10 Сцинтилляционные детекторы

10.1Принцип действия и структурная схема сцинтилляционного детектора

10.2Фосфоры

10.3Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

10.1 Принцип действия и структурная схема сцинтилляционного детектора

Работа сцинтилляционного счетчика основана совершенно на других принципах, чем работа газонаполненных детекторов. В последних регистрируются электрические заряды, возникающие в газовом объеме под действием излучения. В сцинтилляционном методе регистрации излучения основную роль играют возбужденные атомы и молекулы, образующиеся вместе с ионами вдоль траектории заряженной частицы. Число возбужденных атомов всегда в несколько раз больше, чем число ионных пар.

Возбужденные атомы, живущие короткое время, переходят в основное состояние, испуская электромагнитное излучение. Спектр частот этого излучения зависит от структуры энергетических уровней атомов и молекул вещества. У ряда прозрачных веществ, называемых фосфорами, часть спектра частот лежит в световой области. Поэтому прохождение заряженной частицы через такие вещества сопровождается короткой вспышкой света.

Механизм испускания фотонов фосфорами под действием излучения имеет сложную квантово–механическую природу, и детально рассматривать его здесь мы не будем. Отметим только, что фотоны испускаются из определенных мест фосфора, называемых центрами. Этими центрами, как правило, служат посторонние вкрапления в фосфоре. С целью равномерного распределения центров испускания фотонов и улучшения условий перехода энергии возбуждения атомов и молекул фосфора во вспышку света в фосфоры искусственно вводят атомы других веществ. Эти вещества, называемые активаторами, указывают в скобках после символического обозначения фосфора. Например, кристалл NaI, активированный таллием, обозначают NaI(Tl).

Способность излучения вызывать свечение некоторых веществ используют для его регистрации. Детекторы, основанные на этом

140

принципе, получили название сцинтилляционных счетчиков. Первоначально вспышки света, возникающие в фосфоре под

действием излучения, наблюдались визуально. Современный сцинтилляционный счетчик (рисунок 10.1) состоит из нескольких элементов.

Вспышку света регистрируют уже не таким несовершенным прибором, как человеческий глаз, а специальным электронным прибором–фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). Он преобразует вспышку света в импульс электрического тока и усиливает этот импульс в 106 раз. Получаемый на выходе ФЭУ импульс напряжения пропускают через импульсный усилитель и затем регистрируют обычными электронными регистраторами (интенсиметры, пересчетные устройства).

	Фосфор	Светопровод
	Излучение
		Фото-	Предуси-	Формирую-	Регистратор
			литель	щий каскад
	умножитель
		Источник
		напряжения

Рисунок 10.1 – Структурная схема сцинтилляционного счетчика

Заметим, что в сцинтилляционном счетчике в отличие от ионизационных детекторов вещество (фосфор), с которым взаимодействует излучение, и преобразователь (ФЭУ) этого эффекта взаимодействия в величину, удобную для регистрации, разделены светопроводом. Сцинтилляционный детектор сложнее ионизационного, однако, он имеет перед ним ряд преимуществ. Эти преимущества приводят к постепенному вытеснению ионизационных детекторов сцинтилляционными счетчиками в системах регистрации излучения. Перечислим некоторые преимущества сцинтилляционных счетчиков перед ионизационными.

1Сцинтилляционный счетчик позволяет легко отличить один тип излучения от другого.

2На основе сцинтилляционного детектора можно построить высокоэффективный спектрометр излучения.

3Сцинтилляционный счетчик обладает высокой эффективностью регистрации всех типов излучения, включая γ-излучение.

4 Наконец, сцинтилляционному методу присуще малое

141