Газовые сцинтилляторы

В качестве газовых сцинтилляторов используются в основном чистые благородные газы (гелий, аргон, криптон и ксенон) и их смеси. Времена высвечивания газовых сцинтилляторов малы и по порядку величины равны 10 ^-8 с. Опыт показывает, что время высвечивания т зависит от давления газа и, в первом приближении, изменяется обратно пропорционально давлению. В последнее время, делаются попытки использовать в качестве сцинтилляторов благородные газы в жидкой и твердой фазах. Предварительные измерения показали, что для жидкого ксенона, например, световой выход оказывается немногим меньше, чем для кристаллов NaJ(Т1), а время высвечивания —10 ^-8 с.

Газовые сцинтилляторы применяются главным образом для регистрации сильно ионизирующих короткопробежных частиц (медленных протонов, альфа-частиц и осколков деления тяжелых ядер). Конверсионная эффективность газовых сцинтилляторов практически не зависит от свойств регистрируемых частиц, за исключением области совсем малых энергий, где относительная доля энергии, теряемой частицей на упругие соударения с молекулами и атомами тормозящей среды, возрастает.

Механизм возникновения световой вспышки при прохождении заряженной частицы через газ до конца не изучен. Трудность заключается в том, что, появление фотонов не может быть связано с высвечиванием нейтральных атомов при переходах из возбужденных состояний в основное, так как для возникающего при этом излучения должно иметь место очень сильное «резонансное» поглощение. По этой же причине возникновение сцинтилляций не может быть объяснено и высвечиваний нейтральных атомов при переходах из метастабильных состояний в основное, поскольку выход из метастабильных состояний осуществляется также через резонансные уровни.

Возникновение излучения, которое не испытывало бы в газе резонансного поглощения, может быть приписано рекомбинации ионов и электронов, а также переходам ионов из возбужденных состояний в основное. Если бы, однако, за возникновение сцинтилляций было ответственно рекомбинационное излучение, то, поскольку в газе рекомбинация происходит сравнительно медленно, времена высвечивания газовых сцинтилляторов должны были бы существенно превышать наблюдаемые. С другой стороны, высвечивание ионов из возбужденных состояний, наоборот, давало •бы слишком малые времена высвечивания (~10 ^-9 с). Поэтому единственным механизмом, который мог бы привести к возникновению нерезонансного излучения, затянутого во времени по сравнению с временем высвечивания атомов и ионов из резонансных возбужденных состояний, является, по-видимому, излучение ионов при переходах их из метастабильных состояний в основное. Это излучение не будет поглощаться в газе вследствие чрезвычайно малой концентрации ионов. Так как время пребывания иона в метастабильном состоянии обратно пропорционально числу тепловых соударений с нейтральными атомами, испытываемых им в единицу времени, время высвечивания сцинтиллятора т будет обратно пропорционально давлению газа, что и наблю-дается на опыте.

Каков бы ни был механизм высвечивания в газовом сцинтилляторе, длины волн излучаемого при этом света лежат в области далекого ультрафиолета. Поэтому зарегистрировать световую вспышку, возникающую в газе при прохождении ионизирующей частицы, при помощи обычного ФЭУ не представляется возможным.

При работе с газовыми сцинтилляторами удобно пользоваться специальными ФЭУ, спектральная характеристика которых тем или иным способом смещена в сторону коротких длин волн. Для лучшего согласования спектра излучения газового сцинтиллятора со спектральной характеристикой ФЭУ можно преобразовать жесткое ультрафиолетовое излучение в видимый свет при помощи какого-либо сместителя спектра. И в этом случае сместитель спектра подбирается так, чтобы его спектр поглощения возможно полнее перекрывался со спектром испускания газового сцинтиллятора. Так как посторонние примеси приводят к резкому уменьшению интенсивности высвечивания газового сцинтиллятора, при использовании сместителя спектра особое внимание 'следует уделить тому, чтобы вещество сместителя не загрязняло газ. В качестве сместителей спектра используются некоторые органические сцинтилляторы: тетрафенилбутадиен, кватерфенил, дифенилстильбен. Сместитель спектра наносится обычно на фотокатод ФЭУ в виде тонкого слоя (30—100 мкг/см^г) путем испарения в вакууме. Хотя тетрафенилбутадиен обладает хорошими свойствами в смысле преобразования длин волн света, излучаемого газами, слои из него недостаточно стабильны и быстро отравляют газ. Кватерфенил менее эффективен, чем тетрафенилбутадиен, но значительно более устойчив. Наилучшие результаты дает дифенилстильбен. По своим параметрам он приближается к кристаллам NaJ(Tl).