8. Сцинтилляционный метод регистрации излучений. Виды сцинтилляторов

Сцинтилляторы — вещества, обладающие способностью излучать свет при поглощении ионизирующего излучения (гамма-квантов, электронов, альфа-частиц и т. д.). Как правило, излучаемое количество фотонов для данного типа излучения приближённо пропорционально поглощённой энергии, что позволяет получать энергетические спектры излучения. Сцинтилляционные детекторы ядерных излучений — основное применение сцинтилляторов. В сцинтилляционном детекторе свет, излученный при сцинтилляции, собирается на фотоприёмнике (как правило, это фотокатод фотоэлектронного умножителя — ФЭУ, значительно реже используютсяфотодиоды и другие фотоприёмники), преобразуется в импульс тока, усиливается и записывается той или иной регистрирующей системой. Сцинтилляционный метод позволяет регистрировать все три вида радиоактивного излучения. В основу его положено свойство некоторых веществ реагировать на прохождение ионизирующих частиц световыми вспышками – сцинтилляциями. Образование световых вспышек происходит вследствие энергетического возбуждения электронных оболочек атомов возмущающими полями проходящих мимо них заряженных частиц. Возбуждение снимается путем испускания электромагнитного излучения в видимой части спектра. Веществ, обладающих таким свойством, много. Сцинтилляторы бывают кристаллические, газообразные, в виде жидких и твердых растворов. Это сделало сцинтилляционный метод одним из наиболее универсальных в технике регистрации ядерных излучений.

Характеристики сцинтилляторов определяются механизмом возбуждения и высвечивания, поэтому сцинтиллирующие вещества по механизму возбуждения можно разделить на три группы: неорганические кристаллы (кристаллы или стекла), органические соединения (пластики или жидкости) и газы, а по агрегатному состоянию на твердые, жидкие и газообразные.

Неорганические сцинтилляторы

Лучшими сцинтилляционными параметрами среди неорганических сцинтилляторов обладают монокристаллы – галогениды щелочных металлов: NaI, CsI, активированные таллием, LiI и CaF₂, активированные европием. Также большой интерес представляет сцинтиллятор ZnS, активированный серебром.

Органические сцинтилляторы изготавливаются в виде монокристаллов, а также жидких и твердых растворов ароматических соединений в растворителях. В отличие от неорганических веществ сцинтиллирующим свойством обладает большое количество органических соединений. Структурным элементом в органических сцинтилляционных кристаллах (терфенил, стльбен, толан и др.) является, как правило, бензольное кольцо.

Органические сцинтилляторы по характеру сцинтилляционного процесса существенно отличаются от неорганических. В частности, высвечивание фотонов в органических сцинтилляторах связано с электронными переходами в возбужденных молекулах.

Более действенны и применимы в практике геохронометрии жидкие сцинтилляторы, поскольку анализируемое вещество можно ввести в рабочий объем либо в виде раствора, либо путем синтеза самого сцинтиллятора из материалов образца. Достигаемая при этом эффективность может превышать 90%. В качестве рабочий) веществ в жидкостных сцинтилляционных счетчиках чаще всего используют органические растворители, такие, как толуол, бензол, ксилол и др.

При соблюдении определенных условий энергия световой вспышки в сцинтилляторах оказывается пропорциональной энергии регистрируемых частиц. Таким образом, как и пропорциональные газовые счетчики, их можно использовать для идентификации различных изотопов в смеси по их энергиям распада.

Световые вспышки в сцинтилляторах обычно очень слабы и неразличимы невооруженным глазом. Их регистрацию и преобразование в электрические сигналы производят специальные электронно-оптические приборы – фотоэлектронные умножители.