прилад для вимірювання характеристик ядерних випромінювань і елементарних частинок (інтенсивності випромінювання, енергії частинок, часу життя нестабільних ядер і частинок), основним елементом якого є Сцинтиляційний лічильник. Можливість вимірювання енергії С. с. пов'язана із залежністю інтенсивності світіння (світлового виходу) сцинтилятора від енергії, втраченої в ньому часткою. Для сильно іонізующих часток (? -частинок, уламків ділення ядер) і частинок малих енергій (. 1МеВ) найкращими спектрометричними характеристиками володіє кристал NaI, активований Tl [NaI (Tl)], який має лінійну залежність світлового виходу від енергії частинки для електронів з енергією . 1 кев і для протонів з енергією. 0,4 МеВ, а також інертні гази.
Для дослідження? Квантів і електронів високих енергій NaI (Tl) як сцинтилятор також є найбільш гідною кандидатурою, так як він володіє високими щільністю (3,67 г / см) і ефективним атомним номером. Високий світловий вихід і хороша прозорість дозволяють отримати в С. с. хорошу роздільну здатність по енергії. При товщині кристала 50 см роздільна здатність. дається формулою
.
Для електронів і? Квантів з енергією.
1 Гев. досягає 1%.
У фізиці високих енергій для вимірювання енергії налітаючої частки.
10-100 Гев інколи використовуються гігантські секціоновані С. с. повного поглинання, в яких маса сцинтилятора досягає десятків і сотень тонн. Вимірювання повної виділеної енергії в ядерному каскаді дозволяє визначити енергію налітаючої частки з точністю, що досягає ± 10%.
Завдяки високій ефективності реєстрації різних часток і випромінювань, а також швидкодії, С. с. знайшов широке застосування в ядерній спектроскопії (Див. Ядерна спектроскопія) і спектроскопії часток високих енергій. В області малих енергій (? 1 МеВ) С. с. поступаються в енергетичному дозволі пропорційним лічильникам (Див. Пропорційний лічильник) і напівпровідникових детекторів (Див. Напівпровідниковий детектор).
Літ. см. при ст. Сцинтиляційний лічильник.
В. С. Кафтанов.
сцинтиляційний лічильник
прилад для реєстрації ядерних випромінювань і елементарних частинок (протонів, нейтронів, електронів. квантів, мезонів і т. д.), основними елементами якого є речовина, люмінесцирующєє під дією заряджених частинок (сцинтилятор), і Фотоелектронний умножитель (ФЕУ). Візуальні спостереження світлових спалахів (сцинтилляций) під дією іонізуючих частинок (? -частинок, уламків ділення ядер) були основним методом ядерної фізики на початку 20 ст. (Див. Спінтаріскоп). Пізніше С. с. був повністю витіснений іонізаційними камерами (Див. Іонізаційна камера) і пропорційними лічильниками (Див. Пропорційний лічильник). Його повернення в ядерну фізику відбулося в кінці 40-х рр. коли для реєстрації сцинтилляций були використані багатокаскадні ФЕУ з великим коефіцієнтом посилення, здатні зареєструвати надзвичайно слабкі світлові спалахи.
Принцип дії С. с. полягає в наступному: заряджена частинка, проходячи через сцинтилятор, поряд з іонізацією атомів і молекул збуджує їх. Повертаючись в збудженому (основне) стан, атоми випускають фотони (див. Люмінесценція). Фотони, потрапляючи на катод ФЕУ, вибивають електрони (див. Фотоелектронна емісія), в результаті чого на аноді ФЕУ виникає електричний імпульс, який далі посилюється і реєструється (див. Рис.). Детектування нейтральних частинок (нейтронів. Квантів) відбувається по вторинних заряджених частинок, що утворюються при взаємодії нейтронів і? Квантів з атомами сцинтилятора.
Як сцинтиляторів використовуються різні речовини (тверді, рідкі, газоподібні). Великого поширення набули пластики, які легко виготовляються, механічно обробляються і дають інтенсивне свічення. Важливою характеристикою сцинтилятора є частка енергії реєстрованої частки, яка перетворюється в світлову енергію (конверсійна ефективність?). Найбільшими значеннями? Мають кристалічні сцинтилятори: NaI, активований Tl [NaI (Tl)], антрацен і ZnS. Др. важливою характеристикою є час висвічування. яке визначається часом життя на збуджених рівнях. Інтенсивність світіння після проходження частки змінюється експоненціально. де I - початкова інтенсивність. Для більшості сцинтиляторів. лежить в інтервалі 10 -9 - 10 -5 сек. Короткими часом свічення володіють пластики (табл. 1). Чим менше. тим більше швидкодіючим може бути зроблений С. с.
Для того щоб світлова спалах був зареєстрований ФЕУ, необхідно, щоб спектр випромінювання сцинтилятора збігався зі спектральної областю чутливості фотокатода ФЕУ, а матеріал сцинтилятора був прозорий для власного випромінювання. Для реєстрації повільних нейтронів (Див. Повільні нейтрони) в сцинтилятор додають Li або В. Для реєстрації швидких нейтронів використовуються водородсодержащие сцинтилятори (див. Нейтронні детектори). Для спектрометрії? Квантів і електронів високої енергії використовують Nal (Tl), що володіє великою щільністю і високим ефективним атомним номером (див. Гамма-випромінювання).
С. с. виготовляють з сцинтиляторами різних розмірів - об'ємом від 1-2 мм до 1-2 м. Щоб не «втратити» світло, що випромінює, необхідний хороший контакт ФЕУ з сцинтилятором. В С. с. невеликих розмірів сцинтилятор безпосередньо приклеюється до фотокатоду ФЕУ. Всі інші його сторони покриваються шаром светоотражающего речовини (наприклад, MgO, TiO). В С. с. великого розміру використовують Світоводи (зазвичай з полірованого органічного скла).
ФЕУ, призначені для С. с. повинні володіти високою ефективністю фотокатода (до 2,5%), високим коефіцієнтом посилення (10-10), малим часом збирання електронів (
10 -8 сек) при високій стабільності цього часу. Останнє дозволяє досягти роздільної здатності за часом С. с. 10 -9 сек. Високий коефіцієнт посилення ФЕУ поряд з малим рівнем власних шумів робить можливою реєстрацію окремих електронів, вибитих з фотокатода. Сигнал на аноді ФЕУ може досягати 100 в.
Табл. 1. - Характеристики деяких твердих і рідких сцинтиляторів,
застосовуваних в сцинтиляційних лічильниках
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
час
Довжина хвилі
конверсійна
речовина
Щільність, г / см
висвітлювання.
в максимумі
ефективність.
10 -9 сек.
спектра.
% (Для електронів)
Розчин р-терфеніл в ксилолі (5 г / л) з
0,86
2
3500
2
додаванням РОРОР (0,1 г / л)
Розчин р-терфеніл в толуолі (4 г / л) з
0,86
2,7
4300
2,5
додаванням РОРОР (0,1г / л)
Полістирол з додаванням р-терфеніл (0,9%) і
1,06
2,2
4000
1,6
a-NPO (0,05 вагових%)
Полівінілтолуол з додаванням 3,4% р-
1,1
3
4300
2
терфеніл і 0,1 вагових% РОРОР
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
РОРОР - 1,4-ди-[2- (5-фенілоксазоліл)] - бензол. NPO - 2- (1-нафтил) -5-фенілоксазол.
Переваги С. с. висока ефективність реєстрації різних часток (практично 100%); швидкодія; можливість виготовлення сцинтиляторів різних розмірів і конфігурацій; висока надійність і відносно невисока вартість. Завдяки цим якостям С. с. широко застосовується в ядерній фізиці, фізиці елементарних частинок і космічних променів (Див. Космічні промені), в промисловості (радіаційний контроль), дозиметрії (Див. Дозиметрія), радіометрії (Див. Радіометрія), геології, медицині і т. д. Недоліки З . с. мала чутливість до часток низьких енергій (? 1 кев), невисока роздільна здатність по енергії (див. Сцинтиляційне спектрометр).
Для дослідження заряджених частинок малих енергій (<0,1 Мэв) и осколков деления ядер в качестве сцинтилляторов применяются газы (табл. 2). Газы обладают линейной зависимостью величины сигнала от энергии частицы в широком диапазоне энергий, быстродействием и возможностью менять тормозную способность изменением давления. Кроме того, источник может быть введён в объём газового сцинтиллятора. Однако газовые сцинтилляторы требуют высокой чистоты газа и специального ФЭУ с кварцевыми окнами (значительная часть излучаемого света лежит в ультрафиолетовой области).
Табл. 2. - Характеристики деяких газів, що застосовуються в якості
сцинтиляторів в сцинтиляційних лічильниках (при тиску 740 мм
рт. ст. для? -частинок з енергією 4,7 МеВ)
------------------------------------------------------------------------------------------------
час
Довжина хвилі
конверсійна
газ
висвітлювання
в максимумі
ефективність
------------------------------------------------------------------------------------------------
Літ. Бирці Дж. Сцинтиляційні лічильники, пров. з англ. М. 1955; Калашникова В. І. Козодаев М. С. Детектори елементарних частинок, в кн. Експериментальні методи ядерної фізики, М. 1966; Рітсон Д. Експериментальні методи у фізиці високих енергій, пер. з англ. М. 1964.
В. С. Кафтанов.
Схема сцинтиляційного лічильника: кванти світла (фотони) «вибивають» електрони з фотокатода; рухаючись від динода до дінодамі, електронна лавина розмножується.
Велика Радянська Енциклопедія