Сцинтилляциялық есептегіш сцинтиллятор (фосфор) және фотоэлектрондық түрдегі көбейткіш сияқты екі компоненттен тұрады. Негізгі конфигурацияда өндірушілер бұл есептегішке PMT импульстерін күшейтуді және тіркеуді қамтамасыз ететін электр қуаты мен радиожабдықтың көзін қосты. Көбінесе бұл жүйенің барлық элементтерінің комбинациясы оптикалық жүйенің көмегімен жүзеге асырылады - жарық бағыттағыш. Әрі қарай мақалада сцинтилляциялық есептегіштің жұмыс істеу принципін қарастырамыз.
Жұмыс ерекшеліктері
Сцинтилляциялық есептегіш құрылғысы өте күрделі, сондықтан бұл тақырыпқа көбірек көңіл бөлу керек. Бұл аппараттың жұмысының мәні келесідей.
Зарядталған бөлшек құрылғыға түседі, нәтижесінде барлық молекулалар қозғалады. Бұл объектілер белгілі бір уақыттан кейін орналасады және осы процесте олар фотондар деп аталатындарды шығарады. Бұл процесс жарықтың жарқырауы үшін қажет. Кейбір фотондар фотокатодқа өтеді. Бұл процесс фотоэлектрондардың пайда болуы үшін қажет.
Фотоэлектрондар бағытталған және жеткізіледітүпнұсқа электрод. Бұл әрекет PMT деп аталатын жұмыстың арқасында орын алады. Кейінгі әрекетте дәл осы электрондардың саны бірнеше есе артады, бұл электронды эмиссия арқылы жеңілдетіледі. Нәтижесінде шиеленіс пайда болады. Әрі қарай, ол тек жедел әсерді арттырады. Импульстің ұзақтығы және оның шығу амплитудасы сипаттамалық қасиеттермен анықталады.
Фосфордың орнына не қолданылады?
Бұл аппаратта фосфор сияқты элементті алмастыратын зат ойлап табылған. Әдетте өндірушілер мынаны пайдаланады:
- органикалық типті кристалдар;
- сұйық сцинтилляторлар, олар да органикалық болуы керек;
- пластиктен жасалған қатты сцинтилляторлар;
- газ сцинтилляторлары.
Фосфорды алмастыру деректеріне қарасақ, өндірушілер көп жағдайда тек органикалық заттарды пайдаланатынын көруге болады.
Негізгі сипаттама
Сцинтилляциялық есептегіштердің негізгі сипаттамасы туралы айтатын кез келді. Ең алдымен жарықтың шығуын, сәулеленуді, оның спектрлік құрамы деп аталатынын және сцинтилляцияның ұзақтығын атап өту керек.
Сцинтиллятор арқылы әртүрлі зарядталған бөлшектерді өткізу процесінде осында немесе басқа энергияны тасымалдайтын фотондардың белгілі бір саны түзіледі. Өндірілген фотондардың едәуір бөлігі резервуардың өзінде сіңіріледі және жойылады. Фотондардың орнынаолар сіңірілген болса, басқа да бөлшектер түрлері пайда болады, олар біршама азырақ сипаттағы энергияны көрсетеді. Осы әрекеттің нәтижесінде фотондар пайда болады, олардың қасиеттері тек сцинтилляторға тән.
Жарық шығысы
Содан кейін сцинтилляция есептегішін және оның жұмыс істеу принципін қарастырыңыз. Енді жарық шығаруға назар аударайық. Бұл процесс конверсиялық тиімділік деп те аталады. Жарық шығысы - бұл шығатын энергияның сцинтилляторда жоғалған зарядталған бөлшек энергиясының мөлшеріне қатынасы.
Бұл әрекетте фотондардың орташа саны тек сыртқа шығады. Мұны фотондардың орташа табиғатының энергиясы деп те атайды. Құрылғыдағы бөлшектердің әрқайсысы моноэнергетиканы емес, тек спектрді үздіксіз жолақ ретінде шығарады. Өйткені, бұл жұмыс түріне тән.
Ең маңызды нәрсеге назар аудару керек, өйткені фотондардың бұл спектрі бізге белгілі сцинтиллятордан тәуелсіз түрде шығады. Оның PMT спектрлік сипаттамасымен сәйкес келуі немесе кем дегенде ішінара қабаттасуы маңызды. Басқа сипаттамасы бар сцинтиллятор элементтерінің бұл қабаттасуы тек өндірушілермен келісілген коэффициентпен анықталады.
Бұл коэффициентте сыртқы түрдегі спектр немесе фотондар спектрі осы құрылғының сыртқы ортасына өтеді. Бүгінде «сцинтилляция тиімділігі» деген ұғым бар. Бұл құрылғыны салыстырубасқа PMT деректері.
Бұл тұжырымдама бірнеше аспектілерді біріктіреді:
- Тиімділік сіңірілген энергия бірлігіне сцинтиллятор шығаратын фотондарымыздың санын ескереді. Бұл көрсеткіш құрылғының фотондарға сезімталдығын да ескереді.
- Бұл жұмыстың тиімділігі, әдетте, стандарт ретінде қабылданған сцинтиллятордың сцинтилляциялық тиімділігімен салыстыру арқылы бағаланады.
Әртүрлі сцинтилляция өзгерістері
Сцинтилляциялық есептегіштің жұмыс істеу принципі де келесі маңызды аспектіден тұрады. Сцинтилляция белгілі бір өзгерістерге ұшырауы мүмкін. Олар арнайы заңға сәйкес есептеледі.
Онда I0 біз қарастырып отырған сцинтилляцияның максималды қарқындылығын көрсетеді. t0көрсеткішіне келетін болсақ - бұл тұрақты мән және ол әлсіреу деп аталатын уақытты білдіреді. Бұл ыдырау қарқындылықтың белгілі бір (e) есе төмендейтін уақытын көрсетеді.
Сондай-ақ фотондар деп аталатындардың санына назар аудару керек. Ол біздің заңда n әрпімен белгіленген.
Сцинтилляция процесі кезінде шығарылатын фотондардың жалпы саны мұнда. Бұл фотондар белгілі бір уақытта шығарылады және құрылғыда тіркелген.
Фосфор жұмыс процестері
Бұрын жазғанымыздай, сцинтилляция есептегіштеріфосфор сияқты элементтің жұмысы негізінде әрекет етеді. Бұл элементте люминесценция деп аталатын процесс жүзеге асырылады. Және ол бірнеше түрге бөлінеді:
- Бірінші түрі - флуоресценция.
- Екінші түрі - фосфоресценция.
Бұл екі түр ең алдымен уақыт бойынша ерекшеленеді. Жыпылықтау деп аталатын құбылыс басқа процесспен бірге немесе 10-8 сек ретімен белгілі бір уақыт аралығында орын алса, бұл процестің бірінші түрі. Екінші түрге келетін болсақ, мұнда уақыт аралығы алдыңғы түрге қарағанда біршама ұзағырақ. Уақыт бойынша бұл сәйкессіздік бұл интервал атомның тыныш күйдегі өміріне сәйкес келетіндіктен туындайды.
Жалпы алғанда, бірінші процестің ұзақтығы осы немесе басқа атомның тыныштық индексіне мүлдем тәуелді емес, бірақ бұл процестің шығуына келетін болсақ, оған әсер ететін осы элементтің қозғыштығы. Сондай-ақ, белгілі бір кристалдардың мазасыздығы жағдайында шығу жылдамдығы фотоқозуға қарағанда біршама аз болатынын атап өткен жөн.
Фосфоресценция дегеніміз не?
Сцинтилляциялық есептегіштің артықшылықтары фосфоресценция процесін қамтиды. Бұл тұжырымдама бойынша адамдардың көпшілігі тек люминесценцияны түсінеді. Сондықтан біз осы процеске негізделген бұл ерекшеліктерді қарастырамыз. Бұл процесс белгілі бір жұмыс түрі аяқталғаннан кейін процестің жалғасы деп аталады. Кристалл люминофорлардың фосфоресценциясы қозу кезінде пайда болған электрондар мен саңылаулардың рекомбинациясынан туындайды. Белгілі түрдеФосфор объектілерінде процесті баяулату мүлдем мүмкін емес, өйткені электрондар мен олардың тесіктері деп аталатын тұзаққа түседі. Дәл осы тұзақтардан олар өздігінен босатылуы мүмкін, бірақ бұл үшін олар басқа заттар сияқты қосымша энергия қорын алуы керек.
Осыған байланысты процестің ұзақтығы белгілі бір температураға да байланысты. Егер процеске органикалық табиғаттың басқа молекулалары да қатысса, онда фосфоресценция процесі олар метатұрақты күйде болған жағдайда ғана жүреді. Ал бұл молекулалар қалыпты күйге өте алмайды. Тек осы жағдайда ғана бұл процестің жылдамдық пен температураның өзіне тәуелділігін көре аламыз.
Есептегіштердің мүмкіндіктері
Бұл тарауда қарастыратын сцинтилляцияға қарсы құралдардың артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Ең алдымен, біз құрылғының артықшылықтарын сипаттаймыз, өйткені олардың саны өте көп.
Мамандар уақытша қабілеттің айтарлықтай жоғары деңгейін атап көрсетеді. Уақыт өте келе бұл құрылғы шығаратын бір импульс он секундтан аспайды. Бірақ бұл белгілі бір құрылғылар пайдаланылған жағдайда. Бұл есептегіште бұл көрсеткіш тәуелсіз разряды бар басқа аналогтардан бірнеше есе аз. Бұл оның қолданылуына үлкен үлес қосады, себебі санау жылдамдығы бірнеше есе артады.
Осы есептегіштердің келесі оң сапасы кеш импульстің өте аз көрсеткіші болып табылады. Бірақ мұндай процесс бөлшектер тіркеу кезеңінен өткеннен кейін ғана жүзеге асырылады. дәл солайқұрылғының осы түрінің импульсінің уақытын тікелей үнемдеуге мүмкіндік береді.
Сонымен қатар сцинтилляциялық есептегіштер нейрондар мен олардың сәулелерін қамтитын кейбір бөлшектерді тіркеудің айтарлықтай жоғары деңгейіне ие. Тіркеу деңгейін жоғарылату үшін бұл бөлшектер детекторлар деп аталатын заттармен әрекеттесуі керек.
Құрылғылар өндірісі
Сцинтилляциялық есептегішті кім ойлап тапты? Мұны 1947 жылы неміс физигі Кальман Хартмут Пол жасады, ал 1948 жылы ғалым нейтрондық радиографияны ойлап тапты. Сцинтилляциялық есептегіштің жұмыс принципі оны жеткілікті үлкен көлемде шығаруға мүмкіндік береді. Бұл ультракүлгін сәулелерді қамтитын айтарлықтай үлкен энергия ағынының герметикалық деп аталатын талдауын жүргізуге мүмкіндік береді.
Құрылғыға нейтрондар өте жақсы әрекеттесетін белгілі бір заттарды енгізуге де болады. Бұл, әрине, осындай сипаттағы есептегішті жасауда және болашақта пайдалануда бірден оң қасиеттерге ие.
Дизайн түрі
Сцинтилляция есептегішінің бөлшектері оның жоғары сапалы жұмысын қамтамасыз етеді. Тұтынушылар құрылғының жұмысына келесі талаптарды қояды:
- фотокатод деп аталатында жарық жинаудың ең жақсы көрсеткіші болып табылады;
- осы фотокатодта жарық таралуының ерекше біркелкі түрі бар;
- құрылғыдағы қажет емес бөлшектер қараңғыланады;
- магниттік өрістер бүкіл тасымалдау процесіне мүлдем әсер етпейді;
- коэффицентібұл жағдайда тұрақты.
Кемшіліктері сцинтилляциялық есептегіште ең аз. Жұмысты орындау кезінде импульстердің сигнал түрлерінің амплитудасының басқа амплитуда түрлеріне сәйкес келуін қамтамасыз ету қажет.
Есептік қаптама
Сцинтилляциялық есептегіш жиі бір жағында әйнек салынған металл контейнерге оралады. Сонымен қатар, контейнердің өзі мен сцинтиллятордың арасына ультракүлгін сәулелер мен жылудың енуіне жол бермейтін арнайы материал қабаты қойылады. Пластикалық сцинтилляторларды тығыздалған контейнерлерге салудың қажеті жоқ, дегенмен барлық қатты сцинтилляторлардың бір жағында шығу терезесі болуы керек. Бұл құрылғының қаптамасына назар аудару өте маңызды.
Метрдің артықшылықтары
Сцинтилляциялық есептегіштің артықшылықтары келесідей:
- Бұл құрылғының сезімталдығы әрқашан ең жоғары деңгейде және оның тікелей тиімділігі осыған тікелей байланысты.
- Құралдың мүмкіндіктері қызметтердің кең ауқымын қамтиды.
- Кейбір бөлшектерді ажырату мүмкіндігі тек олардың энергиясы туралы ақпаратты пайдаланады.
Жоғарыда аталған көрсеткіштердің арқасында есептегіштің бұл түрі өзінің барлық бәсекелестерінен асып түсіп, өз түріндегі ең жақсы құрылғыға айналды.
Оның кемшіліктеріне сезімтал қабылдауды да жатқызған жөн.белгілі бір температурадағы өзгерістер, сондай-ақ қоршаған орта жағдайлары.
