Sintillyatorlar

Sintillyatorlar — bu yorugʻlik chiqaradigan moddalar (ionlashtiruvchi nurlanishni yutganda yorugʻlik chiqaradigan (gamma kvantlar, elektronlar, alfa zarralari v.b). Bunga koʻra, maʼlum turdagi nurlanish uchun chiqarilgan fotonlar soni yutilgan energiyaga taxminan proportsional boʻlib, bu nurlanishning energiya spektrlarini olish imkonini beradi.

Yadro sintillyatsion detektorlari sintillyatorlarning asosiy qoʻllanilishi hisoblanadi. Sintilatsiya detektorida sintillyatsiya paytida chiqarilgan yorugʻlik fotodetektorda toʻplanadi (qoida tariqasida, bu fotokoʻpaytiruvchi fotokatod — PMT, fotodiodlar va boshqa fotodetektorlar kamroq qoʻllaniladi), impuls elektr tokiga aylantiriladi, kuchaytiriladi va tizim tomonidan qayd etiladi yoki saqlanadi. .

Sintillyatorlarning xususiyatlari

Nurlanish

Nurlanish — maʼlum miqdorda energiya yutilganda sintillyator tomonidan chiqariladigan fotonlar energiyasi (odatda 1 МэВ). Katta nurlanishni 50—70 ming. fotonlar hosil qiladi. Yorugʻlik chiqishi qanchalik yuqori boʻlsa, sintillyator shunchalik sezgir boʻladi, shuning uchun yuqori nurlanishda ishlatiladi. Shu bilan birga, yorugʻlik chiqishi sezilarli darajada past boʻlgan sintillyatorlar (masalan, qoʻrgʻoshin volframli) yuqori energiyali zarralarni aniqlash uchun ham ishlatilishi mumkin.

Emissiya spektri

Emissiya spektri ishlatiladigan fotodetektorning spektral sezgirligiga maksimal darajada mos kelishi kerak. Fotodetektor bilan spektrdagi nomuvofiqlik energiya oʻlchamlariga salbiy taʼsir qiladi.

Energetik sathlar

Bir xil energiyaga ega boʻlgan zarralar yutilganda ham, sintillyatsiya detektori fotodetektorining chiqishidagi impulsning amplitudasi sathdan sathga farq qiladi. Bu bogʻlanishga:

• fotodetektorda fotonlarni yigʻish va keyinchalik kuchaytirish jarayonlarining statistik tabiati bilan,
• sintilatorning turli nuqtalaridan fotodetektorga fotonlarni yuborishning turli ehtimoli bilan,
• koʻrsatilgan fotonlar sonining tarqalishi bilan.

Natijada, statistik jihatdan toʻplangan energiya spektridagi chiziq (ideal detektor uchun delta funktsiyani ifodalaydi) egri boʻlib chiqadi, uni koʻpincha dispersiyali Gauss σ² sifatida koʻrsatish mumkin. . Detektorning energetik sathlarining xarakteristikasi sifatida standart ogʻish σ (dispersiyaning kvadrat ildizi) va koʻpincha yarim maksimalda toʻliq chiziq kengligi (FWHM, ingliz tilidan. Toʻliq kenglik yarmi maksimal ; baʼzan yarim kenglik deb ataladi), chiziqning medianasiga ishora qilinadi va foiz sifatida ifodalanadi. FWHM σ Gaussianlar $2{\sqrt {2\ln 2}}\approx 2{,}355$ marta koʻproq. Energiya oʻlchamlari energiyaga bogʻliq boʻlgani uchun (odatda E ^-1/2 ga proportsional), u maʼlum bir energiya uchun koʻrsatilishi kerak. Koʻpincha seziy -137 gamma chizigʻining energiyasi uchun bajariladi (661,7 кэВ).

Chaqnash vaqti

Tez zaryadlangan zarrachaning yutilishi bilan qoʻzgʻatilgan noorganik sintilatorning odatdagi emissiya egri chizigʻi. Qisqa porloq chaqnashdan keyin porlash nisbatan sekin pasayadi.

Tez zaryadlangan zarrachaning oʻtishi bilan qoʻzgʻalgan sintilyatorda yutilgan energiyaning yorugʻlik nurlanishiga aylanishi vaqti emissiya vaqti deb ataladi. Sintilyator emissiyasining zarrachani yutish paytidan boshlab vaqtga bogʻliqligi (lyuminesansiya egri chizigʻi) odatda kamayuvchi koʻrsatkich sifatida yoki umumiy holatda bir nechta kamayuvchi koʻrsatkichlar yigʻindisi sifatida ifodalanishi mumkin:

$\displaystyle I\sim \sum _{i}A_{i}\exp(-t/\tau _{i}).$

Eng katta amplituda $\displaystyle A_{i}$ va doimiy vaqt $\tau _{i}$ sintilyatorning umumiy porlash vaqtini tavsiflaydi. Tez emissiyadan soʻng deyarli barcha sintilyatorlar asta-sekin tushadigan „dum“ ga ega, bu koʻpincha vaqtni aniqlash nuqtayi nazaridan, aniqlangan zarrachalarni hisoblash tezligining kamchiliklari hisoblanadi.

Odatda, yuqoridagi formuladagi koʻplab koʻrsatkichlar yigʻindisi amaliyot uchun yetarli aniqlik bilan ikkita koʻrsatkichning yigʻindisi sifatida ifodalanishi mumkin:

$I=A\exp \left(-{\frac {t}{{\tau }_{f}}}\right)+B\exp \left(-{\frac {t}{{\tau }_{s}}}\right).$

Bunda $\tau _{f}$ „tezkor“ chaqnashning vaqt konstantasi ,

$\tau _{s}$ — „sekin“ chaqnashning vaqt konstantasi,

$A,\$$B$ mos ravishda chaqnash va keyingi chaqnash amplitudalari.

Oldingi va keyingi nurlanish amplitudalari sintilyatorda yutilgan energiyaga, tez zarrachalarning ionlash qobiliyatiga va gamma nurlariga bogʻliq. Masalan, legirlangan bariy ftoriddan tayyorlangan sintilyatorlarda gamma-kvantning yutilishi natijasida paydo boʻlgan chaqnash amplitudasi alfa zarrachasini yutish natijasida paydo boʻlgan chaqnash amplitudasidan sezilarli darajada oshadi, bu esa yutilishi bilan, aksincha. keyingi nurlanish amplitudasi ustunlik qiladi. Bu hodisa ionlashtiruvchi nurlanishning tabiatini farqlash imkonini beradi.

Noorganik sintilyatorlarning odatdagi chaqnash vaqti yuzlab nanosoniyalardan oʻnlab mikrosekundlargacha. Organik sintilyatorlar (plastik va suyuq) nanosekundlarda miltillaydi.

Radiatsiya dozasi

Nurlangan sintilyatorlar asta-sekin pasayadi. Sintilyator xossalari sezilarli darajada yomonlashmasdan bardosh bera oladigan nurlanish nurlanish dozasi deb ataladi.

Kvenching-faktor

Turli tabiatdagi, lekin bir xil energiyaga ega boʻlgan zarralar sintilyatorda yutilganda, umuman olganda, boshqacha yorugʻlik chiqaradi. Yuqori ionlanish zichligiga ega boʻlgan zarralar (protonlar, alfa zarralari, ogʻir ionlar, boʻlinish fragmentlari) koʻpgina sintilyatorlarda gamma nurlari, beta zarralari, myuon yoki rentgen nurlariga qaraganda kamroq foton hosil qiladi. Muayyan turdagi zarrachalarning yorug‘lik rentabelligining teng energiyaga ega gamma kvantlarning yorug‘lik unumiga nisbati susaytirish koeffitsienti (inglizcha: quenching — „oʻchirish“). Elektronlarning susaytirish koeffitsienti (beta zarralari) odatda birga yaqin. Alfa zarralari uchun susaytirish koeffitsienti α/β — nisbat; koʻpgina organik sintilyatorlar uchun u 0,1 ga yaqin.

Noorganik sintillyatorlar (aktivator qavs ichida koʻrsatilgan)

	Vaqt </br> miltillovchi, </br> Xonim	Maksimal </br> spektr </br> miltillovchi, </br> nm	Koeffitsient </br> samaradorlik </br> (ga kelganda; .. ga kelsak; .. ning haqida </br> antratsenga)	Eslatma
NaI (TL)	0,25	410	2,0	gigroskopik
CsI (TL)	0,5	560	0,6	fosforessensiya
LiI (Sn)	1,2	450	0,2	Juda </br> gigroskopik
LiI (EI)				Juda </br> gigroskopik
ZnS (Ag)	1,0	450	2,0	kukun
CdS (Ag)	1,0	760	2,0	kichik </br> yagona kristallar

Noorganik sintilyatorlar

NaI(Tl) kristall oʻlchami 40×40 mm shisha oynali alyuminiy korpusda

Koʻpincha noorganik monokristallar sintilyator sifatida ishlatiladi. Baʼzida yorugʻlik chiqishini oshirish uchun kristall faollashtiruvchi (yoki dopant deb ataladigan) bilan qoʻshiladi. Shunday qilib, NaI(Tl) sintilyatorida natriy yodidning kristall matritsasida talliy faollashtiruvchi markazlar (foizning yuzdan bir qismi darajasidagi aralashma) mavjud. Aktivatorsiz yonadigan sintilyatorlar ichki sintilyatorlar deyiladi.

Noorganik keramik sintillyatorlar

Shaffof keramik sintillyatorlar shaffof keramik materiallardan Al ₂ O ₃ (Lukalox), Y ₂ O ₃ (Ittralox) oksidlari va Y ₃ Al ₅ O ₁₂ va YAlO ₃ oksidlarining hosilalari, shuningdek MgO, BeO asosida ishlab chiqariladi. .

Organik sintillyatorlar

	$\lambda _{\max }$ </br> emissiyalar </br> [nm]	Vaqt </br> miltillovchi </br> [ns]	yorugʻlik chiqishi </br> (NaI ga nisbatan)
Naftalin	348	96	0,12
Antrasen	440	30	0,5
Paraterfenil	440	5	0,25

Organik sintillyatorlar odatda ikki yoki uch komponentli aralashmalardir . Birlamchi flyuroessens markazlari hodisa zarralari qoʻzgʻalishi tufayli gʻalayonlanadi. Ushbu gʻalayonlangan sathlar parchalanganda, ultrabinafsha toʻlqin uzunligi oraligʻida yorugʻlik chiqariladi. Biroq, bu ultrabinafsha nurning yutilish uzunligi juda qisqa: flyuroessens markazlari oʻzlarining chiqaradigan nurlari uchun noaniqdir.

Yorugʻlikning chiqishi sintilyatorga dastlab chiqarilgan ultrabinafsha nurni oʻzlashtiradigan va uni uzoqroq toʻlqin uzunliklari bilan izotropik ravishda qayta nurlantiradigan ikkinchi komponentani qoʻshish orqali amalga oshiriladi (spektrni oʻzgartiruvchi yoki koʻchiruvchi deb ataladi).

Organik sintilyatorlarning ikkita faol moddasi organik suyuqlikda eritiladi yoki polimerik tuzilish hosil qilish uchun organik material bilan aralashtiriladi. Ushbu texnologiya yordamida istalgan geometrik shakl va o‘lchamdagi suyuq yoki plastik sintilyator ishlab chiqarish mumkin. Koʻpgina hollarda sintilyator plitalari 1 dan 30 mm gacha qalinlikda tayyorlanadi.

Organik sintillyatorlar noorganik sintillyatorlarga qaraganda ancha qisqaroq chaqnash vaqtiga ega (bir necha oʻnlab nanosoniyalar tartibida), lekin kamroq yorugʻlik chiqishiga ega.

Amerikaning BICRON kompaniyasi organik sintillyatorlar chiqaradi. Bicron BC 400…416 sintilyatorlari poliviniltoluol asosida ishlab chiqariladi.

Gaz sintillyatorlari

Gaz sintillyatsion hisoblagichlar atomlar tomonidan chiqarilgan yorugʻlikdan foydalanadi, ular zaryadlangan zarrachalarning ular bilan oʻzaro taʼsirida qoʻzgʻaladi va keyin asosiy holatga qaytadi. Gʻalayonlangan darajalarning ishlash muddati nanosoniya oraligʻida yotadi. Gazlarning zichligi past boʻlganligi sababli gaz sintillyatorlarida yorugʻlik rentabelligi nisbatan past. Shu bilan birga, suyultirilgan inert gazlar ham gaz sintillyatorlari sifatida ishlatilishi mumkin.

Sm. Shuningdek

• kristallar
• Lazer
• Keramika
• Shaffof keramik materiallar
• Optik materiallar
• Toʻlqin yoʻriqnomasi

Manbalar

• Ushbu maqola Mirzo Ulug'bek nomidagi O'zbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi Abbos Jonishev tomonidan Wikita'lim loyihasi doirasida ingliz tilidan tarjima qilindi.