Els detectors de centelleig són un dels tipus d'equips de mesura dissenyats per detectar partícules elementals. La seva característica és que la lectura es produeix mitjançant l'ús de sistemes sensibles a la llum. Per primera vegada aquests instruments es van utilitzar l'any 1944 per mesurar la radiació d'urani. Hi ha diversos tipus de detectors en funció del tipus d'agent de treball.
Destinació
Els detectors de centelleig s'utilitzen àmpliament per als propòsits següents:
- registre de la contaminació per radiació del medi ambient;
- anàlisi de materials radioactius i altres estudis físics i químics;
- ús com a element per llançar sistemes detectors més complexos;
- estudi espectromètric de substàncies;
- component de senyalització en sistemes de protecció radioactiva (per exemple, equips dosimètrics dissenyats per notificar l'entrada d'un vaixell a una zona de contaminació radioactiva).
Els comptadors poden produir tant registre de qualitatradiació i mesura la seva energia.
Arranjament de detectors
L'estructura bàsica d'un detector de radiació de centelleig es mostra a la figura següent.
Els elements principals de l'equip són els següents:
- fotomultiplicador;
- escintil·lador dissenyat per convertir l'excitació de la xarxa cristal·lina en llum visible i transmetre-la al convertidor òptic;
- contacte òptic entre els dos primers dispositius;
- estabilitzador de tensió;
- sistema electrònic per enregistrar impulsos elèctrics.
Tipus
Hi ha la següent classificació dels principals tipus de detectors de centelleig segons el tipus de substància que fa fluorescència quan s'exposa a la radiació:
- Metres d'halogenurs alcalins inorgànics. S'utilitzen per registrar radiació alfa, beta, gamma i neutrons. A la indústria es produeixen diversos tipus de monocristalls: iodur de sodi, cesi, potassi i liti, sulfur de zinc, tungstats de metalls alcalinotèrres. S'activen amb impureses especials.
- Monocristalls orgànics i solucions transparents. El primer grup inclou: antracè, tolan, trans-stilbene, naftalè i altres compostos, el segon grup inclou terfenil, mescles d'antracè amb naftalè, solucions sòlides en plàstics. S'utilitzen per mesurar el temps i per detectar neutrons ràpids. Els additius activadors en centelleadors orgànics no ho sóncontribueix.
- Medium gasós (He, Ar, Kr, Xe). Aquests detectors s'utilitzen principalment per detectar fragments de fissió de nuclis pesats. La longitud d'ona de la radiació es troba en l'espectre ultraviolat, de manera que requereixen fotodíodes adequats.
Per als detectors de neutrons de centelleig amb una energia cinètica de fins a 100 keV, s'utilitzen cristalls de sulfur de zinc activats amb un isòtop de bor amb un nombre de massa de 10 i 6Li. Quan es registren partícules alfa, el sulfur de zinc s'aplica en una capa fina sobre un substrat transparent.
Entre els compostos orgànics, els plàstics de centelleig són els més utilitzats. Són solucions de substàncies luminescents en plàstics de molècula alta. Molt sovint, els plàstics de centelleig es fan a base de poliestirè. Les plaques primes s'utilitzen per registrar la radiació alfa i beta, i les plaques gruixudes s'utilitzen per als raigs gamma i X. Es produeixen en forma de cilindres polits transparents. En comparació amb altres tipus de centelleadors, els centelleadors de plàstic tenen diversos avantatges:
- temps de flaix curt;
- resistència a danys mecànics, humitat;
- constància de les característiques a altes dosis d'exposició a la radiació;
- cost baix;
- fàcil de fer;
- alta eficiència del registre.
fotomultiplicadors
El principal component funcional d'aquest equip és un fotomultiplicador. És un sistema d'elèctrodes muntatsen un tub de vidre. Per protegir-se dels camps magnètics externs, es col·loca en una carcassa metàl·lica feta d'un material amb alta permeabilitat magnètica. Això protegeix les interferències electromagnètiques.
Al fotomultiplicador, el flaix de llum es converteix en un impuls elèctric i el corrent elèctric també s'amplifica com a resultat de l'emissió secundària d'electrons. La quantitat de corrent depèn del nombre de dinodes. L'enfocament dels electrons es produeix a causa del camp electrostàtic, que depèn de la forma dels elèctrodes i del potencial entre ells. Les partícules carregades eliminades s'acceleren a l'espai interelèctrode i, caient sobre el següent dínode, provoquen una altra emissió. A causa d'això, el nombre d'electrons augmenta diverses vegades.
Detector de centelleig: com funciona
Els comptadors funcionen així:
- La partícula carregada entra a la substància de treball del centelleador.
- Es produeix la ionització i l'excitació de molècules de cristall, solució o gas.
- Les molècules emeten fotons i després de milionèsimes de segon tornen a l'equilibri.
- Al fotomultiplicador, el flaix de llum s'"amplifica" i colpeja l'ànode.
- El circuit de l'ànode amplifica i mesura el corrent elèctric.
El principi de funcionament del detector de centelleig es basa en el fenomen de la luminescència. La característica principal d'aquests dispositius és l'eficiència de conversió: la relació entre l'energia d'un flaix de llum i l'energia perduda per una partícula a la substància activa del centelleador.
Pros i contres
Els avantatges dels detectors de radiació de centelleig inclouen:
- alta eficiència de detecció, especialment per a raigs gamma d'ona curta d' alta energia;
- bona resolució temporal, és a dir, la capacitat de donar una imatge separada de dos objectes (arriba a 10-10 s);
- mesura simultània de l'energia de les partícules detectades;
- possibilitat de fabricar taulells de diverses formes, senzillesa de solució tècnica.
Els desavantatges d'aquests comptadors és la baixa sensibilitat a les partícules amb poca energia. Quan s'utilitzen com a part dels espectròmetres, el processament de les dades obtingudes es fa molt més complicat, ja que l'espectre té una forma complexa.
