גלאי סינטילציה הם אחד מסוגי ציוד המדידה שנועד לזהות חלקיקים יסודיים. התכונה שלהם היא שהקריאה מתרחשת באמצעות שימוש במערכות רגישות לאור. בפעם הראשונה מכשירים אלה שימשו בשנת 1944 למדידת קרינת האורניום. ישנם מספר סוגים של גלאים בהתאם לסוג הסוכן הפועל.
Destination
גלאי סינטילציה נמצאים בשימוש נרחב למטרות הבאות:
- רישום זיהום קרינה של הסביבה;
- ניתוח של חומרים רדיואקטיביים ומחקרים פיזיקליים וכימיים אחרים;
- להשתמש כרכיב להפעלת מערכות גלאים מורכבות יותר;
- מחקר ספקטרומטרי של חומרים;
- רכיב איתות במערכות הגנה מפני קרינה (לדוגמה, ציוד דוסימטרי שנועד להודיע על כניסת ספינה לאזור של זיהום רדיואקטיבי).
מונים יכולים לייצר גם רישום איכותיקרינה ומדוד את האנרגיה שלה.
סידור גלאים
המבנה הבסיסי של גלאי קרינת נצנוץ מוצג באיור למטה.
המרכיבים העיקריים של הציוד הם כדלקמן:
- photomultiplier;
- סינטילטור שנועד להמיר את העירור של סריג הגביש לאור נראה ולהעבירו לממיר האופטי;
- מגע אופטי בין שני המכשירים הראשונים;
- מייצב מתח;
- מערכת אלקטרונית להקלטת דחפים חשמליים.
Types
יש את הסיווג הבא של הסוגים העיקריים של גלאי נצנוץ לפי סוג החומר שפורר בחשיפה לקרינה:
- מדדי הליד אלקליים אנאורגניים. הם משמשים לרישום קרינת אלפא, בטא, גמא וניוטרונים. מספר סוגים של גבישים בודדים מיוצרים בתעשייה: יודיד נתרן, צסיום, אשלגן וליתיום, אבץ גופרתי, טונגסטטים מתכת אדמה אלקליין. הם מופעלים עם זיהומים מיוחדים.
- גבישים אורגניים ופתרונות שקופים. הקבוצה הראשונה כוללת: אנתרצין, טולן, טרנס-סטילבן, נפתלין ותרכובות נוספות, הקבוצה השנייה כוללת טרפניל, תערובות של אנתרצין עם נפטלין, תמיסות מוצקות בפלסטיק. הם משמשים למדידות זמן ולגילוי נויטרונים מהירים. תוספים מפעילים בנצנצים אורגניים אינםלתרום.
- מדיום גז (He, Ar, Kr, Xe). גלאים כאלה משמשים בעיקר לאיתור שברי ביקוע של גרעינים כבדים. אורך הגל של הקרינה הוא בספקטרום האולטרה סגול, ולכן הם דורשים פוטודיודות מתאימות.
לגלאי נויטרונים ניצוץ עם אנרגיה קינטית של עד 100 keV, משתמשים בגבישי אבץ גופרתי המופעלים עם איזוטופ בורון עם מספר מסה של 10 ו-6Li. בעת רישום חלקיקי אלפא, אבץ גופרתי מיושם בשכבה דקה על מצע שקוף.
בין התרכובות האורגניות, פלסטיק הנצנץ הוא הנפוץ ביותר בשימוש. הם פתרונות של חומרים זוהרים בפלסטיק גבוה מולקולרי. לרוב, פלסטיק נצנץ מיוצר על בסיס פוליסטירן. לוחות דקים משמשים לרישום קרינת אלפא ובטא, וצלחות עבות משמשות לקרינת גמא ורנטגן. הם מיוצרים בצורה של צילינדרים מלוטשים שקופים. בהשוואה לסוגים אחרים של נצנצים, למנצנצים מפלסטיק יש מספר יתרונות:
- זמן הבזק קצר;
- התנגדות לנזק מכני, לחות;
- עמידות המאפיינים במינונים גבוהים של חשיפה לקרינה;
- עלות נמוכה;
- קל להכנה;
- יעילות רישום גבוהה.
כפילי תמונות
הרכיב הפונקציונלי העיקרי של ציוד זה הוא מכפיל צילום. זוהי מערכת של אלקטרודות מותקנותבצינור זכוכית. להגנה מפני שדות מגנטיים חיצוניים, הוא ממוקם במעטפת מתכת העשויה מחומר בעל חדירות מגנטית גבוהה. זה מגן על הפרעות אלקטרומגנטיות.
במכפיל הפוטו, הבזק האור הופך לדחף חשמלי, וגם הזרם החשמלי מוגבר כתוצאה מפליטת אלקטרונים משנית. כמות הזרם תלויה במספר הדינודות. מיקוד האלקטרונים מתרחש עקב השדה האלקטרוסטטי, התלוי בצורת האלקטרודות ובפוטנציאל ביניהן. החלקיקים הטעונים המופקעים מואצים בחלל הבין-אלקטרודות, ונופלים על הדינודה הבאה, גורמים לפליטה נוספת. בשל כך, מספר האלקטרונים גדל פי כמה.
גלאי סינטילציה: איך זה עובד
המונים עובדים כך:
- חלקיק טעון נכנס לחומר העבודה של הניצוץ.
- מתרחשת יינון ועירור של מולקולות גביש, תמיסה או גז.
- מולקולות פולטות פוטונים ואחרי מיליוניות השנייה הן חוזרות לשיווי משקל.
- בפוטו-מכפיל, הבזק האור "מוגבר" ופוגע באנודה.
- מעגל האנודה מגביר ומודד את הזרם החשמלי.
עקרון הפעולה של גלאי הנצנוץ מבוסס על תופעת הזוהר. המאפיין העיקרי של מכשירים אלו הוא יעילות ההמרה - היחס בין האנרגיה של הבזק אור לאנרגיה שאבד חלקיק בחומר הפעיל של הניצוץ.
יתרונות וחסרונות
היתרונות של גלאי קרינת נצנוץ כוללים:
- יעילות זיהוי גבוהה, במיוחד עבור קרני גמא קצרות באנרגיה גבוהה;
- רזולוציה טמפורלית טובה, כלומר, היכולת לתת תמונה נפרדת של שני אובייקטים (היא מגיעה ל-10-10 s);
- מדידה סימולטנית של האנרגיה של חלקיקים שזוהו;
- אפשרות לייצור מונים בצורות שונות, פשטות הפתרון הטכני.
החסרונות של מונים אלה הם הרגישות הנמוכה לחלקיקים בעלי אנרגיה נמוכה. כאשר משתמשים בהם כחלק מספקטרומטרים, העיבוד של הנתונים המתקבלים הופך להיות הרבה יותר מסובך, מכיוון שלספקטרום יש צורה מורכבת.
