§ 14. Сцинтилляционный метод

Большое значение имеет сцинтилляцнонный метод регистрации радиоактивных излучений. Сцинтилляцнонный метод основан на испускании световых квантов так называемыми фосфорами (люминофорами) под действием ионизирующих излучений. В качестве фосфоров в настоящее время используют кристаллы ряда солей, иногда активированные включением примесных катионов, например , антрацен, нафталин, стильбен, терфенил в полистироле и т. п. Разные люминофоры служат для регистрации различного вида излучений.

В фосфоре часть энергии ионизирующего излучения затрачивается на возбуждение молекул (атомов), которые переходят в нормальное энергетическое состояние, испуская фотоны в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Регистрация этих фотонов проводится с помощью так называемого фотоэлектронного умножителя (ФЭУ).

Рис. 129. Схема фотоэлектронного умножителя и его включения: 1 - фосфор в кожухе; 2 — фотокатод; 5 — диноды; 4 — анод (коллектор); 5 — источник высокого напряжения; - сопротивление делителя напряжения; — сопротивление цепи схемы.

Принцип работы фотоэлектронного умножителя основан на явлении вторичной эмиссии электронов. На рис. 129 приведена схема ФЭУ. Он представляет собой стеклянный баллон, в котором создан глубокий вакуум. В баллоне расположены фотокатод 2, диноды 3 и анод (коллектор) 4. Фотокатод примыкает непосредственно к фосфору 1. На динодах создается последовательно возрастающий по отношению к катоду положительный потенциал.

Возникающие под действием ионизирующей частицы или -фотона световые кванты выбивают из фотокатода электроны. Электроны под действием разности потенциалов устремляются к первому диноду, из которого каждый электрон выбивает несколько большее число электронов. Последние разгоняются под действием разности потенциалов и попадают на второй динод, выбивая из него большее количество электронов. Процесс повторяется вплоть до попадания электронов на анод. Каждой вспышке света в фосфоре соответствует импульс напряжения на аноде, который регистрируется электронной схемой.

Фосфор помещается в кожухе, имеющем на одном из торцов окно. С помощью этого окна осуществляется контакт его с катодом ФЭУ, причем ФЭУ также помещается в светонепроницаемый кожух, чтобы исключить влияние видимого света. Принципиальные схемы конструкций сцинтилляционных детекторов представлены на рис. 130.

При измерении радиоактивности твердых и жидких препаратов с помощью фосфоров и ФЭУ могут применяться твердые и жидкие фосфоры. Для регистрации -излучения обычно используется кристалл , при этом кристалл может быть тонким, с торцом, защищенным фольгой или тонкой пленкой. -Излучение измеряют при помощи пластмассовых фосфоров, иногда кристаллов солей. Фосфор для регистрации -излучения должен иметь толщину, приблизительно равную максимальному пробегу в нем -лучей. При этом условии эффективность счета -лучей равна единице, а регистрируются очень мало. Регистрация -лучей может осуществляться и с помощью жидких фосфоров. Особенно удобно измерять активность -излучателей с малой энергией и т. п.), растворяя образец в фосфоре. -Лучи регистрируются с помощью фосфора , при этом берут толстые и по возможности большие монокристаллы, эффективность регистрации в которых достигает 30%.

Рис. 130. Схемы сцинтилляциониых детекторов: — измерение радиоактивности твердых препаратов; а — по -лучам; б — по -лучам; II — измерение радиоактивности жидких веществ: торце фосфора; б — в кристалле с колодцем; 1 — фосфор; 2 — ФЭУ; 3 — радиоактивное вещество.

Число квантов, возникающих под действием ионизирующей частицы в фосфоре, пропорционально энергии ионизирующей частицы; соответственно амплитуда импульса также пропорциональна энергии излучения. Это позволяет регистрировать не только число ионизирующих частиц, но и определять их энергетический спектр.

Следует сказать, что наряду с фоном космического излучения и загрязнений в ФЭУ появляются паразитные импульсы (фон) вследствие выбрасывания фотокатодом тепловых электронов и выбивания электронов с динодов положительными ионами. Уменьшение фона достигается с помощью дискриминатора, пропускающего сигналы только с достаточно большой амплитудой.

Скорость счета радиоактивного образца и фоиа зависит от напряжения на ФЭУ, величины усиления линейного усилителя и порога дискриминации. Так как сцинтилляцнонный счетчик не имеет плато, подобного счетчику Гейгера — Мюллера, то необходима надежная стабилизация напряжения, подаваемого на ФЭУ и линейный усилитель.

Оптимальные условия измерения на сцинтилляционном счетчике меняются в зависимости от рода и энергии излучения, и при переходе от измерений одного вида или энергии к другим необходимо заново снять характеристику счетчика.

Измерения радиоактивности сцинтилляционными детекторами и счетчиками Гейгера—Мюллера могут проводить на различного типа радиометрах, установке («Волна») и т. п.