Сцинтиляційні лічильники: принцип дії, переваги та недоліки обладнання

Сцинтиляційний лічильник складається з таких двох складових, як сцинтилятор (фосфор) і помножувач фотоелектронного типу. У базовій комплектації до цього лічильнику виробники додали джерело електричного живлення і радіотехнічну апаратуру, що забезпечує посилення та реєстрацію імпульсів ФЕУ. Досить часто поєднання всіх елементів даної системи здійснюється з допомогою оптичної системи – светопровода. Далі в статті розглянемо принцип дії сцинтиляційного лічильника.

Особливості роботи

Пристрій сцинтиляційного лічильника досить непросте, тому даної теми необхідно приділити більше уваги. Суть роботи цього апарату полягає в наступному. У прилад надходить заряджена частинка, внаслідок цього відбувається порушення всіх молекул. Дані об'єкти через певний проміжок часу заспокоюються, і в цьому процесі вони випускають так звані фотони. Весь цей процес необхідний для того, щоб стався спалах світла. Певні фотони проходять на фотокатод. Цей процес необхідний для появи фотоелектронів.


Фотоелектрони фокусуються і надходять на початковий електрод. Ця дія відбувається через роботи так званого ФЕУ. В подальшому дії число цих самих електронів збільшується в кілька разів, чому сприяє електронна емісія. В результаті з'являється напруга. Далі воно лише збільшує своє безпосереднє дію. Тривалість імпульсу і його амплітуда при виході визначаються характерними властивостями.

Що застосовується замість фосфору?

В даному апараті придумали заміщення такого елемента, як фосфор. Як правило, виробники використовують:

кристали органічного типу;

сцинтилятори з рідини, які також повинні бути органічного типу;

тверді сцинтилятори, які зроблені з пластмаси;

сцинтилятори з газу.

Поглянувши на дані заміщення фосфору, можна побачити, що виробники в більшості випадків використовують виключно органічні речовини.

Головна характеристика

Настав час поговорити про головною характеристикою сцинтиляційних лічильників. У першу чергу необхідно відзначити вихід світла, випромінювання, його так званий спектральний склад і саму тривалість сцинтиляції. У процесі проходження через сцинтилятор різних заряджених часток виробляється визначене число фотонів, які несуть тут чи іншу енергію. Досить немаленька частина вироблених фотонів буде поглинута і знищена в самому резервуарі. Замість фотонів, які були поглинені, произведутся інші види частинок, які будуть представляти енергію кілька меншого характеру. В результаті всього цього дії будуть з'являтися фотони, властивості яких характерні виключно для сцинтилятора.

Світловий вихід

Далі розглянемо сцинтиляційний лічильник і принцип його дії. Тепер приділимо увагу виходу світла. Даний процес також має назву ефективність конверсійного типу. Вихід світла – це так зване відношення енергії, яка виходить назовні, до величини енергії зарядженої частинки, втраченої сцинтилляторе.


В даному дії середнє число фотонів виходить виключно назовні. Це також називається енергією середнього характеру фотонів. Кожна з присутніх у приладі частинок виводить назовні не моноенергетику, а лише спектр суцільною смугою. Адже саме він є характерним для даного типу роботи. Необхідно приділити увагу найважливішого, адже даний спектр фотонів самостійно виходить із відомого нам сцинтилятора. Важливо, щоб він збігався або хоча б частково перекривався зі спектральною характеристикою ФЕУ. Дане перекриття елементів сцинтилятора з іншою характеристикою визначається виключно за рахунок узгодженого виробниками коефіцієнта. В цьому коефіцієнті спектр зовнішнього типу або ж спектр наших фотонів виходить у зовнішнє середовище даного приладу. На сьогоднішній день існує таке поняття, як «сцинтилляционная ефективність». Вона являє собою порівняння приладу з іншими даними ФЕУ. Дане поняття об'єднує в собі кілька аспектів:

Ефективність бере до уваги число наших фотонів, що випускаються сцинтиллятором на одиницю поглиненої енергії. Також цим показником враховується чутливість приладу до фотонам.

Ефективність даної роботи, як правило, оцінюється за рахунок порівняння з сцинтиляційної ефективністю сцинтилятора, який прийнятий за еталон.

Різні зміни сцинтиляції

Принцип дії сцинтиляційного лічильника також складається з наступного не менш важливого аспекту. Сцинтилляция може бути піддана тим чи іншим змінам. Вони розраховуються за спеціальним законом. В ньому I 0 позначає максимальний показник інтенсивності розглянутої нами сцинтиляції. Що ж стосується показника t 0 - то це постійна величина і вона позначає час так званого загасання. Це згасання показує час, протягом якого інтенсивність зменшується в своєму показнику в певні (е) рази. Також необхідно приділити увагу кількості так званих фотонів. Воно в нашому законі позначається літерою n. Де - повне число фотонів, испущенних в процесі сцинтиляції. Ці фотони випускаються в певний час і реєструються в приладі.

Процеси роботи фосфору

Як ми вже писали раніше, сцинтиляційні лічильники діють на основі роботи такого елемента, як фосфор. В даному елементі здійснюється процес так званої люмінесценції. І він поділяється на декілька видів:

Перший вид являє собою флуоресценцію.

Другий вид – це фосфоресценція.

Ці два види відрізняються, насамперед, за рахунок часу. Коли так зване висвічування відбувається злиття з іншим процесом або протягом проміжку часу близько 10 -8 с - це перший вид процесу. Що ж стосується другого типу, то тут інтервал часу трохи більше попереднього типу. Дана розбіжність за часом виникає з тієї причини, що даний інтервал відповідає життя атома в неспокійному стані. В цілому тривалість першого процесу зовсім не залежить від показника неспокою того чи іншого атома, але що стосується виходу даного процесу, то на це впливає саме збудність даного елемента. Варто також відзначити той факт, що у випадку з неспокойствием певних кристалів швидкість так званого виходу декілька менше, ніж при фотовозбуждении.

Що являє собою фосфоресценція?

Переваги сцинтиляційного лічильника включають в себе процес фосфоресценции. Під даним поняттям більшість людей розуміють лише люмінесценцію. Тому розглянемо ці особливості на основі цього процесу. Даний процес - це так зване продовження процесу після завершення того чи іншого типу роботи. Фосфоресценція кристаллофосфоров виникає при рекомбінації електронів і дірок, що виникли при порушенні. У певних об'єктах фосфору абсолютно неможливо здійснити уповільнення процесу, так як електрони та їх дірки потрапляють в так звані пастки. З цих пасток вони можуть звільнитися самостійним чином, але для цього їм, як і іншим речовинам, необхідно отримати додатковий запас енергії. У зв'язку з цим тривалість процесу також має залежність від тієї чи іншої температури. Якщо в процесі беруть участь і інші молекули органічного характеру, то процес фосфоресценции відбувається лише у випадку перебування їх у метастабильном стані. А перейти в нормальний стан ці молекули не можуть. Лише в такому випадку ми можемо побачити залежність цього процесу від швидкості і від самої температури.

Особливості лічильників

Має сцинтиляційний лічильник переваги і недоліки, які ми розглянемо в цьому розділі. В першу чергу опишемо переваги приладу, адже їх досить багато. Фахівці виділяють досить високий показник тимчасової здібності. З часу один імпульс, який видає цей прилад не перевищує десяти секунд. Але це в тому випадку, якщо використовуються певні прилади. Даний лічильник має цей показник у кілька разів менше, ніж інші його аналоги з розрядом самостійного характеру. Це відмінно сприяє його застосування, адже швидкість рахунку збільшується в кілька разів. Наступним позитивним якістю даних видів лічильників є досить дрібний показник спізнюється імпульсу. Але такий процес здійснюється лише після того, як частинки пройдуть період реєстрації. Це також дозволяє заощадити безпосередньо час подачі імпульсу даного виду приладу. Також сцинтиляційні лічильники мають досить високий рівень реєстрації тих або інших частинок, до яких відносяться нейрони та їхні промені. Для того, щоб збільшити рівень реєстрації, обов'язково необхідно, щоб саме ці частинки вступили в реакцію з так званими детекторами.

Виготовлення апаратів

Хто винайшов сцинтиляційний лічильник? Зробив це німецький фізик Кальман Хартмут Пауль в 1947 році, а 1948-му вчений винайшов нейтронну радіографія. Принцип роботи сцинтиляційного лічильника дозволяє випускати його досить великого розміру. Це сприяє тому, що можна здійснювати так званий герметичний аналіз досить великого потоку енергії, до якої відносяться ультрафіолетові промені. Також можна ввести до складу приладу певні речовини, з якими досить добре можуть взаємодіяти нейтрони. Що, безумовно, має свої безпосередні позитивні якості у виготовленні і майбутньому застосуванні лічильника даного характеру.

Вид конструкції

Частинки сцинтиляційного лічильника забезпечують його якісну роботу. Споживачі пред'являють наступні вимоги до роботи пристрою:

на так званому фотокатоде йде найкращий показник збору світла;

з цього фотокатоду йде розподіл світла виключно рівномірного типу;

непотрібні частинки в приладі піддаються затемненню;

магнітні поля не несуть абсолютно ніякого впливу на весь несучий процес;

коефіцієнт в даному випадку є стабільним.

Недоліки сцинтиляційний лічильник має самі мінімальні. При здійсненні роботи обов'язково необхідно домогтися того, щоб амплітуда сигнальних типів імпульсів відповідала іншим видам амплітуд.

Упаковка лічильника

Найчастіше сцинтиляційний лічильник упаковують в металевий контейнер, в якому з одного боку є скло. Крім того, м між самим контейнером і сцинтиллятором розміщується шар спеціального матеріалу , який не дає чинити ультрафіолетових променів і тепла. Пластмасові сцинтилятори немає необхідності упаковувати в герметичні контейнери, однак у се тверді сцинтилятори повинні мати на одному з торців вихідне вікно. Дуже важливо приділяти увагу упаковці даного приладу.

Переваги лічильників

Переваги сцинтиляційного лічильника полягають у наступних аспектах:

Чутливість даного приладу завжди на найвищому рівні, а від цього безпосередньо залежить і його безпосередня ефективність.

Здатності приладу включають в себе широкий спектр послуг.

Здібності по відмінності тих чи інших частинок використовують тільки інформацію про їх енергії.

Саме за рахунок вищенаведених показників даний вид лічильника обійшов усіх своїх конкурентів і по праву став найкращим приладом у своєму роді. Варто також відзначити, що до його недоліків відноситься чутливе сприйняття зміни тієї чи іншої температури, а також умов навколишнього середовища.