iodprom01

 Книги, статьи, публикации: 

                 
систем, которые могут быть использованы для целей учета и
контроля ядерных материалов

 

Сцинтилля́торы — вещества, обладающие способностью излучать свет при поглощении ионизирующего излучения (гамма-квантов, электронов, альфа-частиц и т. д.). Как правило, излучаемое количество фотонов для данного типа излучения приближённо пропорционально поглощённой энергии, что позволяет получать энергетические спектры излучения. Сцинтилляционные детекторы ядерных излучений — основное применение сцинтилляторов. В сцинтилляционном детекторе свет, излученный при сцинтилляции, собирается на фотоприёмнике (как правило, это фотокатод фотоэлектронного умножителя — ФЭУ, сейчас все чаще используются фотодиоды и другие фотоприёмники), преобразуется в импульс тока, усиливается и записывается той или иной регистрирующей системой.

  

Характеристики сцинтилляторов: 

Сцинтилляторы

Время

высвечивания,

мкс  *(1)

Максимум
спектра высвечивания,

нм

 Коэффициент

эффективности
(по отношению
к NaI(Tl)  *(2)

Гигроскопичность

 

Неорганические сцинтилляторы 

 

NaI(Tl)

0,23

415

100

Да

 

CsI(Tl)

0,5

550

45

Нет 

 

CsI(Na)

 0,63

420

85 немного    

6LiI(Eu)

1,4 

 470

 35

очень 

 

6LiI(Sn)

1,2

 450

10

 очень 

 

     

Неорганические керамические сцинтилляторы

 

CdS(Ag)

1,0

 760

10

Нет 

 

ZnS(Ag)

1,0

450

  10

Нет

 

     

Органические сцинтилляторы

 

нафталин

96

348

6

Нет

 

антрацен

30

440

50

Нет

 

p-терфенил

5

440

12

Нет

 
 
(1) Среднее эффективное время высвечивания для гамма-излучения. 
(2) Относительный сцинтилляционный сигнал при комнатной температуре для гамма-излучения,
    измеренный ФЭУ с бищелочным катодом.

Световыход

Световыход — количество фотонов, излучаемых сцинтиллятором при поглощении определённого количества энергии (обычно 1 МэВ). Большим световыходом считается величина 50—70 тыс. фотонов на МэВ. Однако для детектирования высокоэнергичных частиц могут использоваться и сцинтилляторы со значительно меньшим световыходом (например, вольфрамат свинца).
 

Спектр высвечивания

Спектр высвечивания должен быть оптимально согласован со светочувствительностью используемого фотоприёмника, чтобы не терять лишний свет. Несогласованный с чувствительностью приёмника спектр высвечивания негативно сказывается на энергетическом разрешении.
 

Энергетическое разрешение

Даже при поглощении частиц с одинаковой энергией амплитуда импульса на выходе фотоприёмника сцинтилляционного детектора меняется от события к событию. Это связано 1) со статистическим характером процессов сбора фотонов на фотоприёмнике и последующего усиления, 2) с различной вероятностью доставки фотона к фотоприёмнику из разных точек сцинтиллятора, 3) с разбросом высвечиваемого числа фотонов. В результате в набранном спектре линия оказывается размытой. В качестве характеристики энергетического разрешения детектора используются полная ширина линии на половине высоты (FWHM, от англ. Full Width on Half Maximum; иногда называется полушириной), отнесённые к медиане линии и выраженные в процентах. Поскольку энергетическое разрешение зависит от энергии, его указывают для конкретной энергии. Чаще всего разрешение указывают для энергии гамма-линии цезия-137 (661.7 кэВ).
 

Время высвечивания

Время, в течение которого поглощённая в сцинтилляторе энергия конвертируется в свет, называется временем высвечивания. Некоторые сцинтилляторы при быстром высвечивании могут иметь медленно спадающий «хвост» послесвечения, что для большинства задач является недостатком. Типичное время высвечивания неорганических сцинтилляторов — от десятков наносекунд до десятков микросекунд. Органические сцинтилляторы (пластиковые и жидкие) высвечиваются в течение наносекунд.
 

Радиационная прочность

Облучаемые сцинтилляторы постепенно деградируют. Доза облучения, которую может выдержать сцинтиллятор без существенного ухудшения свойств, называется радиационной прочностью.
 

Квенчинг-фактор

Частицы разной природы, но с одинаковой энергией при поглощении в сцинтилляторе дают, вообще говоря, различный световыход. Частицы с высокой плотностью ионизации (протоны, альфа-частицы, тяжёлые ионы, осколки деления) дают в большинстве сцинтилляторов меньшее количество фотонов, чем гамма-кванты, бета-частицы, мюоны или рентген. Отношение световыхода данного типа частиц к световыходу гамма-квантов с равной энергией называется квенчинг-фактором (от англ. quenching — «тушение»). Квенчинг-фактор электронов (бета-частиц) обычно близок к единице. Квенчинг-фактор для альфа-частиц называют α/β-отношением; для многих органических сцинтилляторов он близок к 0,1.

 

Неорганические сцинтилляторы 

Чаще всего в качестве сцинтилляторов используются неорганические монокристаллы. Иногда для увеличения световыхода в кристалл вводят так называемый активатор (или допант). Так, в сцинтилляторе NaI(Tl) в кристаллической матрице иодида натрия содержатся активирующие центры таллия (примесь на уровне сотых долей процента). Сцинтилляторы, которые светятся без активатора, называются собственными.
 

Неорганические керамические сцинтилляторы

Прозрачные керамические сцинтиляторы получают из прозрачных керамических материалов на базе оксидов Al203 (Лукалокс), Y203 (Иттралокс) и производных оксидов Y3Al5012 и YAl03, а также MgO, BeO.[3]
 

Органические сцинтилляторы

Органические сцинтилляторы обычно представляют собой двух-трёхкомпонентные смеси. Первичные центры флуоресценции возбуждаются за счёт потери энергии налетающими частицами. При распаде этих возбуждённых состояний излучается свет в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Длина поглощения этого ультрафиолета, однако, весьма мала: центры флуоресценции непрозрачны для их собственного излученного света.
 
Вывод света осуществляется добавлением к сцинтиллятору второго компонента, поглощающего первично излученный свет и переизлучающего его изотропно с большими длинами волн (так называемого сместителя спектра, или шифтера).
 
Две активных компоненты в органических сцинтилляторах или растворяются в органической жидкости или смешиваются с органическим материалом так, чтобы образовать полимерную структуру. При такой технологии можно производить жидкий или пластиковый сцинтиллятор любой геометрической формы. В большинстве случаев изготавливаются листы сцинтиллятора толщиной от 1 до 30 мм.
 
Органические сцинтилляторы имеют гораздо меньшие времена высвечивания (порядка единиц — десятков наносекунд) по сравнению с неорганическими, но имеют меньший световыход.