Что такое сцинтиллятор?

Что такое сцинтиллятор?

Сцинтиллятор — это общий термин для материалов, которые излучают свет при воздействии заряженных частиц или радиации.

Они подразделяются на неорганические и органические сцинтилляторы. Неорганические сцинтилляторы, подходящие для обнаружения гамма-лучей и рентгеновских лучей, изготавливаются из кристаллов с высокими атомными номерами. Они излучают большое количество света и имеют превосходное энергетическое разрешение, но реагируют медленно. Органические сцинтилляторы, включая пластиковые и жидкие типы, недороги, легки и реагируют быстро, что делает их идеальными для обнаружения альфа- и бета-лучей.

Сцинтилляторы используются в различных областях как часть сцинтилляционных детекторов.

Применение сцинтилляторов

Сцинтилляторы преобразуют излучение в свет, от ультрафиолетового до видимого. Затем этот свет преобразуется в электрические сигналы с помощью фотоумножительных трубок или оптополупроводников, которые обрабатываются для создания изображений и другой информации, связанной с излучением.

Применения включают рентгеновскую компьютерную томографию (КТ), позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ), досмотр багажа в аэропортах, проверку продуктов питания, неразрушающий контроль электронных компонентов, разведку нефти и минеральных ресурсов, мониторинг радиации ядерных реакторов и исследования в области элементарных частиц, ядерной и космической физики.

Принцип сцинтилляторов

Принцип излучения сцинтилляторов различается между неорганическими и органическими типами.

1. Неорганические сцинтилляторы

В неорганических сцинтилляторах заряженные частицы или излучение возбуждают электроны из валентной зоны в зону проводимости. Рекомбинация этих электронов с дырками в валентной зоне производит сцинтилляционный свет, соответствующий разнице энергий. Примеси в кристаллической решетке создают новые энергетические уровни, позволяя испускать видимый свет из этих модифицированных структур.

2. Органические сцинтилляторы

Органические сцинтилляторы излучают свет посредством возбуждения отдельных молекул. Излучение возбуждает электроны до более высоких энергетических состояний, преимущественно до первого возбужденного состояния, что приводит к флуоресценции. Некоторые электроны также могут переходить в более высокие возбужденные состояния, прежде чем вернуться в первое возбужденное состояние и в конечном итоге в основное состояние, испуская фосфоресценцию или задержанную флуоресценцию.

Структура сцинтилляторов

Структура сцинтилляторов различается между неорганическими и органическими типами.

1. Неорганические сцинтилляторы

Примерами являются NaI:Tl, LSO:Ce, вольфрамат свинца (PbWO4), силикат гадолиния (GSO: Gd2SiO5 с Ce) и германат висмута (BGO: Bi4Ge3O12). NaI:Tl, широко используемый сцинтиллятор, должен быть герметизирован, чтобы предотвратить деградацию из-за поглощения влаги.

LSO:Ce, сцинтиллятор на основе оксида, излучает свет посредством переходов в Ce3+ и обеспечивает более быстрое время отклика по сравнению с NaI:Tl.

2. Органические сцинтилляторы

Органические сцинтилляторы бывают кристаллическими, жидкими и пластиковыми. Жидкие сцинтилляторы, такие как нафталиновые, устойчивы к сильному облучению. Органические молекулы, такие как антрацен и стильбен, с их пи-электронными структурами, предлагают несколько возбужденных состояний, но используются реже из-за их анизотропного отклика и проблем обработки. Пластиковые сцинтилляторы, созданные путем растворения органических излучателей в пластике, удобны в использовании и подходят для обнаружения альфа- и бета-лучей, хотя менее эффективны для гамма-лучей.