Scyntylator

Kryształ scyntylacyjny otoczony różnymi zespołami detektorów scyntylacyjnych
Wytłaczany plastikowy materiał scyntylacyjny fluoryzujący pod lampą inspekcyjną UV w Fermilab dla projektu MINERνA

Scyntylator jest materiałem, który wykazuje scyntylację , właściwość luminescencji , gdy jest wzbudzony przez promieniowanie jonizujące . Materiały luminescencyjne po uderzeniu przez nadlatującą cząstkę pochłaniają jej energię i iskrzą (tj. ponownie emitują pochłoniętą energię w postaci światła). Czasami stan wzbudzony jest metastabilny , więc relaksacja z powrotem ze stanu wzbudzonego do stanów niższych jest opóźniona (co wymaga od kilku nanosekund do godzin w zależności od materiału). Proces ten odpowiada zatem jednemu z dwóch zjawisk: opóźnionej fluorescencji lub fosforescencji . Odpowiedniość zależy od rodzaju przejścia, a tym samym od długości fali emitowanego fotonu optycznego.

Zasada działania

Detektor scyntylacyjny lub licznik scyntylacyjny uzyskuje się, gdy scyntylator jest połączony z elektronicznym czujnikiem światła, takim jak fotopowielacz (PMT), fotodioda lub krzemowy fotopowielacz . PMT pochłaniają światło emitowane przez scyntylator i ponownie emitują je w postaci elektronów poprzez efekt fotoelektryczny . Późniejsze zwielokrotnienie tych elektronów (czasami nazywanych fotoelektronami) skutkuje impulsem elektrycznym, który można następnie przeanalizować i uzyskać znaczące informacje o cząstce, która pierwotnie uderzyła w scyntylator. Fotodiody próżniowe są podobne, ale nie wzmacniają sygnału, podczas gdy fotodiody krzemowe wykrywają nadchodzące fotony poprzez wzbudzenie nośników ładunku bezpośrednio w krzemie. Fotopowielacze krzemowe składają się z szeregu fotodiod, które są spolaryzowane zaporowo z napięciem wystarczającym do działania w tryb lawinowy , w którym każdy piksel matrycy jest wrażliwy na pojedyncze fotony. [ potrzebne źródło ]

Historia

Pierwsze urządzenie wykorzystujące scyntylator zostało zbudowane w 1903 roku przez Sir Williama Crookesa i wykorzystywało ekran ZnS . Scyntylacje wytwarzane przez ekran były widoczne gołym okiem, jeśli oglądano je pod mikroskopem w zaciemnionym pokoju; urządzenie było znane jako spinthariscope . Technika ta doprowadziła do wielu ważnych odkryć, ale była oczywiście nużąca. Scyntylatory zyskały dodatkową uwagę w 1944 roku, kiedy Curran i Baker zastąpili pomiar gołym okiem nowo opracowanym PMT . Tak narodził się nowoczesny detektor scyntylacyjny.

Zastosowania scyntylatorów

Sonda scyntylacyjna alfa do wykrywania zanieczyszczeń powierzchni w trakcie kalibracji

Scyntylatory są używane przez rząd amerykański jako detektory promieniowania Departamentu Bezpieczeństwa Wewnętrznego. Scyntylatory mogą być również wykorzystywane w detektorach cząstek , eksploracji nowych źródeł energii, bezpieczeństwie rentgenowskim, kamerach jądrowych, tomografii komputerowej i eksploracji gazu. Inne zastosowania scyntylatorów obejmują tomografy komputerowe i kamery gamma w diagnostyce medycznej oraz ekrany w starszych monitorach komputerowych CRT i telewizorach. Scyntylatory zostały również zaproponowane jako część teoretycznych modeli wykorzystania energii promieniowania gamma poprzez efekt fotowoltaiczny, na przykład w baterii jądrowej .

Zastosowanie scyntylatora w połączeniu z fotopowielaczem znajduje szerokie zastosowanie w ręcznych miernikach geodezyjnych służących do wykrywania i pomiaru skażeń promieniotwórczych oraz monitorowania materiałów jądrowych. Scyntylatory wytwarzają światło w świetlówkach, aby przekształcić ultrafiolet wyładowania w światło widzialne. Detektory scyntylacyjne są również wykorzystywane w przemyśle naftowym jako detektory logów promieniowania gamma.

Właściwości scyntylatorów

Istnieje wiele pożądanych właściwości scyntylatorów, takich jak duża gęstość , duża szybkość działania, niski koszt , twardość radiacyjna , zdolność produkcyjna, trwałość parametrów eksploatacyjnych. Wysoka gęstość zmniejsza rozmiar materiału pęków dla wysokoenergetycznych kwantów γ i elektronów. Zasięg rozproszonych Comptona dla promieni γ o niższej energii jest również zmniejszany przez materiały o dużej gęstości. Powoduje to wysoką segmentację detektora i prowadzi do lepszej rozdzielczości przestrzennej. Zwykle materiały o dużej gęstości mają ciężkie jony w siatce (np. ołów , kadm ), znacząco zwiększając udział efektu fotoelektrycznego (~Z 4 ). Zwiększona fotofrakcja jest ważna w niektórych zastosowaniach, takich jak pozytonowa tomografia emisyjna . Wysoka moc hamowania składowej elektromagnetycznej promieniowania jonizującego wymaga większej fotofrakcji; pozwala to na kompaktowy detektor. Wysoka prędkość robocza jest potrzebna do dobrej rozdzielczości widm. Dokładność pomiaru czasu detektorem scyntylacyjnym jest proporcjonalna do √ τ sc . Krótkie czasy zaniku są istotne przy pomiarach odstępów czasu oraz przy pracy w szybkich obwodach koincydencji. Wysoka gęstość i szybki czas reakcji mogą pozwolić na wykrywanie rzadkich zdarzeń w fizyce cząstek elementarnych. Energia cząstek osadzonych w materiale scyntylatora jest proporcjonalna do odpowiedzi scyntylatora. Naładowane cząstki, kwanty γ i jony mają różne nachylenia, gdy mierzona jest ich reakcja. W ten sposób scyntylatory można wykorzystać do identyfikacji różnych typów kwantów γ i cząstek w strumieniach promieniowania mieszanego. Inną kwestią dotyczącą scyntylatorów jest koszt ich produkcji. Większość scyntylatorów krystalicznych wymaga chemikaliów o wysokiej czystości, a czasem metali ziem rzadkich, które są dość drogie. Materiały są nie tylko wydatkiem, ale wiele kryształów wymaga drogich pieców i prawie sześciu miesięcy wzrostu i czasu analizy. Obecnie prowadzone są badania nad innymi scyntylatorami pod kątem obniżenia kosztów produkcji.

Kilka innych właściwości jest również pożądanych w dobrym detektorze scyntylacyjnym: niski poziom promieniowania gamma (tj. wysoka wydajność przekształcania energii padającego promieniowania na fotony scyntylacyjne), przezroczystość dla własnego światła scyntylacyjnego (dla dobrego zbierania światła), wydajne wykrywanie badanego promieniowania, wysoka moc hamowania , dobra liniowość w szerokim zakresie energii, krótki czas narastania do zastosowań wymagających szybkiego pomiaru czasu (np. emisji w zakresie widmowym odpowiadającym czułości widmowej istniejących PMT (chociaż czasami można zastosować przesuwniki długości fali ), współczynnik załamania światła zbliżony do współczynnika szkła (≈1,5), aby umożliwić optymalne sprzężenie z oknem PMT. Wytrzymałość i dobre zachowanie w wysokiej temperaturze mogą być pożądane tam, gdzie wymagana jest odporność na wibracje i wysoką temperaturę (np. poszukiwanie ropy naftowej). Praktyczny wybór materiału scyntylatora jest zwykle kompromisem między tymi właściwościami, aby najlepiej pasowały do ​​danego zastosowania.

Wśród wymienionych powyżej właściwości najważniejsza jest moc świetlna, która wpływa zarówno na wydajność, jak i rozdzielczość detektora (wydajność to stosunek wykrytych cząstek do całkowitej liczby cząstek padających na detektor; rozdzielczość energetyczna to stosunek pełnej szerokości w połowie maksimum danego piku energii do położenia piku, zwykle wyrażony w %). Strumień świetlny jest silną funkcją rodzaju padającej cząstki lub fotonu i jego energii, co w związku z tym silnie wpływa na rodzaj materiału scyntylacyjnego, który ma być użyty w konkretnym zastosowaniu. Obecność efektów gaszenia skutkuje zmniejszoną mocą świetlną (tj. zmniejszoną wydajnością scyntylacji). Wygaszanie odnosi się do wszystkich bezpromieniowych procesów odwzbudzenia, w których wzbudzenie jest rozkładane głównie na ciepło. Ogólna wydajność wytwarzania sygnału przez detektor zależy jednak również od wydajności kwantowej PMT (zwykle ~30% w szczycie) oraz od wydajności transmisji i zbierania światła (która zależy od rodzaju materiału reflektora pokrywającego scyntylator i światłowody, długości/kształtu światłowodów, ewentualnej absorpcji światła, itp.). Strumień świetlny jest często określany ilościowo jako liczba fotonów scyntylacyjnych wytwarzanych na keV zdeponowanej energii. Typowe liczby to (gdy padającą cząstką jest elektron): ≈40 fotonów/keV dla NaI(Tl) , ~10 fotonów/keV dla scyntylatorów plastikowych i ~8 fotonów/keV dla germanianu bizmutu ( BGO ).

Ogólnie przyjmuje się, że detektory scyntylacyjne są liniowe. Założenie to opiera się na dwóch wymaganiach: (1) strumień świetlny scyntylatora jest proporcjonalny do energii padającego promieniowania; (2) że impuls elektryczny wytwarzany przez fotopowielacz jest proporcjonalny do emitowanego światła scyntylacyjnego. Założenie liniowości jest zwykle dobrym przybliżeniem, chociaż mogą wystąpić odchylenia (szczególnie wyraźne w przypadku cząstek cięższych od protonu przy niskich energiach).

Odporność i dobre zachowanie w środowiskach o wysokiej temperaturze i wibracjach są szczególnie ważne w zastosowaniach takich jak poszukiwanie ropy naftowej ( rejestracja przewodowa , pomiar podczas wiercenia). W przypadku większości scyntylatorów strumień świetlny i czas zaniku scyntylacji zależą od temperatury. Zależność tę można w dużej mierze zignorować w przypadku zastosowań w temperaturze pokojowej, ponieważ zwykle jest ona słaba. Zależność od temperatury jest również słabsza dla scyntylatorów organicznych niż dla kryształów nieorganicznych, takich jak NaI-Tl czy BGO. Silna zależność czasu rozpadu od temperatury w scyntylatorze BGO jest wykorzystywana do zdalnego monitorowania temperatury w środowisku próżni. Sprzężone PMT wykazują również wrażliwość na temperaturę i mogą ulec uszkodzeniu, jeśli zostaną poddane wstrząsom mechanicznym. Dlatego PMT odporne na wysokie temperatury powinny być stosowane w zastosowaniach o wysokiej temperaturze i wysokich wibracjach.

Ewolucję w czasie liczby emitowanych fotonów scyntylacyjnych N w pojedynczym zdarzeniu scyntylacyjnym można często opisać za pomocą liniowej superpozycji jednego lub dwóch rozpadów wykładniczych. Dla dwóch rozpadów mamy postać:

gdzie τ f i τ s są stałymi szybkiego (lub natychmiastowego) i wolnego (lub opóźnionego) rozpadu. Wiele scyntylatorów charakteryzuje się dwoma składnikami czasowymi: jednym szybkim (lub szybkim), drugim wolnym (lub opóźnionym). Podczas gdy szybka składowa zwykle dominuje, względna amplituda A i B tych dwóch składowych zależy od materiału migoczącego. Obie te składowe mogą być również funkcją strat energii dE / dx . W przypadkach, gdy ta zależność od strat energii jest silna, ogólna stała czasowa rozpadu zmienia się w zależności od rodzaju padającej cząstki. Takie scyntylatory umożliwiają rozróżnianie kształtu impulsu, tj. identyfikację cząstek na podstawie charakterystyki rozpadu impulsu elektrycznego PMT. Na przykład, gdy BaF2 , promienie γ zwykle wzbudzają składową szybką, podczas gdy cząstki α wzbudzają składową wolną: w ten sposób można je zidentyfikować na podstawie czasu zaniku sygnału PMT.

Rodzaje scyntylatorów

Kryształy organiczne

Organiczne scyntylatory to aromatyczne związki węglowodorowe, które zawierają benzenowe struktury pierścieniowe połączone ze sobą na różne sposoby. Ich luminescencja zwykle zanika w ciągu kilku nanosekund.

Niektóre scyntylatory organiczne to czyste kryształy. Najbardziej powszechnymi rodzajami są antracen ( C
14 H
10 , czas rozpadu ≈30 ns), stilben ( C
14 H
12 , czas rozpadu 4,5 ns) i naftalen ( C
10 H
8 , czas rozpadu kilka ns). Są bardzo trwałe, ale ich odpowiedź jest anizotropowa (co psuje rozdzielczość energetyczną, gdy źródło nie jest skolimowane ) i nie można ich łatwo obrabiać ani hodować w dużych rozmiarach; dlatego nie są zbyt często używane. Antracen ma najwyższą moc świetlną ze wszystkich scyntylatorów organicznych i dlatego jest wybierany jako odniesienie: moce świetlne innych scyntylatorów są czasami wyrażane jako procent światła antracenowego.

Płyny organiczne

Są to płynne roztwory jednego lub więcej scyntylatorów organicznych w rozpuszczalniku organicznym . Typowymi substancjami rozpuszczonymi są fluory, takie jak p -terfenyl ( C
18 H
14 ), PBD ( C
20 H
14 N
2 O ), butyl PBD ( C
24 H
22 N
2 O ), PPO ( C
15 H
11 NO ) i przesuwnik długości fali
_ _
_ _
taki C24H16N2O ) jak POPOP ( . Najczęściej stosowanymi rozpuszczalnikami są toluen , ksylen , benzen , fenylocykloheksan, trietylobenzen i dekalina . Ciekłe scyntylatory można łatwo załadować innymi dodatkami, takimi jak przesuwniki długości fali, aby dopasować zakres czułości widmowej określonego PMT lub 10 B , aby zwiększyć skuteczność wykrywania neutronów przez licznik scyntylacyjny sam (ponieważ 10 B ma duży przekrój poprzeczny interakcji z neutronami termicznymi ). Nowsze podejścia łączą kilka rozpuszczalników lub ładują różne metale w celu identyfikacji padających cząstek. W przypadku wielu cieczy rozpuszczony tlen może działać jako środek gaszący i prowadzić do zmniejszenia strumienia świetlnego, stąd konieczność uszczelnienia roztworu w hermetycznej obudowie beztlenowej.

Scyntylatory plastikowe

Termin „plastyczny scyntylator” zwykle odnosi się do materiału scyntylacyjnego, w którym główny emiter fluorescencyjny, zwany fluorem, jest zawieszony w podstawie , stałej matrycy polimerowej. Chociaż ta kombinacja jest zwykle osiągana poprzez rozpuszczenie fluoru przed polimeryzacją w masie, fluor jest czasami bezpośrednio związany z polimerem, kowalencyjnie lub poprzez koordynację, jak ma to miejsce w przypadku wielu plastikowych scyntylatorów Li6. Naftalan polietylenu Stwierdzono, że sam wykazuje scyntylację bez żadnych dodatków i oczekuje się, że zastąpi istniejące plastikowe scyntylatory ze względu na wyższą wydajność i niższą cenę. Zaletą scyntylatorów plastikowych jest dość duża moc świetlna i stosunkowo szybki sygnał, z czasem zaniku 2–4 nanosekund, ale być może największą zaletą scyntylatorów plastikowych jest ich możliwość kształtowania za pomocą form lub innych środków, w niemal dowolną pożądaną formę, często o wysokim stopniu trwałości. Wiadomo, że plastikowe scyntylatory wykazują nasycenie wyjściowego światła, gdy gęstość energii jest duża ( prawo Birksa ).

Bazy

Najbardziej powszechnymi zasadami stosowanymi w plastikowych scyntylatorach są aromatyczne tworzywa sztuczne, polimery z pierścieniami aromatycznymi jako bocznymi grupami wzdłuż szkieletu polimeru, wśród których poliwinylotoluen (PVT) i polistyren (PS) są najbardziej widoczne. Podczas gdy baza fluoryzuje w obecności promieniowania jonizującego, jej niska wydajność i znikoma przezroczystość dla własnej emisji sprawiają, że użycie fluoru jest niezbędne w konstrukcji praktycznego scyntylatora. Poza tworzywami aromatycznymi, najpowszechniejszym podłożem jest polimetakrylan metylu (PMMA), który w porównaniu z wieloma innymi podłożami ma dwie zalety: wysoką przezroczystość w świetle ultrafioletowym i widzialnym oraz właściwości mechaniczne i większą trwałość w odniesieniu do kruchości. Brak fluorescencji związany z PMMA jest często kompensowany przez dodatek współrozpuszczalnika aromatycznego, zwykle naftalenu. W ten sposób plastikowy scyntylator oparty na PMMA może pochwalić się przezroczystością dla własnego promieniowania, pomagając zapewnić równomierne zbieranie światła.

Inne popularne zasady obejmują poliwinyloksylen (PVX) polimetyl, 2,4-dimetylo, 2,4,5-trimetylostyreny, poliwinylodifenyl, poliwinylonaftalen, poliwinylotetrahydronaftalen i kopolimery tych i innych zasad.

Fluory

Znane również jako luminofory, związki te pochłaniają scyntylację podstawy, a następnie emitują przy większej długości fali, skutecznie przekształcając promieniowanie ultrafioletowe podstawy w łatwiej przenoszone światło widzialne. Dalsze zwiększenie długości tłumienia można osiągnąć przez dodanie drugiego fluoru, określanego jako przesuwnik widma lub konwerter, co często skutkuje emisją światła niebieskiego lub zielonego.

Powszechne fluory obejmują węglowodory polifenylowe, oksazole i oksadiazoloaryle, zwłaszcza n-terfenyl (PPP), 2,5-difenylooksazol (PPO), 1,4-di-(5-fenylo-2-oksazolilo)-benzen (POPOP), 2-fenylo-5-(4-bifenylo)-1,3,4-oksadiazol (PBD) i 2-(4'-tert-butylofenylo)-5-(4''-bifenylo)-1,3,4 -oksadiazol (B-PBD).

Kryształy nieorganiczne

piecach wysokotemperaturowych , na przykład halogenki metali alkalicznych , często z niewielką ilością zanieczyszczeń aktywatora . Najszerzej stosowany jest NaI(Tl) ( jodek sodu domieszkowany talem ); jego światło scyntylacyjne jest niebieskie. Inne nieorganiczne kryształy halogenków metali alkalicznych to: CsI(Tl) , CsI(Na) , CsI (czysty), CsF , KI(Tl) , LiI(Eu) . Niektóre kryształy niealkaliczne obejmują: BGO , BaF
2 , CaF
2 (Eu) , ZnS(Ag) , CaWO
4 , CdWO
4 , YAG(Ce) ( Y
3 Al
5 O
12 (Ce) ), GSO , LSO . (Aby uzyskać więcej przykładów, zobacz także luminofory ).

Nowo opracowane produkty obejmują LaCl
3 (Ce) , chlorek lantanu domieszkowany cerem, jak również bromek lantanu domieszkowany cerem , LaBr
3 (Ce) . Obydwa są bardzo higroskopijne (tzn. ulegają zniszczeniu pod wpływem wilgoci z powietrza), ale zapewniają doskonałą moc świetlną i rozdzielczość energetyczną (63 fotony/keV γ dla LaBr
3 (Ce) w porównaniu z 38 fotonów/keV γ dla NaI(Tl) ), szybka odpowiedź (16 ns dla LaBr
3 (Ce) w porównaniu z 230 ns dla NaI(Tl) ), doskonałą liniowością i bardzo stabilnym strumieniem świetlnym w szerokim zakresie temperatur. Ponadto LaBr3 ( Ce) zapewnia wyższą zdolność zatrzymywania promieni γ (gęstość 5,08 g/cm3 w porównaniu z 3,67 g/cm3 dla NaI (Tl) ). LYSO ( Lu
1,8 Y
0,2 SiO
5 (Ce) ) ma jeszcze większą gęstość (7,1 g/cm 3 , porównywalną z BGO ), nie jest higroskopijny i ma większą moc świetlną niż BGO (32 fotony/keV γ), oprócz tego, że jest raczej szybki (czas zaniku 41 ns w porównaniu z 300 ns dla BGO ).

Wadą niektórych kryształów nieorganicznych, np. NaI, jest ich higroskopijność, właściwość, która wymaga trzymania ich w hermetycznym pojemniku w celu ochrony przed wilgocią. CsI(Tl) i BaF 2 są tylko nieznacznie higroskopijne i zwykle nie wymagają ochrony. CsF,
(Tl) , LaCl3 (Ce) , LaBr3 podczas gdy
( Eu ) Ce )
, są higroskopijne , BGO CaF2 ( , LYSO i YAG(Ce) nie.

Kryształy nieorganiczne można pociąć na małe rozmiary i ułożyć w konfiguracji macierzy, aby zapewnić czułość położenia. Takie macierze są często używane w fizyce medycznej lub zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem do wykrywania promieni rentgenowskich lub promieni γ: materiały o wysokiej Z i dużej gęstości (np. LYSO, BGO) są zwykle preferowane do tego typu zastosowań.

Scyntylacja w kryształach nieorganicznych jest zwykle wolniejsza niż w kryształach organicznych, zwykle w zakresie od 1,48 ns dla ZnO(Ga) do 9000 ns dla CaWO
4 . Wyjątkiem są CsF (~5 ns), szybki BaF
2 (0,7 ns; wolny składnik ma 630 ns), a także nowsze produkty ( LaCl
3 (Ce) , 28 ns; LaBr
3 (Ce) , 16 ns; LYSO , 41 ns).

W zastosowaniach związanych z obrazowaniem jedną z zalet kryształów nieorganicznych jest bardzo wysoka wydajność świetlna. Niektóre scyntylatory o wysokiej wydajności świetlnej powyżej 100 000 fotonów/MeV przy 662 keV zostały ostatnio opisane dla LuI
3 (Ce) , SrI
2 (Eu) i Cs
2 HfCl
6 .

Znanych jest wiele półprzewodnikowych luminoforów scyntylacyjnych, takich jak ZnS (Ag) (wspomniany w części historycznej), CdS (Ag), ZnO (Zn), ZnO (Ga), CdS (In), ZnSe (O) i ZnTe (O ), ale żaden z nich nie jest dostępny jako monokryształy. CdS (Te) i ZnSe (Te) były dostępne w handlu w postaci monokrystalicznej, ale ich jasność jest częściowo gaszona w temperaturze pokojowej.

GaAs(Si,B) to niedawno odkryty kriogeniczny scyntylator półprzewodnikowy o dużej mocy świetlnej w podczerwieni i najwyraźniej bez poświaty. W połączeniu z fotodetektorami kriogenicznymi o bardzo niskim poziomie szumów jest celem eksperymentów do wykrywania rzadkich, niskoenergetycznych wzbudzeń elektronicznych z oddziałującej ciemnej materii.

Scyntylatory gazowe

Gazowe scyntylatory składają się z azotu i gazów szlachetnych : helu , argonu , kryptonu i ksenonu , przy czym najwięcej uwagi poświęca się helowi i ksenonowi. Proces scyntylacji jest spowodowany odwzbudzeniem pojedynczych atomów wzbudzonych przez przejście nadlatującej cząstki. To odwzbudzenie jest bardzo szybkie (~1 ns), więc odpowiedź detektora jest dość szybka. Pokrycie ścianek pojemnika przesuwnikiem długości fali jest na ogół konieczne, ponieważ gazy te zwykle emitują promieniowanie ultrafioletowe a PMT lepiej reagują na widoczny niebiesko-zielony region. W fizyce jądrowej detektory gazowe były używane do wykrywania fragmentów rozszczepienia lub ciężkich naładowanych cząstek .

Okulary

Najbardziej powszechnymi szklanymi scyntylatorami są aktywowane cerem krzemiany litu lub boru . Ponieważ zarówno lit, jak i bor mają duże przekroje poprzeczne neutronów , szklane detektory szczególnie dobrze nadają się do wykrywania neutronów termicznych (powolnych) . Lit jest szerzej stosowany niż bor, ponieważ uwalnia większą energię podczas wychwytywania neutronu, a tym samym większą moc świetlną. Szklane scyntylatory są jednak również wrażliwe na elektrony i promienie γ (do identyfikacji cząstek można zastosować dyskryminację wysokości impulsu). Dzięki dużej wytrzymałości doskonale sprawdzają się również w trudnych warunkach środowiskowych. Ich czas reakcji wynosi ≈10 ns, ich strumień świetlny jest jednak niski, zazwyczaj ≈30% mocy antracenu.

Scyntylatory perowskitowe oparte na roztworach

Właściwości scyntylacyjne organiczno-nieorganicznych perowskitów halogenku metyloamoniowego (MA) w warunkach napromieniowania protonami zostały po raz pierwszy opisane przez Shibuya i in. w 2002 r. i pierwsze widmo wysokości impulsu promieniowania γ, chociaż nadal o słabej rozdzielczości energetycznej, zostało opisane ( ( C
6 H
5 (CH
2 )
2 NH
3 )
2 PbBr
4 ) przez van Eijk i in. w 2008 . Birowosuto przy al. badali właściwości scyntylacyjne perowskitów warstwowych 3-D i 2-D pod wpływem promieniowania rentgenowskiego. MAPbBr 3 ( CH
3 NH
3 PbBr
3 ) emituje przy 550 nm i MAPbI 3 ( CH
3 NH
3 PbI
3 ) ) przy 750 nm, co przypisuje się emisji ekscytonów w pobliżu pasma wzbronionego związków. W tej pierwszej generacji perowskitów halogenkowo-ołowiowych emisja jest silnie tłumiona w temperaturze pokojowej i przeżywa mniej niż 1000 ph/MeV. Przy 10 K obserwuje się jednak intensywną emisję i napisz o wydajności do 200000 ph/MeV. Wygaszanie przypisuje się małej energii wiązania eh w ekscytonie, która maleje dla Cl do Br do I. Co ciekawe, można zastąpić organiczną grupę MA Cs+, aby otrzymać w pełni nieorganiczny CsPbX 3 perowskity halogenkowe. W zależności od zawartości Cl, Br, I trypletowa emisja ekscytonów wzbudzonych promieniowaniem rentgenowskim może być dostrojona w zakresie od 430 nm do 700 nm. Można również rozcieńczyć Cs z Rb, aby uzyskać podobne strojenie. Powyższe najnowsze osiągnięcia pokazują, że perowskity organiczno-nieorganiczne i wszystkie nieorganiczne halogenki Pb mają różne interesujące właściwości scyntylacyjne. Jednak najnowsze dwuwymiarowe monokryształy perowskitu będą bardziej korzystne, ponieważ mogą mieć znacznie większe przesunięcie Stokesa do 200 nm w porównaniu ze scyntylatorami z kropkami kwantowymi CsPbBr 3 , co jest niezbędne, aby zapobiec samoreabsorpcji dla scyntylatorów.

Biwu Ma's opisał nową klasę materiałów grupa badawcza o nazwie 0D organic metalhalide hybrid (OMHH), będąca rozszerzeniem materiałów perowskitowych. Ta klasa materiałów wykazuje silne wiązanie ekscytonów o wartości setek meV, co skutkuje ich wysoką fotoluminescencyjną wydajnością kwantową, która jest bliska jedności. Ich duże przesunięcie skokowe i brak reabsorpcji czynią je pożądanymi. Ich potencjalne zastosowania dla scyntylatorów zostały zgłoszone przez tę samą grupę i inne osoby. W 2020 r. zgłoszono, że (C38H34P2) MnBr4 ma wydajność świetlną do 80 000 fotonów / MeV pomimo niskiego Z w porównaniu z tradycyjnymi całkowicie nieorganicznymi. Zgłoszono imponujące wydajności świetlne z innych 0D OMHH. Istnieje ogromny potencjał do realizacji scyntylatorów nowej generacji z tej klasy materiałów. Są one jednak ograniczone przez stosunkowo długi czas reakcji w mikrosekundach, który jest obszarem intensywnych badań.

Fizyka scyntylacji

Scyntylatory organiczne

00 Przejścia dokonywane przez wolne elektrony walencyjne cząsteczek są odpowiedzialne za wytwarzanie światła scyntylacyjnego w kryształach organicznych. Elektrony te związane są raczej z całą cząsteczką niż z konkretnym atomem i zajmują tzw. orbitale molekularne . Stan podstawowy S jest stanem singletowym , powyżej którego znajdują się wzbudzone stany singletowe (S * , S ** , ...), najniższy stan trypletowy (T ) i jego poziomy wzbudzone (T * , T ** , ...). Z każdym z tych poziomów elektronowych powiązana jest drobna struktura odpowiadająca modom drgań molekularnych . Odstęp energetyczny między poziomami elektronów wynosi ≈1 eV; odstęp między poziomami wibracyjnymi wynosi około 1/10 odstępu między poziomami elektronowymi.

00 Nadchodząca cząstka może wzbudzić albo poziom elektronów, albo poziom wibracyjny. Wzbudzenia singletowe natychmiast zanikają (< 10 ps) do stanu S * bez emisji promieniowania (degradacja wewnętrzna). Następnie stan S * zanika do stanu podstawowego S (zwykle do jednego z poziomów wibracyjnych powyżej S ) poprzez emisję fotonu scyntylacyjnego . To jest natychmiastowa składowa lub fluorescencja . Przezroczystość scyntylatora dla emitowanego fotonu wynika z faktu, że energia fotonu jest mniejsza niż wymagana dla S 00 → przejście S * (przejście jest zwykle do poziomu wibracyjnego powyżej S ). [ wymagane wyjaśnienie ]

00000 Kiedy jeden ze stanów trypletowych zostanie wzbudzony, natychmiast zanika do stanu T bez emisji promieniowania (degradacja wewnętrzna). Ponieważ przejście T → S jest bardzo nieprawdopodobne, zamiast tego stan T zanika w wyniku interakcji z inną cząsteczką T:

00000 i pozostawia jedną z cząsteczek w stanie S * , który następnie rozpada się do S wraz z uwolnieniem fotonu scyntylacyjnego. Ponieważ interakcja T -T wymaga czasu, światło scyntylacyjne jest opóźnione: jest to składowa wolna lub opóźniona (odpowiadająca opóźnionej fluorescencji). Czasami następuje bezpośrednie przejście T → S (również opóźnione), co odpowiada zjawisku fosforescencji . Zauważ, że obserwacyjna różnica między opóźnioną fluorescencją a fosforescencją to różnica w długościach fal emitowanego fotonu optycznego w S 00 * → przejście S w porównaniu z przejściem T → S. 0

Scyntylatory organiczne można rozpuścić w rozpuszczalniku organicznym , tworząc scyntylator ciekły lub plastikowy. Proces scyntylacji jest taki sam, jak opisano dla kryształów organicznych (powyżej); różni się mechanizmem absorpcji energii: energia jest najpierw absorbowana przez rozpuszczalnik, a następnie przekazywana do substancji rozpuszczonej w scyntylacji (szczegóły transferu nie są do końca zrozumiałe).

Scyntylatory nieorganiczne

Proces scyntylacji w materiałach nieorganicznych wynika z elektronowej struktury pasmowej występującej w kryształach i nie ma charakteru molekularnego, jak ma to miejsce w przypadku scyntylatorów organicznych. Nadchodząca cząstka może wzbudzić elektron z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa lub pasma ekscytonów (znajdującego się tuż pod pasmem przewodnictwa i oddzielonego od pasma walencyjnego przerwą energetyczną ; patrz ilustracja ). Pozostawia to powiązaną dziurę z tyłu, w paśmie walencyjnym. Zanieczyszczenia tworzą poziomy elektroniczne w zakazanej szczelinie . Ekscytony to luźno związane pary elektron-dziura , które wędrują przez sieć krystaliczną , aż zostaną w całości przechwycone przez centra zanieczyszczeń. Te ostatnie następnie szybko odwzbudzają się, emitując światło scyntylacyjne (składowa szybka). aktywatora są zwykle dobierane tak, aby emitowane światło znajdowało się w zakresie widzialnym lub bliskim UV , gdzie fotopowielacze są skuteczne. Dziury związane z elektronami w paśmie przewodnictwa są od niego niezależne. Te dziury i elektrony są sukcesywnie wychwytywane przez centra zanieczyszczeń, wzbudzając pewne stany metastabilne niedostępne dla ekscytonów. Opóźnione odwzbudzenie tych metastabilnych stanów zanieczyszczeń ponownie skutkuje światłem scyntylacyjnym (składowa wolna).

BGO ( tlenek germanu bizmutu ) jest czystym nieorganicznym scyntylatorem bez zanieczyszczeń aktywatorem. Tam proces scyntylacji jest spowodowany optycznym przejściem jonu Bi 3+
, głównego składnika kryształu. W scyntylatorach wolframianowych CaWO
4 i CdWO
4 emisja jest spowodowana radiacyjnym rozpadem samouwięzionych ekscytonów.

Proces scyntylacji w GaAs domieszkowanym domieszkami krzemu i boru różni się od konwencjonalnych scyntylatorów tym, że krzemowe domieszkowanie typu n zapewnia wbudowaną populację zdelokalizowanych elektronów na dole pasma przewodnictwa. Niektóre atomy zanieczyszczeń boru znajdują się w miejscach arsenu i służą jako akceptory. Foton scyntylacyjny jest wytwarzany, gdy atom akceptorowy, taki jak bor, wychwytuje dziurę jonizacyjną z pasma walencyjnego, a dziura ta rekombinuje promieniście z jednym ze zdelokalizowanych elektronów. W przeciwieństwie do wielu innych półprzewodników, zdelokalizowane elektrony dostarczane przez krzem nie są „zamrażane” w temperaturach kriogenicznych. Powyżej stężenia przejścia Motta 8 × 10 15 wolnych nośników na cm 3 , stan „metaliczny” jest utrzymywany w temperaturach kriogenicznych, ponieważ wzajemne odpychanie przenosi dodatkowe elektrony na następny wyższy dostępny poziom energii, który znajduje się w paśmie przewodnictwa. Widmo fotonów z tego procesu jest wyśrodkowane przy 930 nm (1,33 eV), a istnieją trzy inne pasma emisji wyśrodkowane przy 860, 1070 i 1335 nm z innych mniejszych procesów. Każde z tych pasm emisji ma inną jasność i czas zaniku. Wysoka jasność scyntylacji jest zaskakująca, ponieważ (1) przy współczynniku załamania światła około 3,5, ucieczka jest hamowana przez całkowite wewnętrzne odbicie i (2) eksperymenty przy 90K wykazują współczynniki absorpcji w podczerwieni w wąskiej wiązce rzędu kilku na cm. Niedawne obliczenia Monte Carlo wykazały, że wysoką jasność większości absorpcji wąskiej wiązki można w rzeczywistości wyjaśnić rozpraszaniem optycznym przez elektrony przewodzące o przekroju około 10 –17 cm 2 , co pozwala fotonom scyntylacyjnym uniknąć całkowitego wewnętrznego odbicia. Ten przekrój wynosi około 10 7 razy większe niż rozpraszanie Thomsona, ale porównywalne z optycznym przekrojem poprzecznym elektronów przewodzących w metalowym zwierciadle. W obrazie mechaniki kwantowej, gdy foton dociera do bezstratnego, cienkiego metalowego zwierciadła, rezultatem jest superpozycja dwóch wyników: (1) foton przechodzi przez zwierciadło bez utraty energii lub (2) foton traci całą swoją energię, wzbudzając wszystkie dostępne elektrony przewodzące, które następnie emitują elektryczne promieniowanie dipolowe, które łączy się w wyniku interferencji kwantowej w celu wytworzenia pojedynczego fotonu w kierunku zgodnym z prawem odbicia. Prawdopodobieństwo transmisji wyraża się wzorem T = exp(– z / D ), gdzie z to grubość lustra, a D to głębokość penetracji. Prawdopodobieństwo odbicia jest dane przez R = 1– exp(– z / D ). Głębokość penetracji jest powiązana ze współczynnikiem ekstynkcji k (część urojona współczynnika załamania światła) przez D = λ/(4π k ), gdzie λ jest długością fali. Współczynnik ekstynkcji dla fotonów 1 µm w złocie wynosi 6,47, a głębokość penetracji 12,3 nm. W tej grubości jest 7,3 × 10 16 elektronów przewodnictwa na cm 1,4 × 10-17 2 , co odpowiada przekrojowi cm 2 . Dowodem na to są podobne przekroje poprzeczne, że fotony w GaA typu n najwyraźniej wzbudzają elektrony przewodzące w podobny sposób (mimo że są one bardziej rozpowszechnione), ale elektryczne promieniowanie dipolowe wytwarza fotony w przypadkowych kierunkach, które pojawiają się jako rozproszenie optyczne . Należy zauważyć, że fotony 1 µm w złocie mogą wzbudzać oscylacje plazmy (zbiorcze oscylacje elektronów przewodzących), które składają się na ich przekrój poprzeczny. w n -typu GaAs gęstość elektronów przewodnictwa jest znacznie mniejsza, a oscylacje plazmy występują w dalekiej podczerwieni.

Gazy

W gazach proces scyntylacji jest spowodowany odwzbudzeniem pojedynczych atomów wzbudzonymi przejściem nadlatującej cząstki (bardzo szybki proces: ≈1 ns).

Reakcja na różne promieniowanie

Ciężkie jony

Liczniki scyntylacyjne zwykle nie są idealne do wykrywania ciężkich jonów z trzech powodów:

  1. bardzo duża moc jonizująca ciężkich jonów wywołuje efekty gaszenia , które skutkują zmniejszeniem mocy świetlnej (np. przy równych energiach proton wytworzy 1/4 do 1/2 światła elektronu , podczas gdy alfa wytworzy tylko około 1/10 światło);
  2. duża siła zatrzymywania cząstek powoduje również zmniejszenie składowej szybkiej w stosunku do składowej wolnej, zwiększając czas martwy detektora;
  3. w odpowiedzi detektora obserwuje się silne nieliniowości, zwłaszcza przy niższych energiach.

Redukcja strumienia świetlnego jest silniejsza w przypadku kryształów organicznych niż w przypadku kryształów nieorganicznych. Dlatego tam, gdzie to konieczne, kryształy nieorganiczne, np. CsI(Tl) , ZnS(Ag) (zwykle stosowane w cienkich arkuszach
jako CaF2 (Eu) monitory cząstek α), powinny być preferowane w stosunku do materiałów organicznych. Typowe zastosowania to przyrządy do pomiarów α , przyrządy dozymetryczne i detektory ciężkich jonów dE / dx . Gazowe scyntylatory były również używane w eksperymentach fizyki jądrowej .

elektrony

Skuteczność wykrywania elektronów dla większości scyntylatorów wynosi zasadniczo 100%. Ale ponieważ elektrony mogą rozpraszać się pod dużymi kątami (czasami rozpraszać wstecznie ), mogą opuścić detektor bez deponowania w nim całej swojej energii. Rozpraszanie wsteczne jest szybko rosnącą funkcją liczby atomowej Z materiału scyntylatora. Organiczne scyntylatory, mające niższy Z niż kryształy nieorganiczne, najlepiej nadają się zatem do wykrywania niskoenergetycznych (< 10 MeV) cząstek beta . Sytuacja jest inna w przypadku elektronów o wysokiej energii: ponieważ tracą one głównie swoją energię przez bremsstrahlung przy wyższych energiach, materiał o wyższym Z lepiej nadaje się do wykrywania fotonu bremsstrahlung i wytwarzania pęku elektromagnetycznego , który może indukować.

Promienie gamma

Zobacz także: Promieniowanie gamma § Oddziaływanie materii

o wysokim Z , np. kryształy nieorganiczne, najlepiej nadają się do wykrywania promieni gamma . Trzy podstawowe sposoby oddziaływania promieni gamma z materią to: efekt fotoelektryczny , rozpraszanie Comptona i wytwarzanie par . Foton jest całkowicie pochłaniany w efekcie fotoelektrycznym i wytwarzaniu par, podczas gdy tylko część energii jest odkładana w dowolnym rozpraszaniu Comptona. Przekrój procesu fotoelektrycznego jest proporcjonalny do Z 5 , a dla produkcji par proporcjonalny do Z 2 , podczas gdy rozpraszanie Comptona przebiega w przybliżeniu jako Z . Materiał o wysokim Z faworyzuje zatem pierwsze dwa procesy, umożliwiając wykrycie pełnej energii promieniowania gamma. Jeśli promienie gamma mają wyższe energie (> 5 MeV), dominuje produkcja par.

Neutrony

Ponieważ neutron nie jest naładowany, nie oddziałuje poprzez siłę kulombowską , a zatem nie jonizuje materiału scyntylacyjnego. Najpierw musi przenieść część lub całość swojej energii poprzez oddziaływanie silne do naładowanego jądra atomowego . Dodatnio naładowane jądro wytwarza następnie jonizację . Szybkie neutrony (ogólnie >0,5 MeV) opierają się głównie na protonie odrzutu w reakcjach (n, p); dlatego do ich wykrywania najlepiej nadają się materiały bogate w wodór , np. plastikowe scyntylatory. Powolne neutrony opierają się na reakcjach jądrowych , takich jak reakcje (n, γ) lub (n, α), w celu wytworzenia jonizacji. Ich średnia droga swobodna jest zatem dość duża, chyba że materiał scyntylatora zawiera nuklidy o dużym przekroju poprzecznym dla tych reakcji jądrowych, takie jak 6 Li lub 10 B. Materiały takie jak LiI(Eu) lub szklane krzemiany są zatem szczególnie dobrze przystosowane do wykrywania powolnych (termicznych) neutronów.

Lista scyntylatorów nieorganicznych

Poniżej znajduje się lista powszechnie stosowanych kryształów nieorganicznych:

  • BaF
    2     lub fluorek baru : BaF
    2     zawiera bardzo szybki i wolny składnik. Szybkie światło scyntylacyjne jest emitowane w paśmie UV (220 nm) i ma czas zaniku 0,7 ns (najmniejszy czas zaniku ze wszystkich scyntylatorów), podczas gdy wolne światło scyntylacyjne jest emitowane przy dłuższych długościach fal (310 nm) i ma zanik 630 ns czas. Jest używany w aplikacjach z szybkim taktowaniem, a także w aplikacjach, w których wymagana jest dyskryminacja kształtu impulsu. Wydajność świetlna BaF2
    .     wynosi około 12 fotonów/keV BaF2
    .     nie jest higroskopijny
  • BGO lub germanian bizmutu : germanian bizmutu ma większą siłę hamowania, ale niższą wydajność optyczną niż NaI(Tl) . Jest często używany w detektorach koincydencji do wykrywania wstecznych promieni gamma emitowanych podczas anihilacji pozytonów w maszynach do pozytronowej tomografii emisyjnej .
  • CdWO
    4     lub wolframian kadmu : scyntylator o dużej gęstości i dużej liczbie atomowej z bardzo długim czasem zaniku (14 μs) i stosunkowo dużą mocą świetlną (około 1/3 mocy NaI(Tl) ). CdWO
    4     jest rutynowo używany do wykrywania promieni rentgenowskich (skanery CT). Ze względu na bardzo małe 228 Th i 226 Ra nadaje się również do zastosowań zliczania o niskiej aktywności.
  • CaF
    2     (Eu)     lub fluorek wapnia domieszkowany europem : Materiał nie jest higroskopijny, ma czas zaniku 940 ns i ma stosunkowo niski współczynnik Z. Ta ostatnia właściwość sprawia, że ​​idealnie nadaje się do wykrywania cząstek β o niskiej energii ze względu na niskie rozpraszanie wsteczne, ale niezbyt nadaje się do wykrywania γ. Cienkie warstwy
    .     CaF2 (Eu)     zostały również użyte z grubszą płytką NaI(Tl) do wytworzenia phoswiches zdolnych do rozróżniania cząstek α, β i γ
  • CaWO
    4     lub wolframian wapnia : wykazuje długi czas zaniku 9 μs i emisję na krótkich falach z maksimum przy 420 nm, co odpowiada krzywej czułości bi-alkalicznego PMT. Wydajność świetlna i CdWO4
    rozdzielczość     energetyczna scyntylatora (6,6% dla 137 Cs) jest porównywalna z wydajnością .
  • CsI ​​: niedomieszkowany jodek cezu emituje głównie przy 315 nm, jest tylko nieznacznie higroskopijny i ma bardzo krótki czas zaniku (16 ns), dzięki czemu nadaje się do zastosowań wymagających szybkiego pomiaru czasu. Wydajność świetlna jest dość niska w temperaturze pokojowej, jednak znacznie wzrasta wraz z chłodzeniem.
  • CsI(Na) lub jodek cezu domieszkowany sodem: kryształ jest mniej jasny niż CsI(Tl) , ale porównywalny pod względem mocy świetlnej do NaI(Tl) . Długość fali maksymalnej emisji wynosi 420 nm, co jest dobrze dopasowane do czułości fotokatody bi-alkalicznych PMT. Ma nieco krótszy czas zaniku niż CsI(Tl) (630 ns w porównaniu do 1000 ns dla CsI(Tl) ). CsI ​​(Na) jest higroskopijny i wymaga hermetycznej obudowy w celu ochrony przed wilgocią.
  • CsI(Tl) lub jodek cezu domieszkowany talem : te kryształy są jednymi z najjaśniejszych scyntylatorów. Jego maksymalna długość fali emisji światła znajduje się w obszarze zielonym przy 550 nm. CsI(Tl) jest tylko nieznacznie higroskopijny i zwykle nie wymaga hermetycznej obudowy.
  • GaAs lub arsenek galu (odpowiednio domieszkowany domieszkami krzemu i boru) jest kriogenicznym scyntylatorem półprzewodnikowym typu n o niskim kriogenicznym pasmie wzbronionym (1,52 eV) i dużej mocy świetlnej (100 fotonów/keV) w podczerwieni (930 nm). Brak stymulowanej termicznie luminescencji jest dowodem na brak poświaty, co czyni ją atrakcyjną do wykrywania rzadkich, niskoenergetycznych wzbudzeń elektronicznych z oddziałującej ciemnej materii. Duże (5 kg) wysokiej jakości kryształy są hodowane komercyjnie do zastosowań elektronicznych.
  • Gd
    2     O
    2     S     lub tlenosiarczek gadolinu ma wysoką siłę hamowania ze względu na stosunkowo dużą gęstość (7,32 g/cm 3 ) i wysoką liczbę atomową gadolinu . Wydajność świetlna jest również dobra, co czyni go użytecznym jako scyntylator do zastosowań w obrazowaniu rentgenowskim.
  • LaBr
    3     (Ce)     (lub bromek lantanu domieszkowany cerem): lepsza (nowa) alternatywa dla NaI(Tl) ; gęstszy, bardziej wydajny, znacznie szybszy (o czasie zaniku około ~20 ns), oferuje doskonałą rozdzielczość energetyczną dzięki bardzo dużej mocy świetlnej. Co więcej, strumień świetlny jest bardzo stabilny i dość wysoki w bardzo szerokim zakresie temperatur, co czyni go szczególnie atrakcyjnym w zastosowaniach wysokotemperaturowych. W zależności od zastosowania, samoistna aktywność 138 La może być wadą. LaBr
    3     (Ce)     jest bardzo higroskopijny.
  • LaCl
    3     (Ce)     (lub chlorek lantanu domieszkowany cerem ): bardzo szybkie światło o dużej mocy. LaCl3
    (     Ce)     jest tańszą alternatywą dla LaBr3
    (     Ce)     . Jest również dość higroskopijny.
  • PbWO
    4     lub wolframian ołowiu : ze względu na wysoki współczynnik Z , PbWO
    4     nadaje się do zastosowań, w których wymagana jest duża siła hamowania (np. wykrywanie promieni γ).
  • LuI
    3     lub jodek lutetu .
  • LSO lub oksyortokrzemian lutetu ( Lu
    2     SiO
    5     ): stosowany w pozytonowej tomografii emisyjnej , ponieważ wykazuje właściwości podobne do germanianu bizmutu ( BGO ), ale z wyższą wydajnością świetlną. Jego jedyną wadą jest wewnętrzne tło z rozpadu beta naturalnego 176 Lu .
  • LYSO ( Lu
    1,8     Y
    0,2     SiO
    5     (Ce)     ): gęstość porównywalna z BGO , ale znacznie szybsza io znacznie większej mocy świetlnej; doskonale nadaje się do zastosowań w obrazowaniu medycznym. LYSO nie jest higroskopijny.
  • NaI(Tl) lub jodek sodu domieszkowany talem : NaI(Tl) jest zdecydowanie najczęściej stosowanym materiałem scyntylacyjnym. Jest dostępny w postaci pojedynczego kryształu lub bardziej wytrzymałej postaci polikrystalicznej (stosowanej w środowiskach o wysokich wibracjach, np. w przemyśle naftowym do pozyskiwania drutów). Inne zastosowania obejmują medycynę nuklearną, badania podstawowe, monitorowanie środowiska i badania lotnicze. NaI(Tl) jest bardzo higroskopijny i musi być umieszczony w hermetycznej obudowie.
  • YAG (Ce) lub granat itrowo-aluminiowy : YAG (Ce) nie jest higroskopijny. Długość fali maksymalnej emisji wynosi 550 nm, dobrze dopasowana do czerwonych rezystancyjnych PMT lub fotodiod. Jest stosunkowo szybki (czas zaniku 70 ns). Jego strumień świetlny wynosi około 1/3 mocy NaI(Tl) . Materiał wykazuje pewne właściwości, które czynią go szczególnie atrakcyjnym do zastosowań w mikroskopii elektronowej (np. wysoka wydajność konwersji elektronów, dobra rozdzielczość, wytrzymałość mechaniczna i długa żywotność).
  • ZnS(Ag) lub siarczek cynku : ZnS(Ag) jest jednym ze starszych scyntylatorów nieorganicznych (pierwszy eksperyment z użyciem scyntylatora przeprowadzony przez Sir Williama Crookesa (1903) obejmował ekran ZnS). Jest jednak dostępny tylko w postaci proszku polikrystalicznego. Jego zastosowanie jest zatem ograniczone do cienkich ekranów używanych głównie do wykrywania cząstek α.
  • ZnWO
    4     lub wolframian cynku jest podobny do scyntylatora CdWO
    4     , wykazując długą stałą zaniku 25 μs i nieco niższą wydajność świetlną.

Zobacz też

Notatki

Źródła

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Scintillator&oldid=1144113872 ”