Реферат: Сцинцилляционные счетчики

­Содержание

q<span Times New Roman""> 

Принцип работы сцинтилляционногосчетчика                        

q<span Times New Roman""> 

Сцинтилляторы

q<span Times New Roman""> 

Фотоэлектронные умножители

q<span Times New Roman""> 

Конструкции сцинтилляционныхсчетчиков

q<span Times New Roman""> 

Свойства сцинтилляционных счетчиков

q<span Times New Roman""> 

Примеры использованиясцинтилляционных счетчиков

q<span Times New Roman""> 

Список использованной литературы

СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ СЧЕТЧИКИ

Методрегистрации заряженных частиц с помощью счета вспы­шек света, возникающих припопадании этих частиц на экран из сернистого цинка(ZnS),является одним из первых методов регистрации ядерныхизлучений.

Еще в 1903г. Крукс и другие показали, что если рассматри­вать экран из сернистого цинка,облучаемый  <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

-частицами, черезувеличительное стекло в темном помещении, то на нем можно за­метить появлениеотдельных кратковременных вспышек света — сцинтилляций. Было установлено, чтокаждая из этих сцинтил­ляций создается отдельной    <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">a-частицей, попадающей на экран. Круксом был построен простойприбор, названный спинтари­скопом Крукса, предназначенный для счета   <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">a-частиц.

Визуальныйметод сцинтилляций был использован в дальней­шем в основном для регистрации <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

-частиц и протонов сэнергией в несколько миллионов электронвольт. Отдельные быстрые элек­тронырегистрировать не удалось, так как они вызывают очень слабые сцинтилляции.Иногда при облучении электронами серни­сто-цинкового экрана удавалось наблюдатьвспышки, но это происходило лишь тогда, когда на один и тот же кристалликсернистого цинка попадало одновременно достаточно большое число электронов.

Гамма-лучиникаких вспышек на экране не вызывают, создавая лишь общее свечение. Этопозволяет регистрировать <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">a

-частицы вприсутствии сильного   <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">g-излучения.

Визуальныйметод сцинтилляций позволяет регистрировать очень небольшое число частиц вединицу времени. Наилучшие условия для счета сцинтилляций получаются тогда,когда их число лежит между 20 и 40 в минуту. Конечно, метод сцинтилля­цийявляется субъективным, и результаты в той или иной мере зависят отиндивидуальных качеств экспериментатора.

 Несмотря на недостатки,визуальный метод сцинтилляцийсыгралогромную роль в развитии ядерной и атомной физики. С помощью него Резерфордрегистрировал <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">a

-частицыпри их рассеянии на атомах. Именно эти опыты привели Резерфорда к открытиюядра. Впервые визуальный метод позволил обнаружить быстрые протоны, выбиваемыеиз ядер азота при бомбардировке их <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">a-частицами, т.е. первое искусственное расщепление ядра.

Визуальныйметод сцинтилляций имел большое значение вплоть до тридцатых годов, когдапоявление новых методов регистрации ядерных излучений заставило на некотороевремя забыть его. Сцинтилляционный метод регистрации возродился в концесороковых годов XX века на новой основе. К этому времени были разработаныфотоэлектронные умножители (ФЭУ), позволяющие регистрировать очень слабыевспышки света. Были созданы сцинтилляционные счетчики, с помощью которых можноувеличить скорость счета в 108 и даже более раз по сравнению свизуальным методом, а также можно регистрировать и анализи­ровать по энергиикак заряженные частицы, так и нейтроны и <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">g

-лучи.

§ 1.Принцип работы сцинтилляционного счетчика

Сцинтилляционныйсчетчик представляет собой сочетание сцинтиллятора (фосфора) и фотоэлектронногоумножителя (ФЭУ). В комплект счетчика входят также источник электрическогопитания ФЭУ и радиотехническая аппаратура, обеспечивающая усиление ирегистрацию импульсов ФЭУ. Иногда сочетание фос­фора с ФЭУ производится черезспециальную оптическую систему (светопровод).

Принципработы сцинтилляционного счетчика состоит в сле­дующем. Заряженная частица,попадая в сцинтиллятор, произво­дит ионизацию и возбуждение его молекул,которые через очень короткое время (10-6 — 10-9 сек) переходят в стабильное состоя­ние,испуская фотоны. Возникает вспышка света (сцинтилляция). Некоторая частьфотонов попадает на фотокатод ФЭУ и выбивает из него фотоэлектроны. Последниепод действием приложенного к ФЭУ напряжения фокусируются и направляются напервый электрод (динод) электронного умножителя. Далее в результате вторичнойэлектронной эмиссии число электронов лавинообразно увеличивается, и на выходеФЭУ появляется импульс напряжения, который затем уже усиливается ирегистрируется радиотехниче­ской аппаратурой.

Амплитуда и длительность импульсана выходе определяются свойствами как сцинтиллятора, так и ФЭУ.

В качествефосфоров используются:

Ø<span Times New Roman""> 

органические кристаллы,

Ø<span Times New Roman""> 

жидкие органические сцинтилляторы,

Ø<span Times New Roman""> 

твердые пластмассовые сцинтилляторы,

Ø<span Times New Roman""> 

газовые сцинтилляторы.

Основнымихарактеристиками сцинтилляторов являются: све­товой выход, спектральный составизлучения и длительность сцинтилляций.

Припрохождении заряженной частицы через сцинтиллятор в нем возникает некотороечисло фотонов с той или иной энергией. Часть этих фотонов будет поглощена вобъеме самого сцинтилля­тора, и вместо них будут испущены другие фотоны снесколько меньшей энергией. В результате процессов реабсорбции наружу будутвыходить фотоны, спектр которых характерен для данного сцинтиллятора.

<img src="/cache/referats/3656/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1037">Световым выходом или конверсионнойэффективностью сцин­тиллятора<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">c

                              называетсяотношение энергии световой вспышки        , выходящей наружу, к величине энергии Е заряженной частицы, потерянной в сцинтилляторе,

 

<img src="/cache/referats/3656/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1038">


<img src="/cache/referats/3656/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1039"><img src="/cache/referats/3656/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1040">где   —среднее число фотонов, выходящих наружу,      —сред­няяэнергия фотонов. Каждый сцинтиллятор испускает не моно­энергетические кванты, асплошной спектр, характерный дляданногосцинтиллятора.

Оченьважно, чтобы спектр фотонов, выходящих из сцинтилля­тора, совпадал или хотя бычастично перекрывался со спектраль­ной характеристикой ФЭУ.

<img src="/cache/referats/3656/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1041">Степеньперекрытия внешнего спектра сцинтилляции со спек­тральной характеристикой           .              данного ФЭУ определяется коэф­фициентомсогласования

<img src="/cache/referats/3656/image012.gif" v:shapes="_x0000_s1042"> 

<img src="/cache/referats/3656/image014.gif" v:shapes="_x0000_s1043">где             — внешнийспектр сцинтиллятора или спектр фотонов, выходящих наружу из сцинтиллятора. Напрактике при сравне­нии сцинтилляторов, сочетаемых с данными ФЭУ, вводятпонятие сцинтилляционной эффективности, которая определяется следу­ющимвыражением:

<img src="/cache/referats/3656/image016.gif" v:shapes="_x0000_s1044">


Сцинтилляционнаяэффективность учитывает как число фотонов, испускаемых сцинтиллятором наединицу поглощенной энер­гии, так и чувствительность данного ФЭУ к этимфотонам.

Обычно сцинтилляционнуюэффективность данного сцинтиллятора определяют путем сравнения сосцинтилляционной эффек­тивностью сцинтиллятора, принятого за эталон.

Интенсивность сцинтилляцииизменяется со временем по экспоненциальному закону

<img src="/cache/referats/3656/image018.gif" v:shapes="_x0000_s1045"> <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:RU">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:RU">


где I0— максимальное значениеинтенсивности сцинтилляции; t0—постоянная времени затухания,определяемая как время, в течение которого интенсивность сцинтилляцииуменьшается в е раз.

Число фотонов света n,испущенных за время tпосле попада­ниярегистрируемой частицы, выражается формулой

<img src="/cache/referats/3656/image020.gif" v:shapes="_x0000_s1046">


<img src="/cache/referats/3656/image022.gif" v:shapes="_x0000_s1047">где       — полное число фотонов, испущенных в процессесцинтил­ляции.

Процессы люминесценции(высвечивания) фосфора делят на два вида: флуоресценции и фосфоресценции. Есливысвечивание происходит непосредственно во время возбуждения или в течениепромежутка времени порядка 10-8сек,то процессназывается флуоресценцией. Интервал 10-8секвыбранпотому, что он по порядку величины равен времени жизни атома в возбужденномсостоянии для так называемых разрешенных переходов.

Хотя спектры и длительностьфлуоресценции не зависят от вида возбуждения, выход же флуоресценциисущественно зависит от него. Так при возбуждении кристалла <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

-частицами выход флуо­ресценциипочти на порядок меньше, чем при фотовозбуждении.

Под фосфоресценцией понимаютлюминесценцию, которая продолжается значительное время после прекращениявозбужде­ния. Но основное различие между флуоресценцией и фосфорес­ценциейзаключается не в длительности послесвечения. Фосфо­ресценция кристаллофосфороввозникает при рекомбинации элек­тронов и дырок, возникших при возбуждении. Внекоторых кри­сталлах возможно затягивание послесвечения за счет того, чтоэлектроны и дырки захватываются «ловушками», из которых они могут освободиться,лишь получив дополнительную необхо­димую энергию. Отсюда очевидна зависимостьдлительности фос­форесценции от температуры. В случае сложных органическихмолекул фосфоресценция связана с пребыванием их в метастабильном состоянии,вероятность перехода из которого в основное состояние может быть малой. И вэтом случае будет наблюдаться зависимость скорости затухания фосфоресценции оттемпера­туры.

§ 2.Сцинтилляторы

Неорганические сцинтилляторы.Неорга­ническиесцинтилляторы представляют собой кристаллы неорга­нических солей. Практическоеприменение в сцинтилляционной технике имеют главным образом галоидныесоединения некоторых щелочных металлов.

Процессвозникновения сцинтилляций можно представить при помощи зонной теории твердоготела. В отдельном атоме, не взаи­модействующем с другими, электроны находятсяна вполне опре­деленных дискретных энергетических уровнях. В твердом теле атомынаходятся на близких расстояниях, и их взаимодействие достаточно сильно.Благодаря этому взаимодействию уровни внешних электронных оболочек расщепляютсяи образуют зоны, отделенные друг от друга запрещенными зонами. Самой внешнейразрешенной зоной, заполненной электронами, является валент­ная зона. Выше еерасполагается свободная зона — зона прово­димости. Между валентной зоной изоной проводимости находится запрещенная зона, энергетическая ширина которойсоставляет несколько электронвольт.

Если вкристалле имеются какие-либо дефекты, нарушения решетки или примесные атомы, тов этом случае возможно появле­ние энергетических электронных уровней,расположенных в за­прещенной зоне. При внешнем воздействии, например при про­хождениичерез кристалл быстрой заряженной частицы, электроны могут переходить извалентной зоны в зону проводимости. В ва­лентной зоне останутся свободныеместа, обладающие свойствами положительно заряженных частиц с единичным зарядоми назы­ваемые дырками.

Описанныйпроцесс и является процессом возбуждения кри­сталла. Возбуждение снимаетсяпутем обратного перехода элек­тронов из зоны проводимости в валентную зону,происходит рекомендация электронов и дырок. Во многих кристаллах пере­ходэлектрона из зоны проводимости в валентную происходит через промежуточныелюминесцентные центры, уровни которых находятся в запрещенной зоне. Указанныецентры обусловли­ваются наличием в кристалле дефектов или примесных атомов. Припереходе электронов в две стадии испускаются фотоны с энер­гией, меньшей ширинызапрещенной зоны. Для таких фотонов вероятность поглощения в самом кристаллемала и поэтому све­товой выход для него много больше, чем для чистого,беспримес­ного кристалла.

Напрактике, для увеличения светового выхода неорганиче­ских сцинтиллятороввводятся специальные примеси других элементов, называемых активаторами. Так,например, в кристалл йодистого натрия в качестве активатора вводится таллий.Сцинтиллятор, построенный на основе кристаллаNaJ(Tl),обладает большим световым выходом. СцинтилляторNaJ(Тl) имеет значильтельные преимущества по сравнению сгазонаполненными счет­чиками:

большуюэффективность регистрации <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">g

-лучей (сбольшими кристаллами эффективность регистрации может достигать десят­ковпроцентов);

малуюдлительность сцинтилляции (2,5 •10-7 сек);

линейную связь между амплитудойимпульса и величиной энергии, потерянной заряженной частицей.

Последнеесвойство требует пояснений. Световой  выход сцинтиллятораимеет некоторую зависимость от удельных потерь энергии заряженной частицы        .

<img src="/cache/referats/3656/image025.gif" v:shapes="_x0000_s1052"> <img src="/cache/referats/3656/image026.gif" v:shapes="_x0000_s1054">


Рис. 1. Зависимость светового выхода

 кристаллаNaJ (T1)от энергии частиц.

<img src="/cache/referats/3656/image025.gif" v:shapes="_x0000_s1053">


 При очень больших ве­личинах    возможны зна­чительные нарушения кристал­лическойрешетки сцинтилля­тора, которые приводят к воз­никновению локальных центровтушения. Это обстоятельство может привести к относитель­ному уменьшениюсветового вы­хода. Действительно, экспери­ментальные факты свидетельствуют отом, что для тяжелых частиц выход нелинеен, а линейная зависимость начинаетпроявляться только с энергии в несколько миллионов электронвольт. На рис.1 приведеныкривые зависи­мости <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">c

  от Е: кривая 1для электронов, кривая 2для  <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aчастиц.

Кроме указанных щелочно-галоидныхсцинтилляторов иногда используются другие неорганические кристаллы:ZnS (Tl), CsJ (Tl), CdS (Ag), CaWO4, CdWO4и др.

Органические кристаллические сцинтилляторы.Молекулярные силы связи в органических кристаллах малы по сравнению с силами,действующими в не­органических кристаллах. Поэтому взаимодействующие моле­кулыпрактически не возмущают энергетические электронные уровни друг у друга ипроцесс люминесценции органического кристалла является процессом, характернымдля отдельных молекул. В основном электронном состоянии молекула имеет несколькоколебательных уровней. Под воздействием регистрируе­мого излучения молекулапереходит в возбужденное электронное состояние, которому также соответствуетнесколько колебатель­ных уровней. Возможны также ионизация и диссоциациямолекул. В результате рекомбинации  ионизованной молекулы, она, какправило, образуется в возбужденном состоянии. Первоначально возбужденнаямолекула может находиться на высоких уровнях возбуждения и через короткое время(~10-11сек)испускаетфотон высокой энергии. Этот фотон поглощается другой молекулой, причем частьэнергии возбуждения этой молекулы может быть израсходована на тепловое движениеи испущенный впоследствии фотон будет обладать уже меньшей энергией посравнениюс пре­дыдущим. После несколькихциклов испускания и поглощения образуются молекулы, находящиеся на первомвозбужденномуровне; они испускают фотоны,энергия которых может оказаться уже недостаточной для возбужде­ния другихмолекул и, таким обра­зом, кристалл будет прозрачным для возникающегоизлучения.

<img src="/cache/referats/3656/image029.gif" v:shapes="_x0000_s1078">


Рис.2.  Зависимость светового выхода

антрацена от энергии для различных частиц.

Благодаря тому, что большая частьэнергии возбуждения расхо­дуется на тепловое движение, све­товой выход(конверсионная эффек­тивность) кристалла сравнительно невелик и составляетнесколько процентов.

Для регистрации ядерных излу­ченийнаибольшее распростране­ние получили следующие органи­ческие кристаллы:антрацен, стильбен, нафталин. Антрацен обладаетдостаточнобольшим световым выходом (~4%) и малым временем высвечивания (3•10-8сек).Но при регистрации тяжелых заря­женныхчастиц линейная зависимость интенсивности сцинтил­ляции наблюдается лишь придовольно больших энергиях час­тиц.

На рис.2приведены графики зависимости светового выхода <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">c

(в произвольных единицах) от энергии электронов 1, протонов 2, дейтонов3 и  <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">a-частиц 4.

Стильбенхотя и обладает несколько меньшим световым вы­ходом, чем антрацен, нозато длительность сцинтилляции у него значительно меньше(7•10-9 сек), чем уантрацена, что позволяет использовать его в тех экспериментах, где требуетсярегистрация очень интенсивного излучения.

Пластмассовыесцинтилляторы.Пластмас­совые сцинтилляторы представляют собойтвердые растворы флуоресцирующих органических соединений в подходящем проз­рачномвеществе. Например, растворы антрацена или стильбена в полистироле, илиплексигласе. Концентрации растворенного флуоресцирующего вещества обычно малы исоставляют несколько десятых долей процента или несколько процентов.

Так как растворителя много больше,чем растворенного сцин-тиллятора, то, естественно, регистрируемая частицапроизводит в основном возбуждение молекул растворителя. Энергия возбуж­дения вдальнейшем передается молекулам сцинтиллятора. Оче­видно, что спектр испусканиярастворителя должен быть более жестким, чем спектр поглощения растворенноговещества, или по крайней мере совпадать с ним. Экспериментальные факты пока­зывают,что энергия возбуждения растворителя передается моле­кулам сцинтиллятора засчет фотонного механизма, т. е. моле­кулы растворителя испускают фотоны,которые затем поглощаются молекулами растворенного вещества. Возможен и другоймеха­низм передачи энергии. Так как концентрация сцинтиллятора мала, то раствороказывается практически прозрачным для возникшего излучения сцинтиллятора.

Пластмассовыесцинтилляторы имеют значительные преиму­щества по сравнению с органическимикристаллическими сцинтилляторами:

Ø<span Times New Roman""> 

возможность изготовления сцинтилляторов очень большихраз­меров;

Ø<span Times New Roman""> 

возможность введения в сцинтиллятор смесителей спектрадля достижения лучшего согласования его спектра люминесценции со спектральнойхарактеристикой фотокатода;

Ø<span Times New Roman""> 

возможность введения в сцинтиллятор различных веществ,необходимых в специальных экспериментах (например, при иссле­дованиинейтронов);

Ø<span Times New Roman""> 

возможность использования пластмассовых сцинтилляторовв вакууме;

малое времявысвечивания (~3•10-9 сек). Наибольшимсветовым выходом обладают пластмассовые сцин­тилляторы, приготовленныерастворением антрацена в полисти­роле. Хорошими свойствами обладает такжераствор стильбена в полистироле.

Жидкиеорганические сцинтилляторы.Жидкие органические сцинтилляторыпредставляют собой рас­творы органических сцинтиллирующих веществ в некоторыхжидких органических растворителях.

Механизмфлуоресценции в жидких сцинтилляторах анало­гичен механизму, происходящему втвердых растворах—сцинтил­ляторах.

Наиболее подходящими растворителямиоказались ксилол, толуол и фенилциклогексан, а сцинтиллирующими веществами  р-терфенил, дифенилоксазол итетрафенилбутадиен.Наибольшимсветовым выходом обладает сцинтиллятор, изго­товленный  при растворении  

р-терфенилав ксилоле при концен­трации растворенного вещества 5 г/л.

Основные достоинства жидкихсцинтилляторов:

Ø<span Times New Roman""> 

возможность изготовления больших объемов;

Ø<span Times New Roman""> 

возможность введения в сцинтиллятор веществ,необходимых в специальных   экспериментах;

Ø<span Times New Roman""> 

малая длительность вспышки (~3•10-9 сек).

Газовые сцинтилляторы.Припрохождении за­ряженных частиц через различные газы в них наблюдалось появле­ниесцинтилляций. Наибольшим световым — выходом обладают тяжелые благородные газы(ксенон и криптон). Большим световым выходом обладает также смесь ксенона игелия. Присутствие в гелии 10% ксенона обеспечивает световой выход, дажебольший, чем у чистого ксенона (рис.3).Ничтожномалые примеси других газов резко уменьшают интен­сивность сцинтилляций в бла­городныхгазах.

<img src="/cache/referats/3656/image031.gif" v:shapes="_x0000_s1079">


Рис.3.Зависимостьсветового вы­хода газового

 сцинтиллятора от соот­ношениясмеси гелия и ксенона.

Экспериментальнобыло по­казано, что длительность вспы­шек в благородных газах мала  (10-9-10-8 сек), а интенсив­ность вспышек в широкомдиапа­зоне пропорциональна потерян­ной энергии регистрируемых частиц и независит от их массы и заряда. Газовые сцинтилля­торы обладают малой чувстви­тельностьюк   <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">g

-излучению.

Основнаячасть спектра лю­минесценции лежит в области далекого ультрафиолета, поэтомудля приведения в соответствие со спектральной чувствительностью ФЭУиспользуются светопреобразователи. Последние должны обладать высоким коэффи­циентомконверсии, оптической прозрачностью в тонких слоях, низкой упругостьюнасыщенных паров, а также механической и химической устойчивостью. В качествематериалов для светопреобразователей в основном используются различные органиче­скиесоединения, например:

дифенилстильбен(эффективность преобразования около 1);

P1p’-кватерфенил (~1);

антрацен (0,34) и др.

Светопреобразователь наноситсятонким слоем на фотокатод ФЭУ. Важным параметром светопреобразователя являетсяего время высвечивания. В этом отношении органические преобразо­ватели являютсявполне удовлетворительными (10-9 секили не­сколько единиц на 10-9 сек).Для увеличения светосбора внутрен­ние стенки камеры сцинтиллятора обычнопокрываются светоотражателями(MgO,эмаль наоснове окиси титана, фторопласт, окись алюминия и др.).

§ 3. Фотоэлектронные умножители

Основными элементамиФЭУ являются: фотокатод, фокуси­рующая система, умножительная система (диноды),анод (коллек­тор). Все эти элементы располагаются в стеклянном баллоне,откаченном до высокого вакуума ( 10-6 мм рт.ст.).

Для целейспектрометрии ядерных излучений фотокатод обычно располагается на внутреннейповерхности плоской торце­вой части баллона ФЭУ. В качестве материалафотокатода выби­рается вещество достаточно чувствительное к свету, испускаемомусцинтилляторами. Наибольшее распространение получили сурьмяно-цезиевыефотокатоды, максимум спектральной чувствительности которых лежит при <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">l

= 3900<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¸4200 А, чтосоответствует, максимумам спектров люминесценции многих сцинтилляторов.

<img src="/cache/referats/3656/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

Рис.4.Принципиальная схема ФЭУ.

Одной изхарактеристик фотокатода является его квантовый выход в, т. е. вероятностьвырывания фотоэлектрона фотоном, попавшим на фотокатод. Величина <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">e

может достигать 10-20%.Свойства фотокатода характеризуются также интегральной чув­ствительностью,представляющей собой отношение фототока (мка)к падающему на фотокатод световому потоку (лм).

Фотокатоднаносится на стекло в виде тонкого полупрозрач­ного слоя. Существенна толщинаэтого слоя. С одной стороны, для большого поглощения света она должна бытьзначительной, с другой стороны, возникающие фотоэлектроны, обладая очень малойэнергией не смогут выходить из толстого слоя и эффектив­ный квантовый выходможет оказаться малым. Поэтому подби­рается оптимальная толщина фотокатода.Существенно также обеспечить равномерную толщину фотокатода, чтобы его чувстви­тельностьбыла одинакова на всей площади. В сцинтилляционной  <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">g

-спектрометрии часто необходимо использовать твердыесцинтилляторы больших размеров, как по толщине, так и по диаметру. Поэтомувозникает необходимость изготавливать ФЭУ с боль­шими диаметрами фотокатодов. Вотечественных ФЭУ фотокатоды делаются с диаметром от нескольких сантиметров до15<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¸20 см. фотоэлектроны, выбитые изфотокатода, должны быть сфокусированы на первый умножительный электрод. Дляэтой цели используется система электростатических линз, которые пред­ставляютсобой ряд фокусирующих диафрагм. Для получения хороших временных характеристикФЭУ важно создать такую фокусирующую систему, чтобы электроны попадали напервый динод с минимальным временным разбросом. На рис.4при­ведено схематическое устройство фотоэлектронногоумножителя. Высокое напряжение, питающее ФЭУ, отрицательным полюсомприсоединяется к катоду и распределяется между всеми электро­дами. Разностьпотенциалов между катодом и диафрагмой обеспе­чивает фокусировку фотоэлектроновна первый умножающий электрод. Умножающие электроды носят название динодов.Диноды изготовляются из материалов, коэффициент вторичной эмиссии которыхбольше единицы (<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">s>1). Вотечественных ФЭУ диноды изготовляются либо в виде корытообразной формы (рис.4),либо в виде жалюзи. В обоих случаях динодырасполагаются в линию. Возможно также и кольцеобразное располо­жение динодов.ФЭУ с кольцеобразной системой динодов обла­дают лучшими временнымихарактеристиками. Эмитирующим слоем динодов является слой из сурьмы и цезия илислой из специальных сплавов. Максимальное значение <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">sдля сурьмяно-цезиевыхэмиттеров достигается при энергии электронов 350<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¸400 эв, а для   сплавных эмиттеров — при 500<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">¸550 эв. В первом     случае <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">s= 12<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">¸14, вовтором <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">s=7<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¸10. Врабочих режимах ФЭУ значение <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">sнесколько меньше. Достаточно хорошим коэф­фициентом вторичнойэмиссии является  <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">s= 5.

Фотоэлектроны, сфокусированные напервый динод, выбивают из него вторичные электроны. Число электронов,покидающих первый динод, в несколько раз больше числа фотоэлектронов. Все онинаправляются на второй динод, где также выбивают вто­ричные электроны и т. д.,от динода к диноду, число электронов увеличивается в <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">s

раз.

Припрохождении всей системы динодов поток электронов возрастает на 5—7 порядков ипопадает на анод — собирающий электрод ФЭУ. Если ФЭУ работает в токовом режиме,то в цепь анода включаются приборы, усиливающие и измеряющие ток. Прирегистрации ядерных излучений обычно необходимо измерять число импульсов,возникающих под воздействием ионизирующих частиц, а также амплитуду этихимпульсов. В этих случаях в цепь анода включается сопротивление, на котором ивозникает им­пульс напряжения.

Важной характеристикой ФЭУ являетсякоэффициент умно­жения М. Еслизначение <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">s

для всехдинодов одинаково (при полном сборе электронов на динодах), а число динодовравно n,то

<div v:shape="_x0000_s1085">

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">s

n = (Aue-Bu)n <img src="/cache/referats/3656/image035.gif" v:shapes="_x0000_s1071">


A и Bпостоянные, u– энергияэлектронов. Коэффициент умножения Мне равен коэффициенту усиле­ния М',который характеризует отношение тока на выходе ФЭУ ктоку, выходящему из катода

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU">М'

<span Times New Roman",«serif»">=<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:RU"> <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: RU">СМ,<span Times New Roman",«serif»">

где С<1 — коэффициент сбора электронов,характеризующий эффективность сбора фотоэлектронов на первый динод.

Очень важным является постоянствокоэффициента усиле­ния М'  ФЭУ как во времени, так ипри изменении числа электро­нов, выходящих из фото катода. Последнееобстоятельство позво­ляет использовать сцинтилляционные счетчики в качествеспектро­метров ядерных излучений.

О помехах вфотоум­ножителях.В сцинтилляционных счетчиках даже при отсутст­виивнешнего облучения возможно появление большого числа импуль­сов на выходе ФЭУ.Эти импульсы обычно имеют небольшие ампли­туды и носят название шумовых.Наибольшее число шумовых им­пульсов обусловливается появле­нием термоэлектроновиз фотока­тода или даже из первых динодов. Для уменьшения шумов ФЭУ частоиспользуется его охлаждение. При регистрации излучений, соз­дающих большие поамплитуде импульсы, в регистрирующую схему включается дискриминатор, непропускающий шумовые импульсы.

<img src="/cache/referats/3656/image037.gif" v:shapes="_x0000_s1080">


Рис.5.Схема дляподавления шумов ФЭУ.

1.<span Times New Roman"">   

При регистрацииимпульсов, амплитуда которых сравнима с шумовыми, рационально использовать одинсцинтиллятор с двумя ФЭУ, включенными в схему совпадений (рис.5).В этом случае происходит временная селекцияимпульсов, возникших от регистрируемой частицы. В самом деле, вспышка света,возник­шая в сцинтилляторе от регистрируемой частицы, попадет одно­временно нафтокатоды обоих ФЭУ, и на их выходе одновременно появятся импульсы,заставляющие сработать схему совпадений. Частица будет зарегистрирована.Шумовые же импульсы в каж­дом из ФЭУ появляются независимо друг от друга и чащевсего не будут зарегистрированы схемой совпадений. Тако
еще рефераты
Еще работы по физике