Войти
Сцинтилляционный кристалл, окруженный различными узлами сцинтилляционного детектора. 
Экструдированный пластиковый сцинтилляционный материал, флуоресцирующий под Инспекционная лампа УФ в Фермилаб для проекта MINERνA A сцинтиллятор представляет собой материал, который проявляет сцинтилляцию, свойство люминесценция при возбуждении ионизирующим излучением. Люминесцентные материалы при ударе падающей частицы поглощают ее энергию и сцинтиллят (то есть повторно излучают поглощенную энергию в виде света). Иногда возбужденное состояние бывает метастабильным, поэтому обратная релаксация из возбужденного состояния в более низких состояниях задерживается (что требует от нескольких наносекунд до часов в зависимости от материала). В этом случае процесс соответствует одному из двух явлений: задержанной флуоресценции или фосфоресценции. Соответствие зависит от типа перехода и, следовательно, от длины волны испускаемого оптического фотона.
Сцинтилляционный детектор или сцинтилляционный счетчик получается, когда сцинтиллятор соединен с электронным датчиком света, таким как фотоумножитель (PMT), фотодиод или кремниевый фотоумножитель. ФЭУ поглощают свет, излучаемый сцинтиллятором, и повторно излучают его в форме электронов посредством фотоэлектрического эффекта. Последующее умножение этих электронов (иногда называемых фотоэлектронами) приводит к электрическому импульсу, который может быть проанализирован и дать значимую информацию о частице, которая представляет собой поразила сцинтиллятор. Вакуумные фотодиоды аналогичны, но не усиливают сигнал, в то время как кремниевые фотодиоды, с другой стороны, вызывают приходящие фотоны путем возбуждения носителей заряда непосредственно в кремнии. Кремниевые фотоумножители состоят из матрицы фотодиодов, которые имеют обратное смещение с напряжением, позволяет чувствительным для работы в режиме работы, что позволяет каждому пикселю матрицы быть точным к одиночным фотонам.
Первое устройство, в котором использовался сцинтиллятор, было построено в 1903 году сэром Уильямом Круксом и использовалось экран ZnS. Сцинтилляции, создаваемые глаза, были видны невооруженным глазом при просмотре под микроскопом в затемненной комнате; устройство известно как спинтарископ. Эта техника привела к ряду важных открытий, но была явно утомительной. Сцинтилляторы привлекли дополнительное внимание в 1944 году, когда Курран и Бейкер заменили измерение невооруженным глазом на недавно нас PMT. Так родился современный сцинтилляционный детектор.
Альфа-сцинтилляционный зонд для обнаружения поверхностного загрязнения при калибровке Сцинтилляторы используются правительством США в качестве детекторов национальной безопасности. Сцинтилляторы также могут быть использованы в детекторах частиц, при исследовании источников энергии, рентгеновской безопасности, ядерных камерах, компьютерной томографии и разведке газа. Другие применения сцинтилляторов включают компьютерные томографы и гамма-камеры в медицинской диагностике, а также экраны в компьютерных мониторах и телевизорах с ЭЛТ старых моделей. Сцинтилляторы также были предложены как часть теоретических моделей с использованием энергии гамма-излучения за счет фотоэлектрического эффекта, например, в ядерной батарее.
. Использование сцинтиллятора в сочетании с фотоэлектронным умножителем находит широкое переносное применение в измерительные приборы, используемые для обнаружения и измерения радиоактивного загрязнения и контроля ядерных материалов. Сцинтилляторы излучают свет в люминесцентных лампах для преобразования ультрафиолетового излучения разряда в видимый свет. Сцинтилляционные детекторы также используются в нефтяной промышленности в качестве детекторов для гамма-каротажа.
Сцинтилляторы обладают желательными свойствами, такими как высокая плотность, высокая скорость работы, низкая стоимость, радиационная стойкость, технологичность и долговечность эксплуатационных параметров. Высокая плотность уменьшает размер материала ливней для высокоэнергетических γ-квантов и электронов. Диапазон рассеянных Комптоном фотонов для γ-квантов с меньшей энергией также уменьшается за счет материалов с высокой плотностью. Это приводит к высокому сегменту детектора и приводит к лучшему пространственному разрешению. Обычно материалы с высокой плотностью содержат тяжелые ионы в решетке (например, свинец, кадмий ), значительно увеличивая вклад фотоэлектрического эффекта (~ Z). Повышенная фотофракция важна для некоторых приложений, таких как позитронно-эмиссионная томография. Высокая тормозная способность электромагнитной составляющей ионизирующего излучения требует большей фотофракции; это позволяет получить компактный детектор. Для хорошего разрешения спектров требуется высокая скорость работы. Точностью измерения времени сцинтилляционным детектором пропорциональна √τ sc. Короткое время затухания важно для измерения временных интервалов и работы в схемах быстрых совпадений. Высокая плотность и быстрое время отклика могут показать редкие события в физике элементарных частиц. Энергия частиц, вложенная в материал сцинтиллятора, пропорциональна отклику сцинтиллятора. Заряженные частицы, γ-кванты и ионы имеют разные наклоны при измерении их отклика. Таким образом, сцинтилляторы [1] [1] 1 среди типов γ-квантов и частиц в потоках смешанного излучения. Еще одно соображение относительно сцинтилляторов - это стоимость их производства. Для больших кристаллических сцинтилляторов требуются химические вещества высокой чистоты, а иногда и довольно дорогие редкоземельные металлы. Мало того, что материалы - это расходы, но и для многих кристаллов требуются дорогие печи и почти шесть месяцев выращивания и анализа. В настоящее время исследуются другие сцинтилляторы для снижения стоимости производства.
. Низкий выход гамма-излучения (т. Е. Высокая эффективность преобразования энергии падающего излучения в сцинтилляционные фотоны.), Прозрачность для собственного сцинтилляционного света (для хорошего светосбора), эффективное обнаружение изучаемого излучения, высокая тормозная способность , хорошая линейность в широком диапазоне энергий, короткое время нарастания для быстрого набора приложений (например, измерения совпадений), короткое время затухания для уменьшения мертвого времени детектора и высокой частоты событий, излучение в спектральном диапазоне, соответствующем спектральной проверке использования ФЭУ (хотя иногда преломления преломления сдвигатели длины волны ), показатель преломления рядом с показателем преломления стекла (≈1,5), чтобы обеспечить оптимальную связь с окном ФЭУ. Прочность и хорошее поведение при высоких температурах там, где необходима устойчивость к вибрации и высокой температуре (например, при высокой температуре нефти). Практический выбор сцинтилляционного материала обычно представляет собой компромисс между этими свойствами, чтобы наилучшим образом соответствовать данному применению.
Среди перечисленных выше характеристик наиболее важным является световой поток, как он влияет как на эффективность, так и на разрешение детектора (эффективность - это отношение обнаруженных частиц к общему количеству частиц, падающих на детектор; энергетическое разрешение - это отношение полной) ширины на полувысоте данного энергетического пика к положению пика, обычно выражаемое в%). Светоотдача зависит от типа сцинтилляционного материала или фотона и от его энергии, что, следовательно, сильно влияет на тип сцинтилляционного материала. Наличие эффектов гашения приводит к уменьшению светоотдачи (то есть к снижению эффективности сцинтилляции). Тушение относится ко всем процессам безызлучательного возбуждения, в которых возбуждение снятия сводится в основном к теплу. Общая эффективность генерации сигнала детектором также зависит от квантовой эффективности ФЭУ (обычно ~ 30% в пике) и от эффективности передачи и сбора света (которая зависит от типа отражателя, покрывающего сцинтиллятор и световоды, длины / формулы световодов, любое поглощение света и т. д.). Световой поток часто измеряется сцинтилляционных фотонов, произведенных на кэВ вложенной энергии. Типичные числа (когда падающая частица представляет электрон): ≈40 фотонов / кэВ для NaI (Tl), ~ 10 фотонов / кэВ для пластиковых сцинтилляторов и ~ 8 фотонов / кэВ для собой висмута. германский (BGO).
Сцинтилляционные детекторы обычно считаются линейными. Это предположение основано на двух требованиях: (1) световой поток сцинтиллятора пропорционален энергии падающего излучения; (2) электрический импульс, создаваемый фотоэлектронным умножителем, пропорционален испускаемому сцинтилляционному свету. Предположение о линейности обычно является хорошим грубым приближением, хотя может возникать отклонение (особенно сильные частицы протона при низких энергиях).
Сопротивление и хорошее поведение при высоких температурах, высокие -вибрация среды особенно важна для таких приложений, как разведка нефти (каротаж, измерения во время бурения). Для большего сцинтилляторов световой поток и время затухания сцинтилляции зависит от температуры. Этой обычно зависимостью можно в степени пренебречь для применений при комнатной температуре, поскольку она слабая. Зависимость от температуры для сцинтилляторов также слабее, чем для неорганических кристаллов, таких как NaI-Tl или BGO. Сильная зависимость времени затухания от температуры в сцинтилляторе BGO используется для удаленного мониторинга температуры в вакуумной среде. Сопряженные ФЭУ также обладают температурной чувствительностью и могут быть повреждены при механическом ударе. Следовательно, высокотемпературные ФЭУ должны установить для высокотемпературных применений с высоким уровнем вибрации.
Временная эволюция числа испускаемых сцинтилляционных фотонов N в одном событии сцинтилляции часто быть описана линейной супозерпицией одного или двух экспоненциальных затуханий. Для двух распадов мы имеем формулу:
где τ f и τ s - константы быстрого (или быстрого) и медленного (или замедленного) затухания. Многие сцинтилляторы характеризуются двумя временными составляющими: один быстрый (или быстрый), другой медленный (или задержанный). Хотя обычно преобладает быстрый компонент, относительная амплитуда A и B двух компонентов зависит от сцинтилляционного материала. Оба эти компонента также могут быть функцией потерь энергии dE / dx. В случаях, когда эта зависимость от энергии сильной, общая постоянная времени затухания изменяется в зависимости от типа пада частиц. Такие сцинтилляторы позволяют различать формусацинса, т.е. идентифицировать частицы на основе характеристик затухания электрического импульса ФЭУ. Например, когда используется BaF 2, γ-лучи обычно возбуждают быстрый компонент, в то время как α-частицы возбуждают медленный компонент: таким образом, можно идентифицировать их на основе времени затухания Сигнал ФЭУ.
Органические сцинтилляторы - это ароматические углеводородные соединения, которые содержат бензольные кольцевые структуры, связанные между собой средств. Их люминесценция обычно затухает в течение нескольких наносекунд.
Некоторые органические сцинтилляторы представляют собой чистые кристаллы. Наиболее распространенными типами являются антрацен (C. 14H. 10, время распада ≈30 нс), стильбен (C. 14H. 12, время распада 4,5 нс) и нафталин (C. 10H. 8, время распада несколько нс). Они очень долговечны, но их характеристики анизотропна (что портит энергетическое разрешение, когда не коллимирован ), и их нелегко обработать, и их нельзя выращивать в больших размерах. ; Следовательно, они не очень часто используются. Антрацен имеет самый высокий световой выход из всех этих сцинтилляторов и поэтому выбран в эталона: световыход других сцинтилляторов иногда выражается в процентах от света антрацена.
Это жидкие растворы одного или нескольких сцинтилляторов в органического растворителя. Типичными растворенными веществами являются фторы, такие как п-терфенил (C. 18H. 14), (C. 20H. 14N. 2O), бутил PBD (C. 24H. 22N. 2O), PPO (C. 15H. 11NO) и сдвигатель длины волны, например, POPOP (C. 24H. 16N. 2O). Наиболее широко используемыми растворителями являются толуол, ксилол, бензол, триэтилбензол и декалин. Жидкие сцинтилляторы легко загружаются другими добавками, такими как устройства для сдвига волны, чтобы соответствовать диапазону спектральной чувствительности конкретного ФЭУ, или B для увеличения эффективности обнаружения нейтронов сцинтилляционного счетчика (поскольку B имеет высокое сечение взаимодействия с тепловыми нейтронами ). Для многих жидкостей растворенный кислород может действовать как гасящий агент и приводить к снижению светоотдачи, отсюда и необходимость герметизировать раствор в бескислородной, герметичной камере.
Термин «пластиковый сцинтиллятор» обычно относится к сцинтилляционному материалу, в котором первичный флуоресцентный излучатель, называемый флюором, суспендирован в основе, твердой полимерной матрице. Хотя эта комбинация обычно достигается за счет растворения фтора перед полимеризацией в массе, фтор связывается с полимером напрямую, либо через ковалентно, либо через координацию, как в случае со пластиковыми сцинтилляторами Li6. Полиэтиленнафталат сам по себе проявляет сцинтилляцию без каких-либо добавок и, как ожидается, заменит дополнительные пластиковые сцинтилляторы благодаря более высоким характеристикам и более низкой цене. Преимущества пластиковых сцинтилляторов включают в себя быстрый сигнал со временем затухания 2–4 наносекунды, но, возможно, самым большим преимуществом пластиковых сцинтилляторов является их способность формировать форму с помощью форм или других средств. практически в любую желаемую форму с высокой степенью прочности. Известно, что пластмассовые сцинтилляторы демонстрируют насыщение светового потока при большой плотности энергии (Закон Биркса ).
Наиболее распространенными основами, используемыми в пластиковых сцинтилляторах, среди ароматических пластиков, полимерами с ароматическими кольцами в качестве боковых групп вдоль основной цепи полимера, поливинилтолуол (PVT) и полистирол (PS) являются наиболее заметными. В то время как основа флуоресцирует в присутствии ионизирующего излучения, ее низкий выход и незначительная прозрачность для собственного использования делает использование флюорового для создания практического сцинтиллятора. Помимо ароматических пластиков, наиболее распространенной является полиметилметакрилат (ПММА), который имеет два преимущества по другим основам: высокая прозрачность для ультрафиолетового и видимого света, а также механические свойства и более высокая стойкость к хрупкости. Отсутствие флуоресценции, связанное с ПММА, часто компенсируется добавлением ароматического сорастворителя, обычно нафталина. Пластиковый сцинтиллятор на основе ПММА, таким образом, может похвастаться прозрачностью для излучения, помогая обеспечить равномерный сбор света.
Другие распространенные основы включают поливинилксилол (PVX), полиметил, 2,4-диметил, 2,4, 5-триметилстиролы, поливинилдифенил, поливинилнафталин, поливинилтетрагидронафталин и сополимеры этих и других оснований.
Также известные как люминофоры, эти соединения поглощают сцинтилляцию основания и затем излучают на большей длине волны, эффективно преобразовывая ультрафиолетовое излучение основы в более легко переносимый видимый свет. Дальнейшее увеличение длины затухания может быть достигнуто за счет добавления второго флуоресцентного излучения, называемого преобразователем спектра или преобразователем, часто приводящим к излучению синего или зеленого света.
Обычные фторы включают полифенильные углеводороды, оксазол и оксадиазоларилы, особенно н-терфенил (PPP), 2,5-дифенилоксазол (PPO), 1,4-ди- (5-фенил-2-оксазолил) -бензол (POPOP), 2-фенил-5- (4-бифенилил) -1,3,4-оксадиазол (PBD) и 2- (4'-трет-бутилфенил) -5- (4 '' - бифенилил) -1,3,4-оксадиазол (B-PBD).
Неорганические сцинтилляторы обычно представляют собой кристаллы, выращенные в высокотемпературных печах, например, галогениды щелочных металлов, часто с небольшим количеством примеси активатора. Наиболее широко используется NaI (Tl) (легированный таллием йодид натрия ); его мерцающий свет синий. Другие кристаллы неорганических галогенидов щелочных металлов: CsI (Tl), CsI (Na), CsI (чистый), CsF, KI (Tl), LiI (Eu). Некоторые нещелочные кристаллы включают: BaF. 2, CaF. 2(Eu), ZnS (Ag), CaWO. 4, CdWO. 4, YAG (Ce) (Y. 3Al. 5O. 12(Ce)), GSO, LSO. (Для получения дополнительных примеров см. Также люминофоры ).
К новым продуктам относятся LaCl. 3(Ce), хлорид лантана, легированный церием, а также легированный церием бромид лантана, LaBr. 3(Ce). Оба они очень гигроскопичны (т. Е. Повреждаются при воздействии влаги в воздухе), но обеспечивают превосходный световой поток и энергетическое разрешение (63 фотона / кэВ γ для LaBr. 3(Ce) по сравнению с 38 фотонами / кэВ γ для NaI (Tl)), быстрый отклик (16 нс для LaBr. 3(Ce) по сравнению с 230 нс для NaI (Tl)), превосходная линейность и очень стабильный световой поток в широком диапазоне температур. Кроме того, LaBr 3 (Ce) предлагает более высокую тормозную способность для γ-лучей (плотность 5,08 г / см по сравнению с 3,67 г / см для NaI (Tl)). LYSO (Lu. 1,8 Y. 0,2 SiO. 5(Ce)) имеет еще более высокую плотность (7,1 г / см, что сопоставимо с BGO ), негигроскопичен и имеет более высокий световой поток, чем BGO (32 фотона / кэВ γ), в дополнение к тому, что он довольно быстрый (время затухания 41 нс против 300 нс для BGO).
Недостатком некоторых неорганических кристаллов, например NaI, является их гигроскопичность, свойство, которое требует, чтобы они помещались в герметичный контейнер для защиты от влаги. CsI (Tl) и BaF 2 лишь немного гигроскопичны и обычно не нуждаются в защите. CsF, NaI (Tl), LaCl. 3(Ce), LaBr. 3(Ce) гигроскопичны, аBGO, CaF. 2(Eu), LYSO и YAG (Ce) - нет.
Неорганические кристаллы можно разрезать до небольших размеров и расположить в виде массива, чтобы обеспечить чувствительность к положению. Такие массивы часто используются в приложениях для медицинской физики или безопасности для обнаружения рентгеновских или γ-лучей: материалы с высоким Z и высокой плотностью (например, LYSO, BGO) обычно предпочтительны для этого типа приложений.
Сцинтилляция в неорганических кристаллах обычно медленнее, чем в обычном диапазоне от 1,48 нс для ZnO (Ga) до 9000 нс для CaWO. 4. Исключение составляет CsF} (~ 5 нс), быстрый BaF. 2(0,7 нс; медленный компонент - 630 нс), а также более новые продукты (LaCl. 3(Ce), 28 нс; LaBr. 3( Ce), 16 нс; LYSO, 41 нс).
Что касается изображений, одного из преимуществ неорганических кристаллов, это очень высокий световыход. Некоторые сцинтилляторы с высоким световым выходом выше 100000 фотонов / МэВ при 662 кэВ недавно были улучшены системы для LuI. 3(Ce), SrI. 2(Eu) и Cs. 2HfCl. 6.
Газовые сцинтилляторы состоят из азота и благородных газов гелия, аргона, криптона и ксенон, причем наибольшее внимание уделяется гелию и ксенону. Процесс сцинтилляции происходит из-за снятия возбуждения отдельных атомов, возбужденных прохождением падающей частицы. Это снятие возбуждения происходит очень быстро (~ 1 нс), поэтому срабатывание детектора довольно быстрое. Как правило, эти газы обычно излучают в ультрафиолете, а ФЭУ лучше реагируют на видимую сине-зеленую область. В ядерной физике газовые детекторы использовались для обнаружения осколков деления или тяжелых заряженных частиц.
Наиболее распространенными стеклянными сцинтилляторами являются цериевые сцинтилляторы. активированные силикаты лития или бора. Для обнаружения тепловых (медленных) нейтронов используются стеклянные детекторы особенно хорошо подходят для обнаружения , и бор имеют большое нейтронное сечение. Литий используется более широко, чем бор, поскольку он выделяет больше энергии при захвате нейтрона и, следовательно, имеет больший световой выход. Однако стеклянные частицы сцинтилляторы чувствительны также к электронам и γ-квантам. Будучи очень прочными, они также подходят для суровых условий окружающей среды. Их время отклика составляет ≈10 нс, однако их световой выход невелик, обычно ≈30% от светового потока антрацена.
Сцинтилляционные свойства органо-неорганической метиламония (MA) перовскиты галогенида свинца при облучении протонами впервые были обращены Shibuya et al. в 2002 г. и первый спектр амплитуды импульсов γ-излучения, хотя и с энергетическим разрешением, был опубликован на ((C. 6H. 5(CH. 2). 2NH. 3). 2PbBr. 4)) van Eijk et al. в 2008 г. Birowosuto et al. изучали сцинтилляционные свойства трехмерных и двумерных слоистых перовскитов при возбуждении рентгеновскими лучами. MAPbBr (CH. 3NH. 3PbBr. 3) излучает при 550 нм и MAPbI (CH. 3NH. 3PbI. 3) при 750 нм, что объясняется эмиссией экситонов вблизи запрещенных зон соединений. В этом поколении перовскитов Pb-галогенида эмиссия сильно гасится при температуре и менее 1000 ph / МэВ выживают. ph / МэВ. Тушение объясняется небольшой энергией связи eh в экситоне, что снижает Cl до Br до I., что можно заменить органические Группа МА с Cs + для получения полных неорганических галогенидных перовскитов CsPbX3 в зависимости от содержания Cl, Br, I. триплетное излучение экситона, в озбужденного рентгеновскими лучами, может быть настроено от 430 нм до 700 нм. Можно также разбавить Cs с Rb для получения аналогичной настройки. Вышеупомянутые недавние разработки демонстрируют, что органо-неорганические и все неорганические перовскиты на основе галогенида свинца обладают различными интересными сцинтилляционными свойствами. Однако недавние двухмерные монокристаллы более подходящими, поскольку они имеют намного больший стоксов сдвиг до 200 нм по сравнению с сцинтилляторами с квантовыми точками CsPbBr3, и это важно для предотвращения самореабсорбции сцинтилляторов.
Переходы, производимые свободными валентными электронами молекулы, отвечают за образование сцинтилляционного света в кристаллах. Эти электроны связаны со всей молекулой, и занимают так называемые - молекулярные орбитали. S0представляет собой синглетное состояние , над которыми находятся возбужденные синглетные состояния (S, S,…), нижнее триплетное состояние (T0) и его возбужденные уровни. (Т, Т,…). тонкая структура соответствующая молекулярным колебательным модам, связанная с каждым из этих электронных уровней. Энергетический интервал между электронными уровнями ≈ 1 эВ; расстояние между колебательными уровнями составляет примерно 1/10 расстояния между уровнемми электронов.
Проникающая частица может возбуждать либо электронный уровень, либо колебательный уровень. Синглетные возбуждения немедленно затухают (< 10 ps) to the S state without the emission of radiation (internal degradation). The S state then decays to the ground state S0 (обычно до одного из колебательных уровней выше S 0) с испусканием сцинтилляционного фотона. Это мгновенный компонент или флуоресценция. Прозрачность сцинтиллятора для испускаемого фотона обусловлена тем, что фотона меньше энергии для перехода S 0 → S (обычно находится на колебательном уровне выше S 0).
Когда одно из триплетных состояний возбуждается, оно немедленно распадается до состояния T 0 без испускания излучения (внутренняя деградация). Времен T 0 → S 0 переход очень маловероятен, вместо этого состояния T 0 распадается при взаимодействии с другой молекулой T 0 :
и оставляет один из молекулы в состоянии S, который затем распадается до S 0 с высвобождением сцинтилляцио нного фотона. Время T 0-T0взаимодействие требует времени, сцинтилляционный свет задерживается: это медленная или задержанная составляющая (соответствующая задержанная флуоресценции). Иногда происходит прямой переход T 0 → S 0 (также с задержкой) и соответствует явлению фосфоресценции. Обратите внимание, что наблюдаемая разница между задержанной флуоресценцией и фосфоресценцией заключается в различии длин волн испускаемого оптического фотона при переходе S → S 0 по сравнению с T 0 → S 0 переход.
Органические сцинтилляторы могут быть растворены в органическом растворителе с образованием жидкого или пластикового сцинтиллятора. Процесс сцинтилляции такой же, как описан для кристаллов (выше); отличается механизм энергии: энергия сначала поглощается растворителем, а передается сцинтилляционному некому веществу (детали переноса четко не изучены).
Процесс сцинтилляции неорганических материалов обусловлен структурой электронной полосы, обнаруженной в кристаллах, и не является молекулярной по природе, как в случае в случае с органическими сцинтилляторами. Падающая частица может возбудить электрон из валентной зоны либо в зоне проводимости, либо в экситонную зону (расположенную чуть ниже зоны проводимости и отделенную от валентной зоны. Полосой запрещенной зоной ; см. рисунок ). Это оставляет связанное с ним отверстие в валентной зоне. Примеси электронные уровни в запрещенной зоне. Экситоны предоставляют собой слабосвязанные электронно-дырочные пары, которые блуждают по кристаллической решетке до тех пор, пока они не захватываются как единое целое примесными центрами. Последние затем быстро снимают возбуждение, испуская сцинтилляционный свет (быстрый компонент). Примеси активатора обычно выбираются так, чтобы излучаемый свет находился в видимом диапазоне или ближнем УФ, где фотоумножители эффективны. Дырки, связанные с электронами в зоне проводимости, не зависят от последней. Эти дырки и системы управляются примесными центрами, возбуждающие электроны метастабильные состояния, недоступные для экситонов. Замедленное снятие возбуждения этих метастабильных примесных состояний снова приводит к сцинтилляционному свету (медленный компонент).
BGO (оксид висмута-германия ) представляет собой чистый неорганический сцинтиллятор без каких-либо примесей активатора. Здесь процесс сцинтилляции происходит из-за оптического перехода иона Bi., основная составляющая кристалла. Вольфраматных сцинтилляторах CaWO. 4 и CdWO. 4 излучение вызвано радиационным распадом автолокализованных экситонов.
В газах сцинтилляционный процесс происходит из-за девозбуждения отдельных атомов, возбужденных при прохождении падающей частицы (очень быстрый процесс: ≈1 нс).
Сцинтилляционные счетчики обычно не идеальны для обнаружения тяжелый дух по трем причинам:
Снижение светоотдачи для сильнее веществ чем для неорганических кристаллов. Следовательно, при необходимости, неорганические кристаллы, например CsI (Tl), ZnS (Ag) (обычно используемое в тонких листах в мониторах α-частиц), CaF. 2(Eu) должны быть предпочтительнее используемых материалов. Типичными областями применения являются приборы для съемки α- , дозиметрические приборы и детекторы dE / dx тяжелого леса. Газовые сцинтилляторы также использовались в экспериментах по ядерной физике.
обнаружение электронов для борьбы сцинтилляторов по существу составляет 100%. Но поскольку электроны могут совершать рассеяние на большие углы (иногда обратное рассеяние ), они могут покинуть детектор, не вкладывая в него свою полную энергию. Обратное рассеяние является быстро возрастающей функцией атомного номера Z сцинтилляционного материала. Органические сцинтилляторы, имеющие меньшее Z, чем неорганические кристаллы, поэтому лучше всего подходят для обнаружения низкоэнергетических (< 10 MeV) бета-частиц. Ситуация иная для электронов высоких энергий: они в основном теряют свою энергию на тормозного излучения при более высоких энергиях, материал с более высоким Z лучше подходит для обнаружения фотона тормозного излучения и создания электромагнитного излучения, который он может вызвать.
Материалы с высоким Z, например неорганические кристаллы, лучше всего подходят для обнаружения гамма-лучей. Три основных метода метода гамма-лучей с веществом: фотоэлектрический эффект, комптоновское рассеяние и пар. 213>сечение для фотоэлектрического процесса п., В то время как при любом комптоновском рассеянии выделяется только частичная энергия. ропорционально Z, что для образования пар пропорционально Z, тогда как комптоновское рассеяние происходит примерно как Z. Следовательно, материал с высоким Z благоприятствует первым двум процессам, что позволяет детектировать полную энергию гамма-излучения. Если гамма-лучи имеют более высокие энергии (>5 МэВ), преобладает образование пар.
Поскольку нейтрон не заряжен, он не взаимодействует посредством кулоновской силы и, следовательно, не ионизирует сцинтилляционный материал. Сначала он должен передать часть или всю свою энергию через сильное взаимодействие заряженному атомному ядру. Затем положительно заряженное ядро производит ионизацию. Быстрые нейтроны (обычно>0,5 МэВ) в основном зависят от отдачи протона в (n, p) реакциях; материалы, богатые водородом, например пластиковые сцинтилляторы поэтому лучше всего подходят для их обнаружения. Медленные нейтроны полагаются на ядерные реакции, такие как (n, γ) или (n, α) реакции, для получения ионизации. Их средняя длина свободного пробега поэтому довольно велика, если сцинтилляторный материал не содержит нуклиды, имеющие высокое поперечное сечение для этих ядерных реакций, например Li или B. 164>стекло силикаты поэтому особенно хорошо подходят для обнаружения медленных (тепловых) нейтронов.
Ниже приводится список из обычно используемых неорганических кристаллов:
