В.Б. Лукьянов, С.С. Бердоносов, И.О. Богатырев, К.Б. Заборенко, Б.З. Иофа - Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода (1127003), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Таковы, например, сцинтилляторы на основеZnS.Наконец, спектральный состав света, выходящего из сцинтиллятора, должен по возможности ближе соответствовать спектральнойхарактеристике фотокатода ФЭУ, так как фотоэмиссия электроновс катода происходит только под действием фотонов определеннойэнергии.При регистрации с помощью сцинтилляционного счетчика а- и |3частиц число фотонов в каждом световом импульсе прямо пропорционально энергии, которую частица израсходовала в детекторе. Такимобразом, если полный пробег частиц уложился в сцинтилляторе, тосветовой импульс будет прямо пропорционален полной энергии частиц. В случае у-квантов число фотонов, составляющих отдельнуюсцинтилляцию, пропорционально энергии фото- и комптоновскихэлектронов при условии, что пробег электронов полностью уложилсяв сцинтилляторе. Максимальная энергия фото- и комптоновскихквантовэлектронов пропорциональна энергии 7 > вызывающих появление этих электронов, поэтому при регистрации -у-квантов некоторые (самые большие) световые импульсы пропорциональны начальной энергии регистрируемого излучения.Тот факт, что в сцинтилляторах интенсивность отдельного светового импульса пропорциональна энергии ядерной частицы или у-кванта, позволяет широко использовать такие детекторы в приборах, предназначенных для определения энергии радиоактивных излучений(в ядерной спектроскопии).Под действием светового импульса, образующегося в сцинтилляторе, происходит эмиссия электронов с фотокатода ФЭУ и возникаетпервичный электронный импульс.
Из-за наличия электрическогополя между фотокатодом и динодами первичные электроны направленно перемещаются и попадают на первый динод. Перемещение в77электрическом поле сопровождается появлением у первичных электронов дополнительной энергии. Поэтому из первого динода выбиваются вторичные электроны вколичестве большем, чем было первичных0,5электронов. Вторичные электроны тожеускоряются электрическим полем и, попадая на второй динод, выбивают из него новую порцию дополнительных электронови т. д., пока электронная лавина не досOpj0,05 0,10,5 15 Ютигнет анода. Число электронов умножается от динода к диноду, в результатеРис. 38.Зависимостьэффективности e сцинчего общий коэффициент усиления электилляционного счетчикатронного потока в ФЭУ достигает 105—10ек у-квантам различных(сравните с коэффициентом газового усилеэнергий при разных расния в пропорциональных счетчиках и встояниях h, см, от препарата до кристалла (криссчетчиках Гейгера — Мюллера).
Таким обталл Nal, активированразом, проходя через систему динодов,ный таллием, диаметрэлектрическийимпульс достигает размера,кристалла 38 мм и выпри котором становится возможным егосота 25,4 мм):/ ~ Л = 2; 2 — Л = 1О, 3 — Л=»дальнейшее усиление радиотехническойсхемой и последующая регистрация.Одно из достоинств сцинтилляционных счетчиков — малое разрешающее время, которое значительно ниже, чем у любых газовыхсчетчиков. Действительно, время пролета электронной лавины черезФЭУ очень мало и составляет 10~7—10~10 с. Разрешающее время сцинтилляционных счетчиков в целом зависит от продолжительности высвечивания фотонов и времени пролета электронов через ФЭУ и обычно не превышает 10~6 с, а в отдельных случаях достигает 10~9 с.Другое преимущество сцинтилляционных счетчиков состоит в ихвысокой эффективности по отношению к регистрации как заряженныхчастиц, так и у-квантов.
Эффективность регистрации заряженныхчастиц равна практически 100%; для Y-квантов низких энергий онатакже может составлять 100%, а для <у- к в а н т о в средних и высокихэнергий — 20—50%).На рис. 38 приведены графики зависимости эффективности регистрации у-квантов от их энергии при различных расстояниях между препаратом и детектором, полученные для конкретного сцинтиллятора.При использовании сцинтилляционных детекторов следует считаться с наличием темнового тока ФЭУ. Темповым током называютток, протекающий в цепи ФЭУ при отсутствии световых импульсов,падающих на фотокатод. В частности, электроны могут вырыватьсяс поверхности фотокатода и динодов в результате тепловых колебанийли п д действием приложенного напряжения.
Кроме того, ускоренныеэлектроны ионизируют и возбуждают остаточный газ и пары щелочного металла, всегда присутствующие внутри стеклянного баллонаФЭУ. Образующиеся в результате этих процессов положительныеионы движутся навстречу электронному току, попадают на диноды78и выбивают дополнительные электроны, которые включаются в механизм динодного усиления.
Протекание темнового тока ФЭУ обусловливает регистрацию сцинтилляционным счетчиком так называемыхложных (или шумовых) импульсов. Число ложных импульсов, регистрируемых сцинтилляционным счетчиком, растет с увеличением подаваемого на ФЭУ напряжения.Для снижения числа регистрируемых ложных импульсов можно воспользоваться тем, что амплитуда любого импульса, сформированногов ФЭУ, пропорциональна числу первичных электронов. Число первичных электронов, обусловленное прохождением через сцинтиллятор ионизирующей частицы, обычно намного выше, чем число первичных электронов, вызвавших появление ложного импульса. Поэтому амплитуды ложных импульсов будут меньше амплитуд полезныхимпульсов.
С помощью дискриминатора удается разделить импульсыпо амплитудам и почти полностью избавиться от ложных импульсов,подавая на регистрирующий прибор только импульсы от ядерных частиц или у - к в а н т о в 3. Классификациясцинтилляторовсцинтилляторов.ХарактеристикаосновныхВ настоящее время в распоряжении исследователя имеется весьмаширокий набор сцинтилляторов. Сцинтилляторы различаются потаким важным характеристикам, как степень превращения энергииионизирующей частицы в фотоны; степень реабсорбции; длительностьпериода высвечивания; спектральный состав светового излучения,составляющего сцинтилляцию.
Регистрация каждого из видов излучения будет успешной только тогда, когда учтены специфические требования к сцинтилляторам, вытекающие из особенностей данного излучения (так, для регистрации 7 " и з л У ч е н и я > обладающего высокойпроникающей способностью, необходимы сцинтилляторы большихразмеров, имеющие низкую реабсорбцию. Понятно, что для различныхцелей оказываются наиболее подходящими разные сцинтилляторы.Сцинтилляторы принято классифицировать следующим образом:1) неорганические: ZnS(Ag), Nal(Tl), CsI(Tl), Agl(Sn) и др. (в скобках после формул указан активатор); 2) кристаллические органические: антрацен, транс-стильбен, нафталин и др.; 3) жидкие органические: растворы паратерфенила в ксилоле или диоксане, растворпаратерфенила в ксилоле, содержащий добавку дифенилгексатриена,и др.; 4) пластмассовые сцинтилляторы в виде твердых растворов;обычно изготовляются на основе полистирола, в который перед полимеризацией вводят паратерфенил или некоторые другие ароматические соединения; 5) газообразные: ксенон и другие инертные газы.Рассмотрим наиболее широко употребляемые сцинтилляторы.ZnS(Ag).
Обеспечивает самую высокую степень превращения энергии ионизирующих частиц в фотоны среди всех известных сцинтилляторов. Устойчив на воздухе, не нуждается в защитных покрытияхи очень удобен для регистрации а-частиц, обладающих низкой проникающей способностью. ZnS(Ag) обладает сильной реабсорбцией,79поэтому используется в виде тонкого порошка.
Из-за малой толщиныэтого сцинтиллятора его эффективность к Р-частицам и у-квантам мала,благодаря чему удается регистрировать практически только одни ачастицы при измерении препаратов, испускающих одновременноа-, |3-частицы и у-кванты.Nal(Tl). Обеспечивает высокую степень превращения энергии ионизирующих частиц в фотоны. Прозрачен к собственному излучениюи может быть получен в виде монокристаллов больших размеров.Один из наиболее распространенных сцинтилляторов для регистрации7-квантов. Это объясняется тем, что сцинтиллятор содержит тяжелыйэлехмент иод (Z = 5 3 ) , а вероятность взаимодействия у-квантов с атомами, приводящая к появлению заряженных частиц, растет с ростомZ (гл.
1, § 2, 4). Из-за гигроскопичности Nal сцинтиллятор неустойчив на воздухе и требует специальных покрытий, изолирующих егоповерхность от влаги, что, однако, практически не создает препятствий для регистрации у-квантов, т а к как последние обладают достаточно высокой проникающей способностью.Антрацен. Степень превращения энергии заряженных частиц в фотоны максимальна по сравнению с другими органическими кристаллами, хотя и ниже, чем у только что рассмотренных неорганическихсцинтилляторов. Сравнительно легко могут быть получены большиемонокристаллы, которые обладают низкой реабсорбцией. Антраценпригоден для регистрации а- и Р-частиц; при регистрации у-квантовего эффективность мала, в частности, потому, что он состоит из атомовс малыми Z.Жидкие сцинтилляторы.
При использовании жидких сцинтилляторов измеряемый препарат можно вводить непосредственно в сцинтиллятор или в растворенном виде, или в виде суспензии. Благодаряэтому удается регистрировать практически все излучение, испускаемое препаратом, что особенно важно при работе с малыми активностями и при регистрации излучений низкой энергии (например, Р-излучения трития и углерода-14).Пластмассовые сцинтилляторы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
