Le détecteur à scintillation détecte quelles particules. Scintillateurs. Le détecteur à scintillation, qui n'est pas un dispositif à avalanche, présente un certain nombre d'avantages importants par rapport aux compteurs Geiger.

13.06.2020

DÉTECTEUR DE SCINTILLATION

Languette. 2.- Caractérisation des scintillateurs organiques

En bio Dans les scintillateurs, l'émission de photons est associée aux transitions électroniques des molécules excitées. BIO Les scintillateurs sont caractérisés par une faible efficacité Z ~ 6, une densité p relativement faible et une courte durée de luminescence t (tableau 2). Ce dernier les rend pratiques pour les mesures de temps. Naïb. le rendement lumineux est obtenu sur l'anthracène, dont la valeur par rapport à d'autres organiques. scintillateurs est souvent considéré comme 1.

A base de plastique et les scintillateurs liquides sont créés par S. D. grande surface et volume et la forme requise. En règle générale, ils sont constitués de 2 à 3 composants: plastique transparent (polystyrène, polyvinyltoluène, méthacrylate de méthyle) ou organique. solvants (le xylène et le toluène ont le rendement lumineux le plus élevé) et un additif ou activateur scintillant ( p-terphényle, 2,5-diphényloxazole, tétraphényl-butadiène, stilbène, naphtalène, biphényle) avec une concentration de 1-10 g/l ; parfois ajouter le soi-disant. (5-phényl-2, oxazolyl benzène - POPOP) avec une concentration de 0,01-0,5 g/l pour faire correspondre le spectre du flash lumineux avec la sensibilité spectrale de la photocathode.

L'activateur et le solvant sont choisis de sorte que le 1er niveau excité du solvant soit supérieur au 1er niveau de l'activateur. Ensuite, le transfert d'énergie d'excitation des molécules de solvant aux molécules d'activateur est possible. Lorsque la concentration de l'activateur augmente, le rendement lumineux augmente d'abord, puis, après avoir traversé un maximum, il commence à diminuer, ce qui est associé à une augmentation de la probabilité d'auto-absorption de la lumière par les molécules activatrices. En liquide et en plastique scintillateurs peuvent être ajoutés (plusieurs %) d'autres substances, par exemple. recherché radioactif. ou lors de l'enregistrement des neutrons thermiques Li, B, Gd, Cd.

Flux lumineux organique scintillateurs est différent pour les particules légères et lourdes aux énergies< 10 МэВ, a/b0,1. Сцинтилляционный импульс в органич. сцинтилляторах обычно содержит 2 компоненты: быструю (t~10 с) и медленную (t~10 -7 -10 -5 с). Относит. интенсивности компонент зависят от природы частиц, что приводит к различию в форме импульса для тяжёлых и лёгких частиц (рис. 5). На этом различии основан метод регистрации быстрых нейтронов по протонам отдачи на фоне потока g-квантов.

Riz. 5. Forme d'impulsion dans les scintillateurs organiques pour les électrons, les protons et les particules a.

La dépendance de la puissance lumineuse sur le battement. la perte d'énergie est décrite par le f-loy de Birks :

Où UN Et DANS - permanent.

Étalonnage S. d. basé sur organique. scintillateurs est réalisée dans la région de basse énergie à l'aide de sources électrons de conversion et g-sources, et dans la région de haute énergie - avec l'aide de décomp. processus associés aux particules relativistes (désintégration de muons, le passage des particules relativistes déterminé. distance linéaire, etc.).

La grande transparence des scintillateurs liquides permet de créer S. sur leur base avec des dimensions de plusieurs. mètres et pesant jusqu'à plusieurs. des centaines de tonnes, par exemple. dans les expériences d'enregistrement. Dans ce cas, un scintillateur à base de white spirit (kérosène purifié) est souvent utilisé. Sa transparence s= 20 m.Sur la base de white spirit, le plus grand S.d. souterrain pour l'étude approfondie de l'espace. astrophysique des rayons et des neutrinos : le télescope à scintillation de Baksan (330 tonnes), un S. souterrain de 105 tonnes, situé dans une salle souterraine près de la ville d'Artyomovsk ; S. d. russo-italien dans le tunnel sous le Mont Blanc (90 tonnes).

Scintillateurs à gaz- les gaz inertes et leurs mélanges à l'état gazeux, liquide et solide. Les centres lumineux sont excités. Les gaz inertes sont caractérisés par des temps de lueur courts (t~10 -8 -10 -9 s) et un rendement lumineux élevé, de sorte que le rendement lumineux de Xe est du même ordre que celui de Nal(Tl). Principal la fraction de rayonnement de gaz inerte se situe dans la région ultraviolette du vide (l ~ 200 nm), par conséquent, l'enregistrement de ces photons nécessite un photomultiplicateur avec une fenêtre d'entrée en quartz ou l'application d'un spectre (diphényl-stilbène ou quaterphényl) à la fenêtre d'entrée du mixer. Principal l'utilisation de gaz S. d. - enregistrement des particules a et des fragments de fission (voir. fission nucléaire).

D'autres types de S. d. Créatures. effet sur le rendement lumineux du scintillateur a un effet électrique. . Lorsqu'un champ suffisamment fort est appliqué, les charges apparaissent lors du passage. les particules d'électrons peuvent acquérir une énergie suffisante pour exciter et ioniser les atomes, ce qui conduit finalement à une augmentation du nombre de photons dans un flash lumineux. Ce principe sous-tend le compteur proportionnel à scintillation. Son avantage est la haute énergie. résolution dans le domaine des basses énergies.

En utilisant convertisseur électron-optique il est possible d'obtenir une photographie d'une trace de particules dans un scintillateur (caméra luminescente). Les chambres à scintillation sont très répandues, en to-rykh en combinaison avec l'optique électronique. Le transducteur utilise un système de fibres de scintillation dans deux directions mutuellement perpendiculaires (voir Détecteur à scintillation à fibre).

Litt. : Méthode de scintillation en radiométrie, M., 1961 ; A. I. Abramov, Yu. A. Kazansky, E. S. Matusevich, Fundamentals of Experimental Methods of Nuclear Physics, 3e éd., M., 1985; Lyapidevsky V.K., Méthodes de détection des rayonnements, M., 1987.

I. R. Barabanov.

Encyclopédie physique. En 5 tomes. - M. : Encyclopédie soviétique. Rédacteur en chef A. M. Prokhorov. 1988. Grand dictionnaire encyclopédique

- (spectromètre à scintillation), un appareil de recalage et de spectrométrie de particules. L'action est basée sur l'enregistrement d'éclairs lumineux (scintillations) qui se produisent lorsque le rayonnement ionisant traverse le scintillateur. * * * SCINTILLATION… … Dictionnaire encyclopédique

détecteur à scintillation- blyksnių detektorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys : engl. détecteur à scintillation vok. Szintillationsdetektor, m rus. détecteur à scintillation, m; détecteur à scintillation, m pranc. détecteur de scintillations, m … Radioélectronique terminų žodynas

détecteur à scintillation- blyksimasis detektorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Jonizuojančiosios spinduliuotės detektorius, kurio jutiklis - scintiliatorius. atitikmenys : angl. détecteur à scintillation vok. Szintillationsdetektor, m;… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologios terminų žodynas

détecteur à scintillation- blyksimasis detektorius statusas T sritis fizika atitikmenys : angl. détecteur à scintillation vok. Szintillationsdetektor, m ; Szintillationszähler, m rus. scintillateur, m; détecteur à scintillation, m pranc. détecteur à scintillation, m … Fizikos terminų žodynas

- (spectromètre à scintillation), un appareil de recalage et de spectrométrie de particules. L'action est basée sur l'enregistrement d'éclairs lumineux (scintillations) qui se produisent lors du passage d'un rayonnement ionisant à travers le scintillateur... Sciences naturelles. Dictionnaire encyclopédique

- (SDV) une sorte de détecteur à scintillation, dont une caractéristique est un système régulier de fibres parallèles du scintillateur. Une partie de la lumière de la charge. les particules sont capturées par la fibre en raison de l'ext. reflets sur la frontière ... ... Encyclopédie physique

détecteur à scintillation équivalent air de rayonnement ionisant- détecteur d'équivalent air Détecteur à scintillation de rayonnements ionisants dont le numéro atomique effectif des matériaux est égal ou proche du numéro atomique effectif de l'air (Zeff≈7,7). [GOST 23077 78] Détecteurs de sujets… …

détecteur à scintillation hétérogène de rayonnement ionisant- détecteur hétérogène Détecteur à scintillation de rayonnement ionisant, constitué d'un ou plusieurs scintillateurs et d'un milieu conducteur de lumière. [GOST 23077 78] Thèmes détecteurs de rayonnements ionisants Synonymes détecteur hétérogène EN… … Manuel du traducteur technique

détecteur à scintillation dispersée de rayonnement ionisant- détecteur dispersé Détecteur à scintillation hétérogène de rayonnement ionisant, dans lequel la substance scintillante est dispersée dans un milieu transparent. [GOST 23077 78] Thèmes détecteurs de rayonnements ionisants Synonymes détecteur dispersif... Manuel du traducteur technique

Particules dont l'action repose sur l'enregistrement d'éclairs lumineux dans le domaine visible ou UV qui se produisent lors du passage d'une charge. particules à travers un scintillateur. La fraction d'énergie convertie en un flash lumineux à partir de l'énergie totale (), perdue par une particule dans un scintillateur, appelée. efficacité de conversion. Elle est la principale paramètre S. d. Parfois, au lieu de l'efficacité de conversion, des battements sont utilisés. rendement lumineux (sortie lumineuse) - le nombre de photons produits par une particule par unité d'énergie perdue, ou cf. l'énergie nécessaire pour produire un photon w f \u003d w / AVEC Pour.

Ici - cf. énergie photonique du flash lumineux ( 3 eV).

Pour naib. eff. valeur du scintillateur AVEC k atteint 0,1-0,3. L'efficacité de conversion dépend du type de particule enregistrée et de son sp. pertes d'énergie. Pour ce scintillateur AVEC k peut dépendre de la température J, la présence d'impuretés et le rapport décomp. composant dans le scintillateur.

S. d. a un spectroscopique. propriétés, c'est-à-dire que l'intensité du flash lumineux est proportionnelle à l'énergie perdue par la particule dans une large gamme d'énergie. Seulement dans la région des basses énergies, où le sp. perte d'énergie, le rendement lumineux chute et la proportionnalité est violée.

Les mécanismes de conversion de l'énergie des particules en un flash lumineux sont différents pour différents scintillateurs. Dans la plupart des cas, ils peuvent être réduits à ce qui suit. schéma (simplifié): 1) et l'excitation des atomes et des molécules, la formation de radicaux; 2) transfert d'énergie d'excitation aux centres de luminescence (rayonnement, résonance, exciton, électron-trou); 3) excitation et illumination des centres de luminescence. Les particules neutres sont enregistrées en raison du transfert d'énergie aux particules chargées: g-quanta - à travers les électrons et les positrons (voir. rayonnement gamma), neutrons - par protons de recul (avec diffusion élastique) ou par charge. particules générées dans réactions nucléaires neutrons avec le matériau scintillateur.

Riz. 1. Schéma du détecteur à scintillation : Sc- scintillateur, guide optique S, F - photocathode, D - dynodes, A - anode.

Principal éléments de SD (Fig. 1) - un scintillateur et un enregistreur photo optique qui y est connecté, qui convertit l'énergie d'un flash lumineux en énergie électrique. impulsion. Généralement utilisé comme enregistreur de photos photomultiplicateur(FUE). Les photons légers, tombant sur le PMT, en éliminent les électrons, qui sont focalisés sur la 1ère dynode, se multiplient par le système de dynodes à la suite du processus émission d'électrons secondaires et enfin assemblé sur l'anode PMT, créant un circuit électrique dans son circuit. impulsion.

Spectrométrique et les caractéristiques d'amplitude de S. d. sont déterminées par le nombre d'électrons qui frappent la 1ère dynode du PMT, qui peut être calculé à partir du champ N 1 = un B g /w F. Ici UN- fraction de photons frappant la photocathode, rendement quantique g de la photocathode (pour les meilleures cathodes multi-alcalis g = 0,15-0,2), b 0,5-0,8 - la fraction d'électrons collectés sur la 1ère dynode. Max. amplitude de l'impulsion sur la résistance dans le circuit anodique du PMT : UN maximum = N 1 Moi/AVEC, Où M-coefficient Amplification PMT, AVEC- capacité anodique ; M peut atteindre une valeur de ~10 8 , ce qui vous permet d'enregistrer des événements, à la suite desquels un seul électron arrive à la 1ère dynode. Parfois, un PMT est installé entre le scintillateur et le PMT (pour améliorer l'uniformité de la collecte de la lumière, l'éloignement du PMT de la région du champ électromagnétique, etc.).

En plus du photomultiplicateur, un vide (en mode intégré) ou un semi-conducteur peut être utilisé comme photodétecteur. photocellules.Dans les premières expériences, lorsque des particules a étaient détectées avec du ZnS, des flashs lumineux étaient enregistrés directement par l'œil.

Pour un enregistrement optimal d'un flash lumineux, son spectre et la sensibilité spectrale de la photocathode doivent

nous devons être proches, et le scintillateur doit être transparent pour . La transparence d'un scintillateur est caractérisée par la distance à laquelle l'intensité de son émission lumineuse diminue par suite de l'absorption dans e une fois. Pour augmenter le nombre de photons incidents sur la photocathode du photomultiplicateur et améliorer l'uniformité de la collecte de la lumière sur le volume du scintillateur, la surface de ce dernier est recouverte d'un réflecteur (MgO, TiO 2 , Téflon) ou d'un ext. reflet poli. visages de cristal.

L'intensité d'un flash lumineux varie dans le temps selon la loi je = je 0 exp(- t/t), où t est le temps pendant lequel l'intensité diminue en e fois, appelé le temps d'éclair du scintillateur ; t détermine les caractéristiques temporelles de SD. processus se posent plusieurs. composant avec diff. t. Le rapport des intensités déc. la composante d'émission diffère pour les particules légères (électrons) et lourdes (protons, particules a, etc.), en particulier pour les particules organiques. scintillateurs (voir ci-dessous), ce qui conduit à décomp. la forme de la quantité de mouvement de ces particules. Cela permet de séparer des particules de nature différente à la même amplitude d'impulsion lors de l'enregistrement par la forme d'impulsion.

La dépendance du rendement lumineux sur le type de particules enregistrées est caractérisée par le rapport a/b du rendement lumineux d'une particule a et d'un électron aux mêmes énergies. Le rapport a/b est différent pour différents types de scintillateurs et dépend de l'énergie des particules.

S. d. sont appliqués comme sous la forme d'indépendants. détecteurs, et en tant que composants systèmes de détection combinés dans l'étude des diff. processus avec des énergies >= plusieurs. keV.

Scintillateurs inorganiques- monocristaux avec ajout d'un activateur. Ils ont des rendements Z et r élevés et une durée d'incandescence t suffisamment longue (tableau 1).

Languette. 1.- Caractérisation des scintillateurs inorganiques

Naïb. Les cristaux de ZnS (Ag) ont un rendement lumineux, mais ils n'existent que sous forme de cristaux fins. poudre (on ne peut pas obtenir de cristaux de grandes tailles), dont la transparence est propre. le rayonnement est faible. L'un des meilleurs inorganiques scintillateur est NaI (Tl). Il a le rendement lumineux le plus élevé après ZnS (Ag) et est transparent à lui-même. radiation. Les monocristaux de NaI(Tl) peuvent être cultivés en grandes tailles (jusqu'à 500 mm) ; leur inconvénient est l'hygroscopicité, nécessitant une étanchéité. Le scintillateur CsI(Tl) a un rendement lumineux inférieur mais n'est pas hygroscopique. En plus de ces inorganiques universellement utilisés Il existe un certain nombre d'autres scintillateurs, dont l'utilisation est dictée par les conditions de l'expérience - la présence d'un certain. éléments, une grande ou, au contraire, une petite section efficace de capture des neutrons thermiques (voir Fig. Détecteurs de neutrons Scintillateurs prometteurs à base de BaF 2 et Bi 4 Ge 3 O 12 (hygroscopiques, pouvant croître jusqu'à plusieurs dizaines de cm), cristaux non activés d'halogénure de métal alcalin à J-200 ° C. Par exemple, les cristaux de NaI ont le même rendement lumineux que NaI (Tl) à T= 300 K, mais t est d'un ordre de grandeur plus petit. Mécanisme d'illumination inorganique. scintillateurs est illustré par le diagramme de bande des cristaux ioniques (Fig. 2). À l'intérieur de l'énergétique interdite. zone (voir Théorie des zones) il peut y avoir des niveaux d'énergie discrets d'ions activateurs (par exemple, Tl pour NaI), ainsi que d'autres impuretés inévitables et défauts cristallins. grilles. Lors du passage de la charge. les particules d'électrons peuvent recevoir une énergie suffisante pour la transition de la bande de valence à la bande d'excitons et à la bande de conduction. Les transitions inverses des électrons vers la bande de valence avec capture intermédiaire à des niveaux discrets de la bande interdite conduisent à l'émission d'optique. photons. Comme leur énergie est inférieure à la bande interdite et que la densité des niveaux discrets est faible, le cristal leur est transparent. Le rendement lumineux dépend de la concentration de l'activateur DANS(Fig. 3). La diminution du rendement lumineux à des concentrations élevées est associée à une augmentation de la probabilité d'absorption des photons aux niveaux d'activateur. Le temps de lueur t diminue de 0,35 à 0,22 μs avec l'augmentation de la concentration en activateur jusqu'à 3 10 -3 .

Riz. 2. Diagramme de bande d'un cristal ionique.

Riz. 3. Dépendance du rendement lumineux AVEC au cristal de NaI à partir de la concentration Тl.

Riz. 4. Spectre d'impulsions de NaI(Tl) pour =661 keV.

La densité élevée p et le numéro atomique élevé Z déterminent le principal. L'application de S. sur la base d'inorganique. scintillateurs pour l'enregistrement et le rayonnement g (Fig. 4). Le spectre est monochromatique. g-rayonnement se compose de la soi-disant. pic d'absorption totale (absorption gamma totale) et distribution Compton (voir Fig. Effet Compton), dont le rapport dépend de la taille du cristal. Énergie la résolution du pic d'absorption total est la somme des fluctuations du nombre d'électrons collectés sur la 1ère dynode du PMT, de la dispersion du PMT et de ce qu'on appelle. posséder résolution cristalline. Ce dernier est déterminé, en plus de la non-uniformité du processus de collecte de la lumière, par les fluctuations du nombre et de l'énergie des électrons Compton et d lors de la formation du pic d'absorption total, dépend de la taille des cristaux et s'élève à ~ plusieurs fois . %. La résolution totale pour l'énergie des quanta g de 137 Cs (=661 KeV) pour les meilleurs cristaux est d'environ 7 %. Avec un changement de l'énergie enregistrée, la résolution change selon la loi . La proportionnalité entre l'intensité du flash lumineux et l'énergie "perdue" lors de la détection des électrons et des y-quanta dans NaI (Tl) a lieu à > 100 KeV. Aux énergies inférieures, le rendement lumineux dépend de manière complexe de la sp. pertes d'énergie.

Languette. 2.- Caractérisation des scintillateurs organiques

A base de plastique et les scintillateurs liquides sont créés par S. D. grande surface et volume et la forme requise. En règle générale, ils sont constitués de 2 à 3 composants: plastique transparent (polystyrène, polyvinyltoluène, méthacrylate de méthyle) ou organique. solvants (le xylène et le toluène ont le rendement lumineux le plus élevé) et un additif ou activateur scintillant ( p-terphényle, 2,5-diphényloxazole, tétraphényl-butadiène, stilbène, naphtalène, biphényle) avec une concentration de 1-10 g/l ; parfois ajouter le soi-disant. mélangeur de spectre (5-phényl-2, oxazolyl benzène - POPOP) avec une concentration de 0,01-0,5 g/l pour faire correspondre le spectre du flash lumineux avec la sensibilité spectrale de la photocathode.

L'activateur et le solvant sont choisis de sorte que le 1er niveau excité du solvant soit supérieur au 1er niveau de l'activateur. Ensuite, le transfert d'énergie d'excitation des molécules de solvant aux molécules d'activateur est possible. Lorsque la concentration de l'activateur augmente, le rendement lumineux augmente d'abord, puis, après avoir traversé un maximum, il commence à diminuer, ce qui est associé à une augmentation de la probabilité d'auto-absorption de la lumière par les molécules activatrices. En liquide et en plastique scintillateurs peuvent être ajoutés (plusieurs %) d'autres substances, par exemple. recherché radioactif. isotopes ou lors de l'enregistrement des neutrons thermiques Li, B, Gd, Cd.

Riz. 5. Forme d'impulsion dans les scintillateurs organiques pour les électrons, les protons et les particules a.

La dépendance de la puissance lumineuse sur le battement. la perte d'énergie est décrite par le f-loy de Birks :

Où UN Et DANS- permanent.

Étalonnage S. d. basé sur organique. scintillateurs est réalisée dans la région de basse énergie à l'aide de sources électrons de conversion et g-sources, et dans la région de haute énergie - avec l'aide de décomp. processus associés aux particules relativistes (désintégration de muons, le passage des particules relativistes déterminé. distance linéaire, etc.).

La grande transparence des scintillateurs liquides permet de créer S. sur leur base avec des dimensions de plusieurs. mètres et pesant jusqu'à plusieurs. des centaines de tonnes, par exemple. dans des expériences sur l'enregistrement des neutrinos. Dans ce cas, un scintillateur à base de white spirit (kérosène purifié) est souvent utilisé. Sa transparence s= 20 m.Sur la base de white spirit, le plus grand S.d. souterrain pour l'étude approfondie de l'espace. astrophysique des rayons et des neutrinos : le télescope à scintillation de Baksan (330 tonnes), un S. souterrain de 105 tonnes, situé dans une salle souterraine près de la ville d'Artyomovsk ; S. d. russo-italien dans le tunnel sous le Mont Blanc (90 tonnes).

Scintillateurs à gaz- les gaz inertes et leurs mélanges à l'état gazeux, liquide et solide. Les centres de lueur sont les molécules excitées. Les gaz inertes sont caractérisés par des temps de lueur courts (t~10 -8 -10 -9 s) et un rendement lumineux élevé, de sorte que le rendement lumineux de Xe est du même ordre que celui de Nal(Tl). Principal la fraction de rayonnement de gaz inerte se situe dans la région ultraviolette du vide (l ~ 200 nm), par conséquent, l'enregistrement de ces photons nécessite un photomultiplicateur avec une fenêtre d'entrée en quartz ou l'application d'un spectre (diphényl-stilbène ou quaterphényl) à la fenêtre d'entrée du mixer. Principal l'utilisation de gaz S. d. - enregistrement des particules a et des fragments de fission (voir. Fission nucléaire).

Autres types de S. d. Créatures. effet sur le rendement lumineux du scintillateur a un effet électrique. champ. Lorsqu'un champ suffisamment fort est appliqué, les charges apparaissent lors du passage. les particules d'électrons peuvent acquérir une énergie suffisante pour exciter et ioniser les atomes, ce qui conduit finalement à une augmentation du nombre de photons dans un flash lumineux. Ce principe sous-tend le compteur proportionnel à scintillation. Son avantage est la haute énergie. résolution dans le domaine des basses énergies.

Litt. : Méthode de scintillation dans, M., 1961 ; A. I. Abramov, Yu. A. Kazansky, E. S. Matusevich, Principes fondamentaux des méthodes expérimentales, 3e éd., M., 1985; Lyapidevsky V.K., Méthodes de détection des rayonnements, M., 1987.

I. R. Barabanov.

Scintillateur- détecteur de rayonnement professionnel.
Sa base est constituée de certaines substances - elles sont appelées luminophores, réagissant à une particule ionisante pénétrant dans leur épaisseur avec un bref éclair de lumière.
Voici quelques-unes de ces substances : NaJ Tl (iodure de sodium modifié par du thallium), KJ Tl, CaJ Tl, CsJ, LiJ Tl, CdWO 4 , CaWO 4 , ZnS Ag, CdS Ag.
Un éclair de phosphore est converti en impulsion électrique par un appareil photosensible situé à proximité. En règle générale, les photomultiplicateurs (PMT) sont utilisés à ce titre.

Le détecteur à scintillation, qui n'est pas un appareil à avalanche, présente un certain nombre d'avantages importants par rapport aux compteurs Geiger :

par l'amplitude et la durée du flash, on peut juger du type et de l'énergie de la particule qui l'a généré (il est très facile, par exemple, de distinguer un flash généré par une particule a d'un flash provoqué par un électron).
il est capable de faire la distinction entre des impulsions séparées par de très petits intervalles de temps, c'est-à-dire qu'il a, comme on dit, une haute résolution.
les luminophores sont, en règle générale, des détecteurs de particules ionisantes beaucoup plus efficaces que les compteurs Geiger de même volume.

Mais le scintillateur n'est pas que du phosphore. Pour que le photodétecteur puisse enregistrer le plus d'éclairs de phosphore possible, il est placé dans un récipient métallique opaque dont la surface intérieure présente un revêtement qui réfléchit bien la lumière (généralement de la magnésie). Le ballon doit avoir un "fond" très fin, qui affaiblit le moins possible les rayonnements ionisants pénétrant dans le phosphore, et une fenêtre de sortie transparente qui le protège des effets néfastes de l'environnement extérieur. Les pertes optiques résultant des réflexions intra-ballon et à la transition phosphore-PMT sont minimisées de toutes les manières possibles. En d'autres termes, le détecteur à scintillation lui-même est un dispositif optoélectronique.

Des scintillateurs avec divers luminophores, de grand et petit volume, avec des "fenêtres" de diamètre de 10...15 mm à 100 mm et plus sont produits par notre industrie depuis de nombreuses années. Mais si les compteurs Geiger sont finalement devenus disponibles pour nous (bien que leur mise en vente libre ait été entravée pendant plusieurs années après Tchernobyl), cela ne s'est pas produit avec les scintillateurs ...

Pour un radioamateur, les détecteurs à scintillation au phosphore liquide, faciles à fabriquer soi-même, peuvent être intéressants. En tableau. 1 est une liste de substances qui, lorsqu'elles sont dissoutes dans du xylène (concentration - quelques grammes par litre), deviennent de tels phosphores.

Tableau 1
Efficacité de conversion relative du phosphore dissous dans le xylène (l'efficacité de conversion des cristaux d'anthracène est prise comme unité)

Substance	Efficacité de conversion
Anthracène	0,060
Acide anthrailique	0,15
Diphénylbutadiène	0,12
Diphénylhexatriène	0,14
Düren	0,048
Fluoranthène	0,075
p-amitnobenzoate de méthyle	0,062
Phényl a-naphtylamine	0,23
p-terphényle	0,48
sh-terphényle	0,20
Carbazole	0,12
Fluorène	0,15
Naphtaline	0,032
a-naphtylamine	0,17
p-naphtylamine	0,13
pyrène	0,086
stilbène	0,038

Mais le détecteur à scintillation au phosphore liquide n'est pas seulement remarquable par sa simplicité. Si, par exemple, un grain suspect de contamination α est placé dans cette solution, des éclairs lumineux apparaîtront dans la couche de phosphore la plus fine en contact avec lui, ce qui peut être facilement enregistré par un photomultiplicateur (rayonnement α de la surface de un objet de configuration complexe par un compteur Geiger, très probablement, ne peut pas être détecté du tout ).

La partie électronique de l'appareil dosimétrique avec un détecteur à scintillation ne présente pas de difficultés particulières pour un radioamateur, voir ........................... ...................

DÉTECTEUR DE SCINTILLATION

- détecteur particules dont l'action repose sur l'enregistrement d'éclairs lumineux dans le domaine visible ou UV qui se produisent lors du passage d'une charge. particules à travers un scintillateur. La fraction d'énergie convertie en un flash lumineux à partir de l'énergie totale (), perdue par une particule dans un scintillateur, appelée. efficacité de conversion. Elle est la principale paramètre S. d. Parfois, au lieu de l'efficacité de conversion, des battements sont utilisés. rendement lumineux (sortie lumineuse) - le nombre de photons produits par une particule par unité d'énergie perdue, ou cf. l'énergie nécessaire pour produire un photon w f \u003d w / AVEC Pour.

Ici - cf. énergie photonique du flash lumineux ( 3 eV).

Les mécanismes de conversion de l'énergie des particules en un flash lumineux sont différents pour différents scintillateurs. Dans la plupart des cas, ils peuvent être réduits à ce qui suit. schéma (simplifié): 1) ionisation et excitation des atomes et des molécules, formation de radicaux; 2) transfert d'énergie d'excitation aux centres de luminescence (rayonnement, résonance, exciton, électron-trou); 3) excitation et illumination des centres de luminescence. Les particules neutres sont enregistrées en raison du transfert d'énergie aux particules chargées: g-quanta - à travers les électrons et les positrons (voir. rayonnement gamma), neutrons - par protons de recul (avec diffusion élastique) ou par charge. particules générées dans réactions nucléaires neutrons avec le matériau scintillateur.

Riz. 1. Schéma du détecteur à scintillation : Sc- scintillateur, guide optique S, photocathode F, D - dynodes, A - anode.

Principal éléments de SD (Fig. 1) - un scintillateur et un enregistreur photo optique qui y est connecté, qui convertit l'énergie d'un flash lumineux en énergie électrique. impulsion. Généralement utilisé comme enregistreur de photos photomultiplicateur(FUE). Les photons légers, tombant sur la photocathode PMT, en éliminent les électrons, qui sont focalisés sur la 1ère dynode, se multiplient par le système de dynodes à la suite du processus émission d'électrons secondaires et enfin assemblé sur l'anode PMT, créant un circuit électrique dans son circuit. impulsion.

Spectrométrique et les caractéristiques d'amplitude de S. d. sont déterminées par le nombre d'électrons qui frappent la 1ère dynode du PMT, qui peut être calculé à partir du champ N 1 = un B g /w F . Ici UN- fraction de photons frappant la photocathode, rendement quantique g de la photocathode (pour les meilleures cathodes multi-alcalis g = 0,15-0,2), b 0,5-0,8 - la fraction d'électrons collectés sur la 1ère dynode. Max. amplitude de l'impulsion de tension aux bornes de la résistance dans le circuit anodique du PMT : UN maximum = N 1 Moi/AVEC, Où M- coefficient Amplification PMT, AVEC- capacité anodique ; M peut atteindre une valeur de ~10 8 , ce qui vous permet d'enregistrer des événements, à la suite desquels un seul électron arrive à la 1ère dynode. Parfois, un guide de lumière est installé entre le scintillateur et le PMT (pour améliorer l'uniformité de la collection de lumière, pour déplacer le PMT hors de la zone du champ électromagnétique, etc.).

En plus du photomultiplicateur, un vide (en mode intégré) ou un semi-conducteur peut être utilisé comme photodétecteur. photocellules. Dans les premières expériences, lorsque des particules a étaient détectées avec du ZnS, des flashs lumineux étaient enregistrés directement par l'œil.

Pour un enregistrement optimal d'un flash lumineux, son spectre et la sensibilité spectrale de la photocathode doivent

doit être proche, et le scintillateur doit être transparent au rayonnement. La transparence d'un scintillateur est caractérisée par la distance à laquelle l'intensité de son émission lumineuse diminue par suite de l'absorption dans e une fois. Pour augmenter le nombre de photons incidents sur la photocathode du photomultiplicateur et améliorer l'uniformité de la collecte de la lumière sur le volume du scintillateur, la surface de ce dernier est recouverte d'un réflecteur (MgO, TiO 2 , Téflon) ou d'un ext. reflet poli. visages de cristal.

La dépendance du rendement lumineux sur le type de particules enregistrées est caractérisée par le rapport a/b du rendement lumineux d'une particule a et d'un électron aux mêmes énergies. Le rapport a/b est différent pour différents types scintillateurs et dépend de l'énergie des particules.

S. d. sont utilisés à la fois sous la forme d'indépendants. détecteurs, et en tant que composants systèmes de détection combinés dans l'étude des diff. processus avec des énergies >= plusieurs. keV.

Scintillateurs inorganiques - monocristaux avec l'ajout d'un activateur. Ils ont une efficacité Z élevée, une densité r et une durée de luminescence t suffisamment longue (tableau 1).

Languette. 1.- Caractérisation des scintillateurs inorganiques

Riz. 2. Diagramme de bande d'un cristal ionique.

Riz. 3. Dépendance du rendement lumineux AVEC au cristal de NaI sur la concentration de Тl.

Riz. 4. Spectre d'impulsions de NaI(Tl) pour =661 keV.

La densité élevée p et le numéro atomique élevé Z déterminent le principal. L'application de S. sur la base d'inorganique. scintillateurs pour l'enregistrement et la spectrométrie du rayonnement g (Fig. 4). Le spectre est monochromatique. g-rayonnement se compose de la soi-disant. pic d'absorption totale (absorption gamma totale) et distribution Compton (voir Fig. effet Compton) le rapport à rykh dépend de la taille du cristal. Énergie la résolution du pic d'absorption total est la somme des fluctuations du nombre d'électrons collectés sur la 1ère dynode PMT, la dispersion PMT, etc. pour l'énergie des g-quanta à partir de 137 Cs (=661 KeV) pour les meilleurs cristaux est d'environ 7%. Avec un changement de l'énergie enregistrée, la résolution change selon la loi . La proportionnalité entre l'intensité du flash lumineux et l'énergie "perdue" lors de la détection des électrons et des y-quanta dans NaI (Tl) a lieu à > 100 KeV. Aux énergies inférieures, le rendement lumineux dépend de manière complexe de la sp. pertes d'énergie.

scintillateurs organiques. Il s'agit notamment de bio cristaux, solutions liquides et solides de substances scintillantes en matière organique. solvants et polymères, ainsi que organiques. gaz (voir conducteurs organiques).

Languette. 2.- Caractérisation des scintillateurs organiques

A base de plastique et les scintillateurs liquides sont créés par S. D. grande surface et volume et la forme requise. En règle générale, ils sont constitués de 2 à 3 composants: plastique transparent (polystyrène, polyvinyltoluène, méthacrylate de méthyle) ou organique. solvants (le xylène et le toluène ont le rendement lumineux le plus élevé) et un additif ou activateur scintillant ( p-terphényle, 2,5-diphényloxazole, tétraphényl-butadiène, stilbène, naphtalène, biphényle) avec une concentration de 1-10 g/l ; parfois ajouter le soi-disant. mélangeur de spectre (5-phényl-2, oxazolyl benzène - POPOP) avec une concentration de 0,01-0,5 g/l pour faire correspondre le spectre du flash lumineux avec la sensibilité spectrale de la photocathode.

L'activateur et le solvant sont choisis de sorte que le 1er niveau excité du solvant soit supérieur au 1er niveau de l'activateur. Ensuite, le transfert d'énergie d'excitation des molécules de solvant aux molécules d'activateur est possible. Lorsque la concentration de l'activateur augmente, le rendement lumineux augmente d'abord, puis, après avoir traversé un maximum, il commence à diminuer, ce qui est associé à une augmentation de la probabilité d'auto-absorption de la lumière par les molécules activatrices. En liquide et en plastique scintillateurs peuvent être ajoutés (plusieurs %) d'autres substances, par exemple. recherché radioactif. isotopes ou lors de l'enregistrement des neutrons thermiques Li, B, Gd, Cd.

Riz. 5. Forme d'impulsion dans les scintillateurs organiques pour les électrons, les protons et les particules a.

La dépendance de la puissance lumineuse sur le battement. la perte d'énergie est décrite par le f-loy de Birks :

Où UN Et DANS - permanent.

La grande transparence des scintillateurs liquides permet de créer S. sur leur base avec des dimensions de plusieurs. mètres et pesant jusqu'à plusieurs. des centaines de tonnes, par exemple. dans des expériences sur l'enregistrement des neutrinos. Dans ce cas, un scintillateur à base de white spirit (kérosène purifié) est souvent utilisé. Sa transparence s= 20 m.Sur la base de white spirit, le plus grand S.d. souterrain pour l'étude approfondie de l'espace. astrophysique des rayons et des neutrinos : le télescope à scintillation de Baksan (330 tonnes), un S. souterrain de 105 tonnes, situé dans une salle souterraine près de la ville d'Artyomovsk ; S. d. russo-italien dans le tunnel sous le Mont Blanc (90 tonnes).

D'autres types de S. d. Créatures. effet sur le rendement lumineux du scintillateur a un effet électrique. champ. Lorsqu'un champ suffisamment fort est appliqué, les charges apparaissent lors du passage. les particules d'électrons peuvent acquérir une énergie suffisante pour exciter et ioniser les atomes, ce qui conduit finalement à une augmentation du nombre de photons dans un flash lumineux. Ce principe sous-tend le compteur proportionnel à scintillation. Son avantage est la haute énergie. résolution dans le domaine des basses énergies.

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Grande Encyclopédie soviétique
- un appareil de recalage et de spectrométrie de particules. L'action est basée sur l'excitation d'éclairs lumineux par des particules chargées dans un certain nombre de substances, qui sont enregistrées par des photomultiplicateurs ...
Grand dictionnaire encyclopédique
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Dictionnaire orthographique de la langue russe
- des scintillations "...
dictionnaire d'orthographe russe
- compteur à scintillation - un dispositif d'enregistrement des rayonnements ionisants, dont le fonctionnement est basé sur le phénomène de scintillation, se compose d'un scintillateur et d'un photoélectronique ...
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Les scintillations - un mot latin - sont des éclairs de lumière visible provoqués dans la matière par des particules chargées. L'action d'un détecteur à scintillation repose sur le recalage des photons émis par les atomes excités. Le premier détecteur à scintillation, appelé spinthariscope, était un écran recouvert d'une couche de ZnS. Les éclairs qui se sont produits lorsque des particules chargées l'ont frappé ont été enregistrés à l'aide d'un microscope. C'est avec un tel détecteur qu'une expérience a été réalisée sur la diffusion de particules alpha par des atomes d'or, ce qui a conduit à la découverte du noyau atomique.

Pas tout matériau transparent adapté comme scintillateur, il doit être transparent à son propre rayonnement. Ceux-ci inclus NaJ(Tl), CSI, organiques : anthracène (C 14 H 10), stilbène (C 14 H 12), naphtalène (C 10 H 8). La particule chargée enregistrée pénètre dans le cristal et

y ralentit, excitant et ionisant les atomes. Ces derniers, passant à l'état fondamental, émettent des photons. Tout ça pour le temps de la commande 10 -7 Avec. Dans de bons cristaux, quelques pour cent de l'énergie de la particule est convertie en lumière. Le cristal du détecteur est entouré d'un réflecteur afin que la lumière sorte d'un seul côté.

Pour enregistrer des clignotements faibles, utilisez photomultiplicateurs(PMT) (Fig. 6). Créer un contact optique entre le scintillateur et la face d'extrémité du PMT. Les photons d'un flash lumineux dus à l'effet photoélectrique (voir conférence) assomment les électrons de la photocathode (1), réalisée sous la forme d'un film mince sur à l'intérieur Flacons PMT. Ces électrons sont dirigés par un champ électrique focalisant vers une électrode intermédiaire (2), appelée dynode. Surface

La dynode est recouverte d'un matériau à fort coefficient d'émission d'électrons secondaires. Chaque électron incident assomme 3 à 5 électrons secondaires. Au total, il y a plus de 10 dynodes dans le PMT, ce qui permet d'améliorer le flux d'électrons dans 10 5 et plus de fois. Au niveau de l'anode PMT (8), une impulsion électrique apparaît, qui est encore amplifiée et enregistrée. Une caractéristique remarquable du PMT est la linéarité de gain bien observée. Le circuit équivalent du détecteur à scintillation est représenté sur la Fig.7. L'équation décrivant la forme d'onde est donnée ci-dessus (voir formule (1)). La dépendance temporelle du courant dans cette équation est déterminée par la dynamique d'émission du scintillateur et ressemble à ceci

Où τ - temps d'illumination du scintillateur. Pour les scintillateurs inorganiques, ce temps est de l'ordre 10 -7 s, pour le bio - 10 -8 c, pour le plastique vient à 10 -9 Avec. Amplitude des impulsions en cas de perte d'énergie dans le scintillateur ∆Eà peu près égal à

Où η - le rendement lumineux du scintillateur (la fraction d'énergie affichée sous forme de lumière, pour l'anthracène 0,05), ε - rendement quantique de la photocathode PMT (nombre moyen de photoélectrons éteints pour 1 photon, environ 0,1), K- Gain PMT ( 10 5 et plus), hυ est l'énergie moyenne des photons produits dans le scintillateur, C- capacité de l'anode du PMT par rapport à la masse (une valeur d'environ 20 pF), e est la charge d'un électron. Si nous prenons les valeurs typiques pour les grandeurs répertoriées et l'énergie de la particule perdue dans le détecteur, 5 MeV, alors l'amplitude

Fig.8 Forme typique du spectre Cs-137

vous obtenez environ 10 volts.

Résolution énergétique des détecteurs à scintillation ∆E/E généralement pas mieux que quelques pour cent, car la formation d'un photoélectron nécessite de l'énergie hν/(η ε), soit environ 500 eV (comparer à 30 eV pour une chambre d'ionisation).

La découverte du proton dans le laboratoire de Rutherford (1919) a eu lieu en observant des scintillations provoquées par des particules lors d'une réaction nucléaire. α + 14N → p + 17O. A l'aide de compteurs à scintillation, il est possible de mesurer les spectres d'énergie des électrons et γ -rayons (sur la Fig. 8 la forme du spectre pour les monoénergétiques γ -quanta). Ils sont utilisés pour mesurer le débit de dose β - Et γ rayonnement et neutrons. Avantages des compteurs à scintillation : grande efficacité d'enregistrement de diverses particules (pratiquement 100 %) ; vitesse; la possibilité de fabriquer des scintillateurs de différentes tailles et configurations ; grande fiabilité.

De grands volumes de scintillateurs permettent de créer des détecteurs à très haut rendement pour la détection de particules à faible section efficace d'interaction avec la matière (détecteur à cristal NaJ(Tl) 0,75 m de diamètre et 1,5 m de long, vue par un grand nombre de photomultiplicateurs). Dans la célèbre expérience de Reines et Cohen sur la découverte des neutrinos (1956), trois scintillateurs liquides d'un volume de 1400 litres chacun ont été utilisés.

Le détecteur à scintillation détecte quelles particules. Scintillateurs. Le détecteur à scintillation, qui n'est pas un dispositif à avalanche, présente un certain nombre d'avantages importants par rapport aux compteurs Geiger.

Le détecteur à scintillation, qui n'est pas un appareil à avalanche, présente un certain nombre d'avantages importants par rapport aux compteurs Geiger :

Tableau 1
Efficacité de conversion relative du phosphore dissous dans le xylène (l'efficacité de conversion des cristaux d'anthracène est prise comme unité)

"DÉTECTEUR DE SCINTILLATION" dans les livres

Comment fonctionne un détecteur de mensonge ?