Stsintillatsioonidetektorid on üks elementaarosakeste tuvastamiseks mõeldud mõõteseadmete tüüpe. Nende eripära on see, et lugemine toimub valgustundlike süsteemide kasutamise kaudu. Esimest korda kasutati neid seadmeid uraani kiirguse mõõtmiseks 1944. aastal. Sõltuv alt töötava aine tüübist on mitut tüüpi detektoreid.
Sihtkoht
Stsintillatsioonidetektoreid kasutatakse laialdaselt järgmistel eesmärkidel:
- keskkonna kiirgussaaste registreerimine;
- radioaktiivsete materjalide analüüs ja muud füüsikalised ja keemilised uuringud;
- kasutage elemendina keerukamate detektorsüsteemide käivitamiseks;
- ainete spektromeetriline uuring;
- signalisatsioonikomponent kiirguskaitsesüsteemides (näiteks dosimeetrilised seadmed, mis on kavandatud teavitama laeva sisenemisest radioaktiivse saaste tsooni).
Loendurid suudavad toota nii kvaliteetset registreerimistkiirgust ja mõõta selle energiat.
Andurite paigutus
Stsintsillatsioonikiirguse detektori põhistruktuur on näidatud alloleval joonisel.
Seadme põhielemendid on järgmised:
- fotokordisti;
- stsintillaator, mis on loodud selleks, et muuta kristallvõre ergastus nähtavaks valguseks ja edastada see optilisse muundurisse;
- optiline kontakt kahe esimese seadme vahel;
- pinge stabilisaator;
- elektrooniline süsteem elektriimpulsside salvestamiseks.
Tüübid
Stsintillatsioonidetektorite põhitüüpide klassifikatsioon vastav alt kiirgusega kokkupuutel fluorestseeruva aine tüübile on järgmine:
- Anorgaanilised leelishalogeniidimõõturid. Neid kasutatakse alfa-, beeta-, gamma- ja neutronkiirguse registreerimiseks. Tööstuses toodetakse mitut tüüpi monokristalle: naatriumjodiid, tseesium, kaalium ja liitium, tsinksulfiid, leelismuldmetallide volframaadid. Need aktiveeritakse spetsiaalsete lisanditega.
- Orgaanilised monokristallid ja läbipaistvad lahused. Esimesse rühma kuuluvad: antratseen, tolane, trans-stilbeen, naftaleen ja muud ühendid, teise rühma kuuluvad terfenüül, antratseeni segud naftaleeniga, tahked lahused plastides. Neid kasutatakse aja mõõtmiseks ja kiirete neutronite tuvastamiseks. Aktiveerivad lisandid orgaanilistes stsintillaatorites ei olepanusta.
- Gaasikeskkond (He, Ar, Kr, Xe). Selliseid detektoreid kasutatakse peamiselt raskete tuumade lõhustumisfragmentide tuvastamiseks. Kiirguse lainepikkus on ultraviolettspektris, seega on vaja sobivaid fotodioode.
Stsintsillatsioonineutrondetektorite puhul, mille kineetiline energia on kuni 100 keV, kasutatakse tsinksulfiidi kristalle, mis on aktiveeritud boori isotoobiga massiarvuga 10 ja 6Li. Alfaosakeste registreerimisel kantakse tsinksulfiid õhukese kihina läbipaistvale substraadile.
Orgaanilistest ühenditest kasutatakse enim stsintillatsiooniplaste. Need on luminestseeruvate ainete lahused kõrgmolekulaarsetes plastides. Kõige sagedamini valmistatakse stsintillatsiooniplastid polüstüreeni baasil. Alfa- ja beetakiirguse registreerimiseks kasutatakse õhukesi plaate ning gamma- ja röntgenikiirguse jaoks pakse plaate. Neid toodetakse läbipaistvate poleeritud silindritena. Võrreldes teist tüüpi stsintillaatoritega on plastist stsintillaatoritel mitmeid eeliseid:
- lühike välguaeg;
- vastupidavus mehaanilistele kahjustustele, niiskusele;
- omaduste püsivus suurte kiirgusdooside korral;
- madala hinnaga;
- lihtne teha;
- kõrge registreerimise tõhusus.
Fotokordistajad
Selle seadme peamine funktsionaalne komponent on fotokordisti. See on paigaldatud elektroodide süsteemklaastorus. Väliste magnetväljade eest kaitsmiseks asetatakse see metallist korpusesse, mis on valmistatud suure magnetilise läbilaskvusega materjalist. See kaitseb elektromagnetilisi häireid.
Fotokordistis muundatakse valgussähvatus elektriimpulssiks, samuti võimendub elektrivool elektronide sekundaarse emissiooni tulemusena. Voolu suurus sõltub dünoodide arvust. Elektronide teravustamine toimub elektrostaatilise välja tõttu, mis sõltub elektroodide kujust ja nendevahelisest potentsiaalist. Väljalöödud laetud osakesed kiirendatakse elektroodidevahelises ruumis ja järgmisele dünoodile langedes põhjustavad uue emissiooni. Tänu sellele suureneb elektronide arv mitu korda.
Stsintillatsioonidetektor: kuidas see töötab
Loendurid töötavad järgmiselt:
- Laetud osake siseneb stsintillaatori tööainesse.
- Toimub kristallide, lahuse või gaasimolekulide ionisatsioon ja ergastumine.
- Molekulid kiirgavad footoneid ja pärast miljondiksekundi naasevad nad tasakaalu.
- Fotokordistis valgussähvatus "võimendub" ja tabab anoodi.
- Anoodiahel võimendab ja mõõdab elektrivoolu.
Stsintsillatsioonidetektori tööpõhimõte põhineb luminestsentsi nähtusel. Nende seadmete peamine omadus on muundamise efektiivsus – valgussähvatuse energia ja stsintillaatori toimeaines oleva osakese kaotatud energia suhe.
Pussid ja miinused
Stsintsillatsioonikiirguse detektorite eelised on järgmised:
- kõrge tuvastamistõhusus, eriti suure energiaga lühilaineliste gammakiirte puhul;
- hea ajaline eraldusvõime, st võimalus anda kahest objektist eraldi pilt (see ulatub 10-10 s);
- tuvastatud osakeste energia samaaegne mõõtmine;
- erineva kujuga lettide valmistamise võimalus, tehnilise lahenduse lihtsus.
Nende loendurite puuduseks on madal tundlikkus madala energiaga osakeste suhtes. Kui neid kasutatakse spektromeetrite osana, muutub saadud andmete töötlemine palju keerulisemaks, kuna spekter on keerulise kujuga.
