированный серебром).

Вольфраматы.(CaWO₄, - вольфрамат кальция, CdWO₄ - вольфрамат кадмия).

Сульфиды и вольфраматы применяются в виде мелкокристаллического порошка с толщиной слоя 25-50 мг/см². Они имеют низкую прозрачность, поэтому на ФЭУ попадают лишь те вспышки света, которые возникают в слое сцинтиллятора, прилегающем непосредственно к фотокатоду ФЭУ. Эти типы сцинтилляторов используют для регистрации тяжелых заряженных частиц.

Галогениды щелочных металлов. ( NaI (Tl), CsI (Tl) )

Наибольшее распространение получил йодистый натрий, активированный таллием, служащий для регистрации электромагнитных излучений. Поскольку кристаллы йодистого натрия гигроскопичны, сцинтиллятор помещают в алюминиевый контейнер. Кристаллы NaI (Tl) являются детектором излучения в сканерах и гамма-камерах, используемых в медицинской радиодиагностике.

Вспышечные сцинтилляторы ( SrS(Eu,Sm), NaCl(Ag), KCl(Ag) ).

Термолюминофоры ( CaF₂(Mn), LiF )

Эти виды сцинтилляторов широко используются в индивидуальной дозиметрии. Они позволяют проводить дозиметрию жесткого -излучения в очень широком диапазоне доз с достаточно большой точностью. Термолюминофорные и вспышечные дозиметры по своим эксплуатационным характеристикам значительно превосходят ионизационные и фотопленочные приборы индивидуального контроля.

Газовые сцинтилляторы (Криптон, неон, ксенон, их смеси).

Газовые сцинтилляторы используют для регистрации тяжелых заряженных частиц, нейтронов. Эти сцинтилляторы незаменимы там, где требуется дискриминация -фона. При использовании газовых сцинтилляторов нужен сместитель спектра. Для этих целей используют органические соединения (n,n'-кватерфенил, дифенил, стильбен и др.), обладающие высокой конверсионной эффективностью, оптической прозрачностью, химической устойчивостью.

Стеклянные сцинтилляторы.

В стеклянных сцинтилляторах центрами люминесценции являются ионы-примеси, входящие в состав стекла. Наиболее эффективным активатором является церий. Световой выход стеклянных сцинтилляторов составляет 10-15% от светового выхода NaI(Tl). Стеклянные сцинтилляторы дешевы и просты в изготовлении.

2. Органические сцинтилляторы обладают малым временем высвечивания (на два порядка ниже, чем у неорганических), но у них недостаточный световой выход, поэтому они используются с обязательным добавлением вторичного сцинтиллятора (активатора).

Пластмассовые сцинтилляторы (полистирол, поливинилтолуол и др.)

Эти сцинтилляторы обязательно содержат активатор и сместитель спектра (политерфенил, ПОПОП и др.). Высокая прозрачность материалов позволяет изготавливать детекторы неограниченных размеров методом полимеризации или горячей прессовкой. Они хорошо обрабатываются механическим способом и дешевы в производстве.

Жидкие органические сцинтилляторы

Это чаще многокомпонентные системы, состоящие из растворителя, активатора, смесителя спектра, солюбизатора и других веществ, улучшающих свойства сцинтиллятора. В качестве растворителя (первичного сцинтиллятора) используют толуол, диоксан, ксилол. Активатором служит n-терфенил, ППO, ПOПОП. Последние два вещества могут выступать и в качестве сместителя спектра. Жидкие органические сцинтилляторы находят широкое применение для регистрации бета-излучений радионуклидов ³H, ¹⁴C, ³²P и др. Эффективность счета системы с жидким сцинтиллятором для бета-излучения может достигать 90%.

Преимуществами сцинтилляционных детекторов перед газонаполненными являются:

1. Высокая эффективность счета для фотонных видов излучений (для гамма-квантов – десятки процентов).

2. Малое разрешающее время.

3. Пропорциональность между амплитудой светового импульса и энергией частицы (для ряда сцинтилляторов и определенных излучений), что позволяет использовать сцинтилляционные счетчики для спектрометрии ИИ.

Сцинтилляционные приборы применяются для подсчета числа заряженных частиц, гамма-квантов, нейтронов; для измерения дозы и мощности дозы, для исследования энергетических спектров ИИ.