Сцинтилляционные преобразователи

Сцинтилляционный радиационный преобразователь представляет собой конструктивную совокупность люминофора 1 (оптически прозрачного вещества, люминесцирующего под действием ядерного излучения) с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) 2. В результате взаимодействия попавшей элементарной частицы (или гамма-кванта) с материалом сцинтиллятора часть атомов сцинтиллятора переходит в возбужденное состояние. Обратный переход в нормальное состояние сопровождается испусканием кратковременной световой вспышки. Фотоны в дальнейшем преобразуются фотоэлектронным умножителем.

Фотоны попадают на фотокатод 3 и выбивают из него фотоэлектроны, которые, ускоряясь электрическим полем, устремляются к диноду 4 ФЭУ. Вследствие вторичной электронной эмиссии каждый электрон выбивает из динода вторичные электроны. Эти электроны ускоряются полем второго динода и при попадании на него также вызывают вторичную электронную эмиссию. Процесс повторяется и заканчивается образованием электронной лавины, достигающей анода 5 ФЭУ. Только часть фотонов достигает фотокатода ФЭУ и преобразуется в электрические импульсы.

Рис. Устройство и схема включения сцинтилляционного преобразователя

Характеристиками сцинтиллятора являются его физическая и техническая эффективность. Физическая эффективность сцинтиллятора характеризует долю энергии ядерного излучения, преобразованную в световое излучение, техническая эффективность – долю энергии ядерного излучения, достигшую в виде энергии фотонов поверхности фотокатода ФЭУ и преобразованную в электрические импульсы.

В качестве сцинтилляторов в геофизической аппаратуре применяют монокристаллы галоидных щелочных металлов с небольшой добавкой таллия: NaI (TI) – для регистрации гамма-излучения, и кристаллы сернистого цинка с добавкой серебра и бора: ZnS(Ag) – для измерения плотности тепловых нейтронов.

Сцинтилляционные преобразователи обладают рядом преимуществ:

1. высокая эффективность, достигающая 20% для гамма-излучения и еще больших величин для тепловых нейтронов;

2. большая разрешающая способность,;

3. возможность изучать энергетический спектр последнего;

4. небольшие размеры.

Полупроводниковые преобразователи

Принцип действия полупроводниковых радиационных преобразователей основан на ионизации атомов в области, которая называется р-п-переходом и созлается при тесном соприкосновении двух пластинок полупроводников, обладающих различной проводимостью. Если подключить п- полупроводник к отрицательному полюсу источника тока, а р – полупроводник – к положительному, то через переход потечет ток; при обратной полярности сопротивление р-п-слоя, называемого запорным, возрастает и система не проводит тока.

При прохождении ионизирующей частицы (гамма-кванта) через запорный слой в нем происходит ионизация и образуются свободные носители заряда, которые под действием электрического поля переходят к соответствующим электродам, что приводит к возникновению импульса напряжения на нагрузке R (рис. ). Амплитуда импульса пропорциональна числу носителей зарядов, образованных ионизирующей частицей, а следовательно, ее энергии, что дает возможность изучать энергетический спектр излучения.

Рис. Схема включения полупроводниковых радиационных преобразователей

Эффективность регистрации гамма-квантов повышают увеличением толщины чувствительного (запорного) слоя.

Преимущества полупроводниковых радиационных преобразователей – экономичность питания, малые размеры и хорошее амплитудное разрешение.