I rivelatori di scintillazione sono uno dei tipi di apparecchiature di misura progettate per rilevare le particelle elementari. La loro caratteristica è che la lettura avviene attraverso l'uso di sistemi fotosensibili. Per la prima volta questi strumenti furono usati nel 1944 per misurare la radiazione dell'uranio. Esistono diversi tipi di rilevatori a seconda del tipo di agente di lavoro.
Destinazione
I rivelatori di scintillazione sono ampiamente utilizzati per i seguenti scopi:
- registrazione dell'inquinamento da radiazioni dell'ambiente;
- analisi di materiali radioattivi e altri studi fisici e chimici;
- usare come elemento per lanciare sistemi di rilevamento più complessi;
- studio spettrometrico di sostanze;
- componente di segnalazione nei sistemi di radioprotezione (ad esempio, apparecchiature dosimetriche progettate per notificare l'ingresso di una nave in una zona di contaminazione radioattiva).
I contatori possono produrre sia la registrazione della qualitàradiazione e misurarne l'energia.
Disposizione dei rivelatori
La struttura di base di un rivelatore di radiazione a scintillazione è mostrata nella figura seguente.
Gli elementi principali dell'attrezzatura sono i seguenti:
- fotomoltiplicatore;
- scintillatore progettato per convertire l'eccitazione del reticolo cristallino in luce visibile e trasmetterla al convertitore ottico;
- contatto ottico tra i primi due dispositivi;
- stabilizzatore di tensione;
- sistema elettronico per la registrazione degli impulsi elettrici.
Tipi
Esiste la seguente classificazione dei principali tipi di rivelatori a scintillazione in base al tipo di sostanza che emette fluorescenza quando esposta a radiazioni:
- Misuratori di alogenuri alcalini inorganici. Sono usati per registrare radiazioni alfa, beta, gamma e neutroni. Nell'industria vengono prodotti diversi tipi di cristalli singoli: ioduro di sodio, cesio, potassio e litio, solfuro di zinco, tungstati di metalli alcalino terrosi. Si attivano con impurità speciali.
- Monoli cristalli organici e soluzioni trasparenti. Il primo gruppo comprende: antracene, tolano, trans-stilbene, naftalene e altri composti, il secondo gruppo comprende terfenile, miscele di antracene con naftalene, soluzioni solide in plastica. Sono usati per misurazioni del tempo e per rilevare neutroni veloci. Gli additivi attivanti negli scintillatori organici non lo sonocontribuire.
- Mezzo gassoso (Lui, Ar, Kr, Xe). Tali rivelatori sono utilizzati principalmente per rilevare frammenti di fissione di nuclei pesanti. La lunghezza d'onda della radiazione è nello spettro ultravioletto, quindi richiedono fotodiodi appropriati.
Per i rivelatori di neutroni a scintillazione con un'energia cinetica fino a 100 keV, vengono utilizzati cristalli di solfuro di zinco attivati con un isotopo di boro con un numero di massa di 10 e 6Li. Quando si registrano le particelle alfa, il solfuro di zinco viene applicato in uno strato sottile su un substrato trasparente.
Tra i composti organici, le plastiche a scintillazione sono le più utilizzate. Sono soluzioni di sostanze luminescenti in plastiche ad alto peso molecolare. Molto spesso, le plastiche a scintillazione sono realizzate sulla base di polistirene. Le lastre sottili vengono utilizzate per registrare le radiazioni alfa e beta e le lastre spesse vengono utilizzate per i raggi gamma e X. Sono prodotti sotto forma di cilindri lucidi trasparenti. Rispetto ad altri tipi di scintillatori, gli scintillatori plastici presentano diversi vantaggi:
- tempo di flash breve;
- resistenza a danni meccanici, umidità;
- costanza delle caratteristiche ad alte dosi di esposizione alle radiazioni;
- basso costo;
- facile da realizzare;
- elevata efficienza di registrazione.
Fotomoltiplicatori
Il principale componente funzionale di questa apparecchiatura è un fotomoltiplicatore. È un sistema di elettrodi montatiin un tubo di vetro. Per la protezione dai campi magnetici esterni, è inserito in un involucro metallico realizzato con un materiale ad alta permeabilità magnetica. Questo protegge le interferenze elettromagnetiche.
Nel fotomoltiplicatore, il lampo luminoso viene convertito in un impulso elettrico e anche la corrente elettrica viene amplificata come risultato dell'emissione secondaria di elettroni. La quantità di corrente dipende dal numero di dinodi. La focalizzazione degli elettroni avviene a causa del campo elettrostatico, che dipende dalla forma degli elettrodi e dal potenziale tra di essi. Le particelle cariche eliminate vengono accelerate nello spazio interelettrodico e, cadendo sul dinodo successivo, provocano un' altra emissione. A causa di ciò, il numero di elettroni aumenta più volte.
Rilevatore di scintillazione: come funziona
I contatori funzionano in questo modo:
- La particella carica entra nella sostanza di lavoro dello scintillatore.
- Si verificano ionizzazione ed eccitazione di molecole di cristalli, soluzioni o gas.
- Le molecole emettono fotoni e dopo milionesimi di secondo tornano all'equilibrio.
- Nel fotomoltiplicatore, il lampo di luce viene "amplificato" e colpisce l'anodo.
- Il circuito anodico amplifica e misura la corrente elettrica.
Il principio di funzionamento del rivelatore a scintillazione si basa sul fenomeno della luminescenza. La caratteristica principale di questi dispositivi è l'efficienza di conversione - il rapporto tra l'energia di un lampo di luce e l'energia persa da una particella nel principio attivo dello scintillatore.
Pro e contro
I vantaggi dei rivelatori di radiazione a scintillazione includono:
- elevata efficienza di rilevamento, in particolare per i raggi gamma a onde corte ad alta energia;
- buona risoluzione temporale, ovvero la capacità di dare un'immagine separata di due oggetti (raggiunge 10-10 s);
- misurazione simultanea dell'energia delle particelle rilevate;
- possibilità di realizzare banchi di varie forme, semplicità di soluzione tecnica.
Lo svantaggio di questi contatori è la bassa sensibilità alle particelle a bassa energia. Quando vengono utilizzati come parte degli spettrometri, l'elaborazione dei dati ottenuti diventa molto più complicata, poiché lo spettro ha una forma complessa.
