Sintillyatorlar

Синтилляторлар — бу ёруғлик чиқарадиган моддалар (ионлаштирувчи нурланишни ютганда ёруғлик чиқарадиган (гамма квантлар, электронлар, алфа зарралари в.б). Бунга кўра, маълум турдаги нурланиш учун чиқарилган фотонлар сони ютилган энергияга тахминан пропорционал бўлиб, бу нурланишнинг энергия спектрларини олиш имконини беради.

Ядро синтилляцион детекторлари синтилляторларнинг асосий қўлланиши ҳисобланади. Синтилация детекторида синтилляция пайтида чиқарилган ёруғлик фотодетекторда тўпланади (қоида тариқасида, бу фотокўпайтирувчи фотокатод — ПМТ, фотодиодлар ва бошқа фотодетекторлар камроқ қўлланади), импулс электр токига айлантирилади, кучайтирилади ва тизим томонидан қайд этилади ёки сақланади. .

Синтилляторларнинг хусусиятлари

Нурланиш

Нурланиш — маълум миқдорда энергия ютилганда синтиллятор томонидан чиқариладиган фотонлар энергияси (одатда 1 МэВ). Катта нурланишни 50—70 минг. фотонлар ҳосил қилади. Ёруғлик чиқиши қанчалик юқори бўлса, синтиллятор шунчалик сезгир бўлади, шунинг учун юқори нурланишда ишлатилади. Шу билан бирга, ёруғлик чиқиши сезиларли даражада паст бўлган синтилляторлар (масалан, қўрғошин волфрамли) юқори энергияли зарраларни аниқлаш учун ҳам ишлатилиши мумкин.

Эмиссия спектри

Эмиссия спектри ишлатиладиган фотодетекторнинг спектрал сезгирлигига максимал даражада мос келиши керак. Фотодетектор билан спектрдаги номувофиқлик энергия ўлчамларига салбий таъсир қилади.

Энергетик сатҳлар

Бир хил энергияга эга бўлган зарралар ютилганда ҳам, синтилляция детектори фотодетекторининг чиқишидаги импулснинг амплитудаси сатҳдан сатҳга фарқ қилади. Бу боғланишга:

фотодетекторда фотонларни йиғиш ва кейинчалик кучайтириш жараёнларининг статистик табиати билан,
синтилаторнинг турли нуқталаридан фотодетекторга фотонларни юборишнинг турли эҳтимоли билан,
кўрсатилган фотонлар сонининг тарқалиши билан.

Натижада, статистик жиҳатдан тўпланган энергия спектридаги чизиқ (идеал детектор учун делта функцияни ифодалайди) эгри бўлиб чиқади, уни кўпинча ^[1] дисперсияли Гаусс $σ 2$ сифатида кўрсатиш мумкин. . Детекторнинг энергетик сатҳларининг характеристикаси сифатида стандарт оғиш $σ$ (дисперсиянинг квадрат илдизи) ва кўпинча ярим максималда тўлиқ чизиқ кенглиги (ФWҲМ, инглиз тилидан. Тўлиқ кенглик ярми максимал ; баъзан ярим кенглик деб аталади), чизиқнинг медианасига ишора қилинади ва фоиз сифатида ифодаланади. ФWҲМ $σ$ Гауссианлар ${\дисплайстйле 2\сқрт{2 \лн 2}\аппрох 2{,}355}$ марта кўпроқ. Энергия ўлчамлари энергияга боғлиқ бўлгани учун (одатда Э ^-1/2 га пропорционал), у маълум бир энергия учун кўрсатилиши керак. Кўпинча сезий -137 гамма чизиғининг энергияси учун бажарилади (661,7 кэВ).

Чақнаш вақти

Тез зарядланган заррачанинг ўтиши билан қўзғалган синтиляторда ютилган энергиянинг ёруғлик нурланишига айланиши вақти эмиссия вақти деб аталади. Синтилятор эмиссиясининг заррачани ютиш пайтидан бошлаб вақтга боғлиқлиги (люминесансия эгри чизиғи) одатда камаювчи кўрсаткич сифатида ёки умумий ҳолатда бир нечта камаювчи кўрсаткичлар йиғиндиси сифатида ифодаланиши мумкин:

{\дисплайстйле \дисплайстйле И \сим \сум_и А_и \эхп(-т/\тау_и).}

Энг катта амплитуда ${\дисплайстйле \дисплайстйле А_и}$ ва доимий вақт ${\дисплайстйле \тау_и}$ синтиляторнинг умумий порлаш вақтини тавсифлайди. Тез эмиссиядан сўнг деярли барча синтиляторлар аста-секин тушадиган „дум“ га эга, бу кўпинча вақтни аниқлаш нуқтайи назаридан, аниқланган заррачаларни ҳисоблаш тезлигининг камчиликлари ҳисобланади.

Одатда, юқоридаги формуладаги кўплаб кўрсаткичлар йиғиндиси амалиёт учун етарли аниқлик билан иккита кўрсаткичнинг йиғиндиси сифатида ифодаланиши мумкин:

{\дисплайстйле И = А\эхп\лефт(-\фраc{т}{{\тау}_ф}\ригҳт) + Б\эхп\лефт(-\фраc{т}{{\тау}_с}\ригҳт).}

Бунда

{\дисплайстйле \тау_ф}

„тезкор“ чақнашнинг вақт константаси ,

{\дисплайстйле \тау_с}

— „секин“ чақнашнинг вақт константаси,

Фаилед то парсе (траилинг баcкслаш): {\дисплайстйле А,\}

{\дисплайстйле Б}

мос равишда чақнаш ва кейинги чақнаш амплитудалари.

Олдинги ва кейинги нурланиш амплитудалари синтиляторда ютилган энергияга, тез заррачаларнинг ионлаш қобилиятига ва гамма нурларига боғлиқ. Масалан, легирланган барий фториддан тайёрланган синтиляторларда гамма-квантнинг ютилиши натижасида пайдо бўлган чақнаш амплитудаси алфа заррачасини ютиш натижасида пайдо бўлган чақнаш амплитудасидан сезиларли даражада ошади, бу эса ютилиши билан, аксинча. кейинги нурланиш амплитудаси устунлик қилади. Бу ҳодиса ионлаштирувчи нурланишнинг табиатини фарқлаш имконини беради.

Ноорганик синтиляторларнинг одатдаги чақнаш вақти юзлаб наносониялардан ўнлаб микросекундларгача. Органик синтиляторлар (пластик ва суюқ) наносекундларда милтиллайди.

Радиация дозаси

Нурланган синтиляторлар аста-секин пасаяди. Синтилятор хоссалари сезиларли даражада ёмонлашмасдан бардош бера оладиган нурланиш нурланиш дозаси деб аталади.

Квенчинг-фактор

Турли табиатдаги, лекин бир хил энергияга эга бўлган зарралар синтиляторда ютилганда, умуман олганда, бошқача ёруғлик чиқаради. Юқори ионланиш зичлигига эга бўлган зарралар (протонлар, алфа зарралари, оғир ионлар, бўлиниш фрагментлари) кўпгина синтиляторларда гамма нурлари, бета зарралари, мюон ёки рентген нурларига қараганда камроқ фотон ҳосил қилади. Муайян турдаги заррачаларнинг ёруғлик рентабеллигининг тенг энергияга эга гамма квантларнинг ёруғлик унумига нисбати сусайтириш коэффициэнти (инглизча: қуэнчинг — „ўчириш“). Электронларнинг сусайтириш коэффициэнти (бета зарралари) одатда бирга яқин. Алфа зарралари учун сусайтириш коэффициэнти $α/β$ — нисбат; кўпгина органик синтиляторлар учун у 0,1 га яқин.

Ноорганик синтилляторлар (активатор қавс ичида кўрсатилган)
	Вақт </бр> милтилловчи, </бр> Хоним	Максимал </бр> спектр </бр> милтилловчи, </бр> нм	Коэффициэнт </бр> самарадорлик </бр> (га келганда; .. га келсак; .. нинг ҳақида </бр> антраценга)	Эслатма
НаИ (ТЛ)	0,25	410	2,0	гигроскопик
CсИ (ТЛ)	0,5	560	0,6	фосфорессенсия
ЛиИ (Сн)	1,2	450	0,2	Жуда </бр> гигроскопик
ЛиИ (ЭИ)				Жуда </бр> гигроскопик
ЗнС (Аг)	1,0	450	2,0	кукун
CдС (Аг)	1,0	760	2,0	кичик </бр> ягона кристаллар

Ноорганик синтиляторлар

Кўпинча ноорганик монокристаллар синтилятор сифатида ишлатилади. Баъзида ёруғлик чиқишини ошириш учун кристалл фаоллаштирувчи (ёки допант деб аталадиган) билан қўшилади. Шундай қилиб, НаИ(Тл) синтиляторида натрий ёдиднинг кристалл матрицасида таллий фаоллаштирувчи марказлар (фоизнинг юздан бир қисми даражасидаги аралашма) мавжуд. Активаторсиз ёнадиган синтиляторлар ички синтиляторлар дейилади.

Ноорганик керамик синтилляторлар

Шаффоф керамик синтилляторлар шаффоф керамик материаллардан Ал ₂ О ₃ (Лукалох), Й ₂ О ₃ (Иттралох) оксидлари ва Й ₃ Ал ₅ О ₁₂ ва ЙАлО ₃ оксидларининг ҳосилалари, шунингдек МгО, БеО ^[2] асосида ишлаб чиқарилади. .

Органик синтилляторлар

	${\дисплайстйле \ламбда_\мах}$ </бр> эмиссиялар </бр> [нм]	Вақт </бр> милтилловчи </бр> [нс]	ёруғлик чиқиши </бр> (НаИ га нисбатан)
Нафталин	348	96	0,12
Антрасен	440	30	0,5
Паратерфенил	440	5	0,25

Органик синтилляторлар одатда икки ёки уч компонентли аралашмалардир ^[3] . Бирламчи флюроэссенс марказлари ҳодиса зарралари қўзғалиши туфайли ғалаёнланади. Ушбу ғалаёнланган сатҳлар парчаланганда, ултрабинафша тўлқин узунлиги оралиғида ёруғлик чиқарилади. Бироқ, бу ултрабинафша нурнинг ютилиш узунлиги жуда қисқа: флюроэссенс марказлари ўзларининг чиқарадиган нурлари учун ноаниқдир.

Ёруғликнинг чиқиши синтиляторга дастлаб чиқарилган ултрабинафша нурни ўзлаштирадиган ва уни узоқроқ тўлқин узунликлари билан изотропик равишда қайта нурлантирадиган иккинчи компонентани қўшиш орқали амалга оширилади (спектрни ўзгартирувчи ёки кўчирувчи деб аталади).

Органик синтиляторларнинг иккита фаол моддаси органик суюқликда эритилади ёки полимерик тузилиш ҳосил қилиш учун органик материал билан аралаштирилади. Ушбу технология ёрдамида исталган геометрик шакл ва ўлчамдаги суюқ ёки пластик синтилятор ишлаб чиқариш мумкин. Кўпгина ҳолларда синтилятор плиталари 1 дан 30 мм гача қалинликда тайёрланади.

Органик синтилляторлар ноорганик синтилляторларга қараганда анча қисқароқ чақнаш вақтига эга (бир неча ўнлаб наносониялар тартибида), лекин камроқ ёруғлик чиқишига эга.

Американинг БИCРОН компанияси органик синтилляторлар чиқаради. Биcрон БC 400…416 синтиляторлари поливинилтолуол асосида ишлаб чиқарилади.

Газ синтилляторлари

Газ синтилляцион ҳисоблагичлар атомлар томонидан чиқарилган ёруғликдан фойдаланади, улар зарядланган заррачаларнинг улар билан ўзаро таъсирида қўзғалади ва кейин асосий ҳолатга қайтади. Ғалаёнланган даражаларнинг ишлаш муддати наносония оралиғида ётади. Газларнинг зичлиги паст бўлгани сабабли газ синтилляторларида ёруғлик рентабеллиги нисбатан паст. Шу билан бирга, суюлтирилган инерт газлар ҳам газ синтилляторлари сифатида ишлатилиши мумкин.

Суюқ синтилляторлар

См. Шунингдек

кристаллар
Лазер
Керамика
Шаффоф керамик материаллар
Оптик материаллар
Тўлқин йўриқномаси

Манбалар

↑ В некоторих случаях линии в спектре ссинтиллятора могут силно отличаюця от гауссиани, например, несимметричностю.
↑ „Обзорная статья про историю керамики“. 2008-йил 29-майда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2009-йил 11-март.
↑ Перкинс Д. Введениэ в физику високих энергий. — М., Мир, 1975. — с. 71—73

Ушбу мақола Мирзо Улуг'бек номидаги О'збекистон Миллий университиэти Физика факултети талабаси Аббос Жонишев томонидан Wикита'лим лойиҳаси доирасида инглиз тилидан таржима қилинди.

[1] В некоторих случаях линии в спектре ссинтиллятора могут силно отличаюця от гауссиани, например, несимметричностю.

[2] „Обзорная статья про историю керамики“. 2008-йил 29-майда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2009-йил 11-март.

[3] Перкинс Д. Введениэ в физику високих энергий. — М., Мир, 1975. — с. 71—73

[1]

[2]

[3]