Сцинтилляционный (люминесцентный) метод регистрации излучений

В некоторых веществах (сцинтилляторах) под действием излучений происходят ионизация и возбуждения атомов. При переходе атомов из ионизированного и возбужденного состояния в основное высвечивается энергия в виде вспышки света (сцинтилляция), которая может быть зарегистрирована различными способами. Лучший из них состоит в преобразовании энергии света в электрический сигнал с помощью оптически связанного со сцинтиллятором фотоэлектрического умножителя (ФЭУ).

Фотоэлектронный умножитель совмещает свойства фотоэлемента и усилителя тока с большим коэффициентом усиления (10⁶-10⁹).

В сцинтилляционном счетчике ФЭУ работает в импульсном режиме. Под действием светового импульса, возникающего в сцинтилляторе, из фотокатода за счет фотоэффекта выбиваются электроны, которые собираются электрическим полем и направляются на первый эмиттер (диод), ускоряясь до энергии, достаточной для выбивания вторичных электронов из следующего эмиттера.

По составу сцинтилляторы делятся на неорганические и органические, а по агрегатному состоянию – на твердые, пластичные, жидкие и газовые.

Из неорганических сцинтилляторов для регистрации β- и γ-излучений удобно использовать йодистый натрий (цезий), активированный таллием – (NaL), а также вольфрамат кальция – CaWo₂, поскольку они могут быть получены в виде больших прозрачных монокристаллов. Для регистрации нейтронов применяют сцинтилляторы на основе йодистого лития - Li(Sn), а тяжелых частиц (α-частиц, осколков деления) – сцинтилляторы на основе сернистого цинка (кадмия), активированного серебром ZnS(Ag).

Из органических сцинтилляторов используют монокристаллы антрацена (C₁₃H₁₄), стиблена (C₁₄H₁₂) и др.; твердые пластмассы (твердые растворы сцинтилляторов на основе полистирола и поливинилтолуола), жидкие фосфоры (н-р, раствор терфинила) и инертные газы – гелий, аргон, неон и др.

Полупроводниковые детекторы (ппд) ионизирующих излучений

Данные типы детекторов представляют собой твердотельную ионизационную камеру, в которой роль носителей электрического заряда выполняют электроны и так называемые дырки. Действие ППД основано на свойствах полупроводников проводить электрический импульс под действием ионизирующего излучений. Из всех полупроводников наиболее пригодны для детектирования монокристаллы германия и кремния.

К методам регистрации излучений, основанным на вторичных эффектах взаимодействия их с веществом, относятся фотографический, химический и калориметрический. Последний применяют главным образом при измерении больших доз и мощных потоков ионизирующих излучений. Поэтому применение его в медицинской, биологической, экологической, сельскохозяйственной практике ограничено.

Фотографический, химический и калориметрический методы регистрации

Фотографический метод регистрации исторически был первым способом обнаружения ядерных излучений, позволившим открыть радиоактивность. Он основан на том, что излучение, взаимодействуя с галогенидами серебра (AgBr или AgCl) фотоэмульсии, восстанавливает металлическое серебро подобно видимому свету, которое после проявления выделяется в виде почернения. Степень почернения фотоэмульсии (фотопластинки) пропорциональна дозе излучения.

В настоящее время фотографический метод широко применяется в ядерной физике при исследовании свойств самых различных заряженных частиц и их взаимодействий в ядерных реакциях. Для этих целей были созданы специальные толстослойные фотопластинки. Фотографический метод дает хорошие результаты при абсолютных измерениях небольших активностей. В биологии он сформировался в специальный метод называемый авторадиографией.

Химический метод – при этом методе регистрации излучений учитываются те или иные химические изменения, возникающие под влиянием излучения, степень изменения пропорциональна поглощенной энергии излучения.

В настоящее время широкое распространение получил ферросульфатный дозиметр, основанный на окислении под воздействием излучений двухвалентного иона железа Fe²⁺ в трехвалентный ион Fe³⁺.

Под действием излучений изменяется молекулярный состав газов. Этим пользуются в газовых дозиметрах.

Некоторые прозрачные пластмассы (полистирол и др.) и сорта стекол (фосфатные, активированные серебром) темнеют под воздействием β- и γ-излучений. Коэффициент поглощения света для них растет линейно с увеличением дозы.

Калориметрический метод основан на измерении с помощью специальных калориметров тепловой энергии, выделяющейся при поглощении энергии излучения в веществе.