Адиационная экология или радиоэкология
Сцинтилляционные детекторы
жүктеу/скачать 2,18 Mb.
|
| 3.4 Сцинтилляционные детекторы
3.4.1 Основные принципы Сцинтилляторы - это материалы, которые излучают видимый свет или ультрафиолетовое излучение после взаимодействия ионизирующего излучения с материалом. Сцинтилляторы - самый старый тип детекторов излучения; Рентген обнаружил рентгеновское излучение и тот факт, что рентгеновские лучи вызывают сцинтилляцию в платиноцианиде бария в том же случайном эксперименте. Сцинтилляторы используются в обычной пленочной рентгенографии, многих приемниках прямого цифрового рентгенографического изображения, рентгеноскопии, сцинтилляционных камерах, компьютерных томографах и сканерах позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Хотя свет, излучаемый в результате одного взаимодействия, можно увидеть, если глаза наблюдателя адаптированы к темноте, большинство сцинтилляционных детекторов включают в себя средства усиления сигнала. В обычной пленочной рентгенографии для усиления и записи сигнала используется фотопленка. В других приложениях электронные устройства, такие как фотоумножительные трубки (ФЭУ), фотодиоды или трубки с усилителем изображения, преобразуют свет в электрические сигналы. ФЭУ и трубки с усилителем изображения также усиливают сигнал. Однако большинство фотодиодов не обеспечивают усиления; если требуется усиление сигнала, оно должно быть обеспечено электронным усилителем. Сцинтилляционный детектор состоит из сцинтиллятора и устройства, такого как PMT, которое преобразует свет в электрический сигнал. Когда ионизирующее излучение взаимодействует со сцинтиллятором, электроны поднимаются до уровня возбужденной энергии. В конечном счете эти электроны возвращаются в более низкое энергетическое состояние с испусканием видимого света или ультрафиолетового излучения. Большинство сцинтилляторов имеют более одного режима излучения видимого света или ультрафиолетового излучения, и каждый режим имеет свою характерную константу затухания. Люминесценция - это излучение света после возбуждения. Флуоресценция - это быстрое излучение света, тогда как фосфоресценция (также называемая послесвечением) - это замедленное излучение света. Когда сцинтилляционные детекторы работают в текущем режиме, сигнал запроса от взаимодействия не может быть отделен от фосфоресценции, вызванной предыдущими взаимодействиями. Когда сцинтилляционный детектор работает в импульсном режиме, послесвечение менее важно, поскольку электронные схемы могут отделять быстро нарастающие и спадающие компоненты сигнала подсказки от медленно затухающего сигнала с задержкой, возникающего в результате предыдущих взаимодействий. Полезно, прежде чем обсуждать фактические сцинтилляционные материалы, рассмотреть свойства, которые желательны в сцинтилляторе. Эффективность преобразования, доля осажденной энергии, которая преобразуется в свет или ультрафиолетовое излучение, должна быть высокой. (Эффективность преобразования не следует путать с эффективностью обнаружения.) Для многих применений время затухания возбужденных состояний должно быть коротким. (Свет или ультрафиолетовое излучение испускаются сразу после взаимодействия.) Материал должен быть прозрачным для собственных выбросов. (Большая часть излучаемого света или ультрафиолетового излучения избегает реабсорбции.) Частотный спектр (цвет) излучаемого света или ультрафиолетового излучения должен соответствовать спектральной чувствительности светового рецептора (PMT, фотодиода или пленки). При использовании для детектирования рентгеновского и γ-излучения коэффициент ослабления (μ) должен быть большим, чтобы детекторы, изготовленные из сцинтиллятора, имели высокую эффективность детектирования. Материалы с большими атомными номерами и высокой плотностью имеют большие коэффициенты затухания. Материал должен быть прочным, не подверженным воздействию влаги и недорогим в изготовлении. Во всех сцинтилляторах количество света, испускаемого после взаимодействия, увеличивается с увеличением энергии, выделяемой в результате взаимодействия. Следовательно, сцинтилляторы могут работать в импульсном режиме в качестве спектрометров. Когда сцинтиллятор используется для спектроскопии, его энергетическое разрешение (способность различать взаимодействия с различными энергиями) в первую очередь определяется его эффективностью преобразования. Для превосходного энергетического разрешения требуется высокая эффективность преобразования. Существует несколько категорий материалов, которые мерцают. Многие органические соединения проявляют сцинтилляцию. В этих материалах сцинтилляция является свойством молекулярной структуры. Твердые органические сцинтилляторы используются для хронометражных экспериментов в физике элементарных частиц из-за их чрезвычайно быстрого излучения света. Органические сцинтилляторы включают в себя жидкие сцинтилляционные жидкости, которые широко используются в биомедицинских исследованиях. Образцы, содержащие радиоактивные индикаторы, такие как 3H, 14С и 32P, смешиваются во флаконах с жидкими сцинтилляторами, и световые вспышки обнаруживаются и подсчитываются с помощью ФЭУ и связанных с ними электронных схем. Органические сцинтилляторы не используются для медицинской визуализации, поскольку низкие атомные номера составляющих их элементов и их низкая плотность делают их плохими детекторами рентгеновского и γ-излучения. Когда фотоны в диагностическом диапазоне энергий взаимодействуют с органическими сцинтилляторами, это происходит главным образом за счет комптоновского рассеяния. Существует также много неорганических кристаллических материалов, которые проявляют сцинтилляцию. В этих материалах сцинтилляция является свойством кристаллической структуры: если кристалл растворяется, сцинтилляция прекращается. Многие из этих материалов имеют гораздо большие средние атомные номера и более высокую плотность, чем органические сцинтилляторы, и поэтому являются отличными детекторами фотонов. Они широко используются для радиационных измерений и визуализации в радиологии. Большинство неорганических сцинтилляционных кристаллов намеренно выращиваются с использованием следовых количеств примесных элементов, называемых активаторами. Атомы этих активаторов образуют предпочтительные участки в кристаллах для возвращения возбужденных электронов в основное состояние. Активаторы изменяют частоту (цвет) излучаемого света, скорость излучения света и долю излучаемого света, которая избегает реабсорбции в кристалле. жүктеу/скачать 2,18 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|