Краткая теория. Изучение сцинтилляционного гамма спектрометра

Изучение сцинтилляционного гамма спектрометра

Лабораторная работа

Гамма кванты испускаются ядрами, образующимися после α- или β -распада в возбужденном состоянии. После α-распада обычно испускаются

γ-кванты невысокой энергии (E_γ < 0,5 Мэв). Энергия γ-квантов испускаемых дочерним ядром после β -распада может быть больше и достигает 2—2,5 Мэв.

В процессе испускания γ-кванта ядро переходит из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией. Такой радиационный переход может быть однократным, когда ядро, испустив один квант, сразу переходит в основное состояние, или каскадным, когда снятие возбуждения происходит в результате последовательного испускания нескольких γ-квантов.

Экспериментально энергия γ-квантов определяется по вторичному излучению, возникающему при взаимодействии γ-кванта с веществом. При прохождении гамма-излучения через вещество вследствие взаимодействия γ -квантов с атомами веществ происходит ослабление интенсивности пучка. В диапазоне энергий радиоактивных препаратов 0.05-3 МэВ основными являются следующие три процесса взаимодействия фотонов с веществом: комптоновское рассеяние, фотоэффект и образование электронно-позитронной пары.

Сцинтилляционный метод основан на том, что при прохождении заряженных частиц через вещество происходит возбуждение и ионизация атомов и молекул вещества. Слабые световые вспышки, сопровождающие эти процессы, могут быть обнаружены и измерены аппаратурой, обладающей высокой светочувствительностью.

В сцинтилляторе при прохождении ионизирующей частицы возникает слабая световая вспышка, которая в фотоэлектронном умножителе (ФЭУ) преобразуется в электрический импульс. На внутреннюю поверхность стеклянного торца ФЭУ нанесен полупрозрачный сурьмяно-цезиевый слой, служащий фотокатодом. Фотоны световой вспышки, возникающей в сцинтилляторе под действием заряженных частиц от источника, попадают на фотокатод и вырывают из него фотоэлектроны (рис). Фотоэлектроны проходят через фокусирующую диафрагму и разгоняются электрическим полем, существующим между умножающими электродами (динодами). Для питания ФЭУ используется источник высокого стабилизированного напряжения.

Если энергия падающего электрона в несколько раз превосходит работу выхода динода, то возможно выбивание вторичных электронов. Этот процесс умножения числа электронов в ФЭУ называется вторичной электронной эмиссией. Количественной характеристикой процесса умножения является коэффициент вторичной эмиссии, равный отношению числа выбитых из динода электронов к числу электронов, падающих на его поверхность. Коэффициент умножения ФЭУ в сцинтилляционном детекторе обычно составляет 10⁵–10⁶.

Вещества, применяемые в качестве сцинтилляторов, характеризуются следующими параметрами: сцинтилляционной эффективностью, световым выходом, временем высвечивания, прозрачностью к собственному люминесцентному излучению и его спектром. В качестве сцинтилляторов в сцинтилляционных детекторах применяются неорганические и органические кристаллы, органические жидкие сцинтилляторы и пластмассы, а также газовые сцинтилляторы – гелий, аргон, криптон, ксенон. Из неорганических кристаллов наибольшее распространение получили NаI, ΚI, СsI.

Основными преимуществами сцинтилляционных детекторов является высокое временное разрешение, линейная зависимость между величиной сигнала и поглощенной энергией излучения, возможность применения жидких детекторов любой формы и объема. Эффективность регистрации достигает 100%. Недостатком метода является сложность и нестабильность ФЭУ, применяемого для усиления первичного эффекта.

Контрольные вопросы

1. Какие процессы происходят при взаимодействии гамма-квантов с веществом?

2. На чем основан сцинтилляционный метод регистрации заряженных частиц?

3. Как устроен фотоэлектронный умножитель?

4. Какие преимущества и недостатки сцинтилляционных детекторов?

( Всё в тексте )

Дата добавления: 2014-12-25