Сцинтилляционный спектрометр
Сцинтилляцио'нный спектро'метр, прибор для измерения характеристик ядерных излучений и элементарных частиц (интенсивности излучения, энергии частиц, времени жизни нестабильных ядер и частиц), основным элементом которого является сцинтилляционный счётчик. Возможность измерения энергии С. с. связана с зависимостью интенсивности свечения (светового выхода) сцинтиллятора от энергии, потерянной в нём частицей. Для сильно ионизующих частиц (a-частиц, осколков деления ядер) и частиц малых энергий (e £ 1Мэв) наилучшими спектрометрическими характеристиками обладает кристалл NaI, активированный Tl [NaI (Tl)], который имеет линейную зависимость светового выхода от энергии частицы для электронов с энергией e £ 1 кэв и для протонов с энергией e £ 0,4 Мэв, а также инертные газы.
Для исследования g-квантов и электронов высоких энергий NaI (Tl) в качестве сцинтиллятора также является наиболее подходящим, так как он обладает высокими плотностью (3,67 г/см3) и эффективным атомным номером. Высокий световой выход и хорошая прозрачность позволяют получить в С. с. хорошую разрешающую способность по энергии. При толщине кристалла 50 см разрешающая способность De даётся формулой
Для электронов и g-квантов с энергией e ~ 1 Гэв De достигает 1%.
В физике высоких энергий для измерения энергии налетающей частицы e ~ 10—100 Гэв иногда используются гигантские секционированные С. с. полного поглощения, в которых масса сцинтиллятора достигает десятков и сотен тонн. Измерение полной выделенной энергии в ядерном каскаде позволяет определить энергию налетающей частицы с точностью, достигающей ± 10%.
Благодаря высокой эффективности регистрации различных частиц и излучений, а также быстродействию, С. с. нашёл широкое применение в ядерной спектроскопии и спектроскопии частиц высоких энергий. В области малых энергий (£ 1 Мэв) С. с. уступают в энергетическом разрешении пропорциональным счётчикам и полупроводниковым детекторам.
Лит. см. при ст. Сцинтилляционный счётчик.
В. С. Кафтанов.
(обратно)Сцинтилляционный счётчик
Сцинтилляцио'нный счётчик, прибор для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, g-квантов, мезонов и т. д.), основными элементами которого являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Визуальные наблюдения световых вспышек (сцинтилляций) под действием ионизирующих частиц (a-частиц, осколков деления ядер) были основным методом ядерной физики в начале 20 в. (см. Спинтарископ). Позднее С. с. был полностью вытеснен ионизационными камерами и пропорциональными счётчиками. Его возвращение в ядерную физику произошло в конце 40-х гг., когда для регистрации сцинтилляций были использованы многокаскадные ФЭУ с большим коэффициентом усиления, способные зарегистрировать чрезвычайно слабые световые вспышки.
Принцип действия С. с. состоит в следующем: заряженная частица, проходя через сцинтиллятор, наряду с ионизацией атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбуждённое (основное) состояние, атомы испускают фотоны (см. Люминесценция). Фотоны, попадая на катод ФЭУ, выбивают электроны (см. Фотоэлектронная эмиссия), в результате чего на аноде ФЭУ возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется (см. рис.). Детектирование нейтральных частиц (нейтронов, g-квантов) происходит по вторичным заряженным частицам, образующимся при взаимодействии нейтронов и g-квантов с атомами сцинтиллятора.
В качестве сцинтилляторов используются различные вещества (твёрдые, жидкие, газообразные). Большое распространение получили пластики, которые легко изготовляются, механически обрабатываются и дают интенсивное свечение. Важной характеристикой сцинтиллятора является доля энергии регистрируемой частицы, которая превращается в световую энергию (конверсионная эффективность h). Наибольшими значениями hобладают кристаллические сцинтилляторы: NaI, активированный Tl [NaI (Tl)], антрацен и ZnS. Др. важной характеристикой является время высвечивания t, которое определяется временем жизни на возбуждённых уровнях. Интенсивность свечения после прохождения частицы изменяется экспоненциально: