Сцинтилляционные детекторы

Принцип действия.

Сцинтилляционный детектор состоит из люминофора, в котором возникают световые вспышки (сцинтилляции) и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), преобразующего их в электронные импульсы. Люминофор соединяется с катодом ФЭУ непосредственно или через светопровод.

Принципиальная схема сцинтилляционного детектора изображена на на рисунке:

Заряженная частица, проходя через люминофор, возбуждает атомы вдоль своей траектории. Возбужденные атомы с малым временем жизни переходят в основное состояние, испуская электромагнитное излучение, часть спектра которого приходится на световую область. Попадание g-кванта в люминофор вызывает вспышку света, обусловленную вторичным электроном и позитроном, образующимися при поглощении квантов веществом люминофора.

Часть вспышек через светопровод падает на полупрозрачный сурьмяно-цезиевый катод ФЭУ, откуда выбиваются электроны, которые собираются фокуструющим электродом на первый динод ФЭУ. Количество электронов пропорционально интенсивности вспышек, следовательно поглощенной энергии излучения.

Попадая на динод, каждый фотоэлектрон выбивает с его поверхности несколько вторичных электронов. Образующиеся электроны направляются на следующий динод, потенциал которого на некоторую величину превышает потенциал предыдущего. Тормозясь на диноде, каждый вторичный электрон выбивает несколько третичных электронов. В результате такого процесса умножение электронов, повторяющегося на каждом последующем диноде, на аноде собирается 10⁶-10⁹ электронов в зависимости от числа динодов в ФЭУ.

Такое количество электронов создает достаточный заряд для регистрации его в виде импульса амплитудой порядка нескольких вольт. Диноды изготавливаются из сплава Al, Mg и Si с коэффициентом вторичной эмиссии электронов больше единицы.

Способностью люминесцировать обладают лишь немногие вещества – неорганические кристаллы и органические твердые и жидкие соединения. Поскольку кристаллы с правильной формой не люминесцируют, то для создания дефектов, искажающих кристаллическую решетку, к основному веществу добавляется небольшая примесь другого вещества – активатора. Последний также увеличивает выход света и уменьшает его поглощение в люминофоре. Наиболее распространенным люминофором является NaI(TI) – (монокристаллы йодистого натрия, активированные таллием).

Источник высокого напряжения представляет собой электронный генератор, преобразующий напряжение низковольтного источника питания в напряжение величиной 1200-1500 вольт. Высокое напряжение подается на эмиттеры ФЭУ.

Предварительный усилитель вместе с детектором и источником высокого напряжения помещается в выносном блоке прибора (гильзе). Предварительное усиление импульсов необходимо для того, чтобы довести их по соседнему кабелю до пульта прибора.

Усилитель предназначен для усиления импульсов до величин, обеспечивающих четкую работу последующей электронной схемы.

Интегрирующий блок служит для преобразования отдельных импульсов в постоянный ток, сила которого пропорциональна частоте поступления импульсов. Импульсы при выходе с усилителя проходят так называемые дозирующие емкости, которые выполняют функции нормализатора, и заряжают накопительный конденсатор. Так как количество электричества, приносимое на конденсатор каждым импульсом, одинаково, то заряд конденсатора пропорционален скорости следования импульсов.

Аналоговый регистратор представляет собой микроамперметр. Ток, проходящий через амперметр, пропорционален заряду на накопительном конденсаторе и равен скорости счета импульсов.

Цифровой регистратор представляет собой жидкокристаллический цифровой индикатор, на который поступают входные импульсы, прошедшие предварительно четырехразрядный декадный счетчик импульсов и дешифратор.

Порядок выполнения работы:

1. Провести измерения натурального фона, примерно 100 измерений. Найти среднее значение.

2. Провести измерения по профилю. Шаг по профилю 2м, 10 значений на пикете через 30 сек.

3. Построить графики наблюденного поля в координатах h_x= f(t) и обобщенный график h_x= f(n), где n – номер пикета на профиле.

4. Сделать анализ полученных графиков, выявить аномальные зоны, сделать выводы, чем полученные аномалии вызваны.