2.2.1. Характеристика сцинтнлляторов.

В сцинтилляционных детекторах используются неорганические кри­сталлы, органические пластмассы в жидкости, чистые инертные газы (ге­лий, аргон, криптон) и их смеси. При применении данных детекторов не­обходимо учитывать следующее:

1) эффективность регистрации заряженных частиц;

2) сцинтилляционную эффективность;

3) спектральный состав сцинтилляций;

4) длительность световой вспышки.

У применяемых детекторов сцинтилляционная эффективность лежит в диапазоне от долей до нескольких десятков процентов. Она не должна зависеть от природы ионизирующих частиц и их кинетической энергии. В этом случае интенсивность световой вспышки пропорциональна энергии, потерянной частицей в сцинтилляторе.

Спектральный состав излучаемой сцинтиллятором световой вспышки охватывает некоторый интервал длин волн. Зависимость интенсивности свечения от длины волны называется спектральной характеристикой сцин­тиллятора, к которой предъявляются следующие требования:

1) световое излучение не должно испытывать заметного поглощения в веществе сцинтиллятора;

2) спектр излучения должен соответствовать спектральной чувстви­тельности фотокатода ФЭУ.

Чтобы получить высокую разрешающую способность по времени сцинтилляционного счетчика, необходимо выбрать сцинтиллятор с воз­можно меньшей длительностью световой вспышки.

Основные свойства сцинтиллятора определяются механизмом высве­чивания. Поэтому, взяв за основу механизм высвечивания, все известные сцинтилляционные детекторы можно разделить на три класса, в которых применяются;

1. Неорганические кристаллы;

2. Чистые инертные газы и их смеси;

3. Органические соединения.

2.2.2. Неорганические сццнтилляторы.

Сернистый цинк, активированный серебром - ZnS(Ag), обладает са­мой высокой сцинтиляционной эффективностью, составляющей 20-25% и практически не зависящей от энергии регистрируемых частиц. Однако данное соединение имеет и ряд серьезных недостатков.

Прежде всего, время высвечивания этого сцинтиллятора велико. До настоящего времени не удалось получить прозрачные монокристаллы сер­нистого цинка необходимых размеров, поэтому он применяется в виде мелкокристаллических порошков. Такие порошки имеют очень низкую прозрачность для испускаемого излучения и становятся непрозрачными при толщине более 25-50 мг/см². В ZnS(Ag) наблюдается значительная фосфоресценция.

Основное применение детекторов с данным сцинтиллятором - регист­рация тяжелых заряженных частиц, например альфа-частиц, протонов. Эффективность его к гамма-излучению низка, так как указанное излучение обладает малой удельной ионизацией. Это позволяет использовать ZnS(Ag) для эффективной регистрации альфа-частиц или протонов при большом фоне гамма-излучения. Оптимальная толщина данного сцинтиллятора при регистрации альфа-частице энергией 5 МэВ составляет 10-25 мг/см².

Йодистый натрии, активированный таллием- "NaI(Tl), обладает рядом превосходных свойств и в настоящее время является одним из лучших сцинтилляторов. Он имеет высокую сцинтилляционную эффективность и малое время высвечивания. Из него легко можно выращивать прозрачные монокристаллы больших размеров,

Недостатком данного сцинтиллятора является его гигроскопичность. Для защиты от влаги эти кристаллы помещают в герметичный корпус с прозрачными окнами.

Зависимость интенсивности сцинтилляций от энергии для бета-частиц и гамма-излучения линейная, благодаря чему кристалл используется в спектрометрии.

Вследствие большой плотности и высокого среднего атомного номера является лучшим сцинтиллятором для регистрации гамма-излучения.

Йодистый цезий, активированный таллием - CsI(Tl), выращивается в прозрачных монокристаллов. По сравнению с йодистым натрием кристаллы имеют несколько большее время высвечивания и меньшую сцинтилляционную эффективность, обладают заметной фосфоресценцией. Данное соединение не гигроскопично.

Йодистый калий, активированный таллием - КI(Тl) также легко выращивается в виде больших прозрачных монокристаллов. Он имеет большее время высвечивания, чем Nal(Tl), и меньшую сцинтилляционную эффективность.

Йодистый калий обладает двумя недостатками, ограничивающими его применение в сцинтилляционных счетчиках: естественной радиоактив­ностью за счет изотопа калия-40 и заметной фосфоресценцией.

Йодистый литий, активированный оловом - Lil(Sn), по своим свойст­вам значительно уступает йодистому натрию. Кристаллы Lil(Sn) гигроско­пичны.

В основном данный сцинтиллятор применяется для регистрации мед­ленных и тепловых нейтронов.

В последние годы техника выращивания щелочно-галоидных моно­кристаллов достигла значительных успехов. Серийной продукцией стали сцинтилляционные детекторы на основе монокристаллов Nal(Tl) и Csl(Na) с размерами 200x200 мм и 200x400 мм, с объемом последнего 10 литров. Для целей оснащения камер, с помощью которых локализуют злокачест­венные опухоли внутри организма человека, выращивают уникальные кристаллы диаметром до 300-400 мм. Создание высокочувствительных сцинтилляционных детекторов позволило, в свою очередь, успешно ре­шить еще одну трудную задачу - измерить гамма-излучение организма человека, обусловленное естественными и искусственными радионуклида­ми.

Следует еще раз перечислить недостатки сцинтилляционных детек­торов:

1. Наличие значительного хода с жесткостью из-за высокого атом­ного номера вещества сцинтиллятора, что может привести к завышению значений измеряемой активности или мощности дозы при работе в полях мягкого гамма-излучения.

2. Невозможность применения в мощных полях гамма-излучения из-за наложения импульсов малой амплитуды и соответствующей перегрузки измерительного тракта.

3. Хрупкость монокристаллов, гигроскопичность, относительно высо­кое рабочее напряжение, необходимое для работы ФЭУ.

Основные параметры неорганических кристаллов, используемых в сцинтилляционных счетчиках, приведены в табл. 1.

Таблица 1