сцинтилатор Физическа ефективност на преобразуване (или мощност) е съотношението на енергията на светлина светкавицата Eb абсорбира в сцинтилатор екран заредена енергия на частиците Е:

където Nb - общ брой на фотони, генерирани в сцинтилатор екран заредена частица; νsv з - средната енергия на един фотон сцинтилация.

По-високата ефективност превръщане на сцинтилаторът, толкова по-голям дял на заредена енергия на частиците се превръща в светлина флаш, така че, следователно, по-голяма от амплитудата на сигнала в една и съща загубена енергия детектора.

ефективността на преобразуване на сцинтилаторът е мярка за своите спектрометрични свойства. Сцинтилатори може да бъде количествено сравнени с всяка друга по отношение превръщането им ефективност. В тази ефективност на преобразуване обикновено Nal (Tl) обикновено се счита за единство. По този начин, относителната ефективност на преобразуване CsI (Tl) costavlyaet

Средна energiyaωf. консумирана от заредена частица върху образуването на фотони сцинтилационни се определя от отношението

Стойността на з cv ωf и за някои видове сцинтилатори са показани в Таблица 1. Заедно с концепцията за ефективността на физична величина реализация е въведена техническа ефективност на преобразуване:

къде е - коефициент, като се отчита частта от фотони, които са засегнати от фотокатода на фотоумножителя, от общия брой на фотони Nb. частиците, оформен в сцинтилаторът. С оглед на отношенията на записани амплитуда на импулса на изхода на фотоумножителя, изразена в броя на електроните, е:

където М - печалбата на фотоумножи;  - квантовата ефективност на катода на фотоумножител, която е равна на вероятността на фотона екстракта на електронен от фотокатода. Ако приемем, че всички коефициенти на формула (4), свързващи с амплитудата на абсорбираната енергия не зависи от енергията и частици от специфичните загуби йонизационна енергия, амплитудата на импулса при изхода на PMT е пропорционална на абсорбираната енергия. С други думи - сцинтилационен детектор е собственост на пропорционалност.

Изглежда обаче, че физическата ефективност на преобразуване, строго погледнато, не е постоянен и зависи от конкретната йонизация енергия на загубата на частиците. Например, в кристална Nal (Tl) амплитудата на сигнала от електрона приблизително два пъти амплитудата на алфа частици на същата енергия. Зависимостта на сигнала на загуби йонизационна енергия характеризиращ коефициента  (вж. Таблица. 1). Това съотношение представлява съотношението на физически к.п.д. при облъчване на сцинтилаторът с алфа-частици и електрони, или същата енергия, която е същата в този случай, съотношението на амплитудите на сигналите на изхода на фотоумножител:

По този начин, детектор сцинтилационен е пропорционална на частиците от един вид, и коефициент на пропорционалност в зависимост от вида на откритите частици.

Decay време на сцинтилаторът обикновено  е времето, през което интензитетът на блясъка на DNF / DT. т.е. броя на фотоните в сцинтилационен флаш за единица време се намалява с коефициент напр. Ако, например, общият брой на фотони във флаш-диск, така или иначе Nb. и интензивност флаш експоненциално намалява, на

Съгласно радиация откриване ефективност  разбере вероятността, с която частицата може да бъде открито от детектора, т.е. е отношението на броя на откритите частици на броя на частици, които попадат в сцинтилаторът:

η 

. За ефективност откриване на частиците заредена е почти равен на единица.

Едно от основните предимства на сцинтилационни детектори към други видове детектори е ефективността на високо откриване на неутрален радиация (гама лъчи и неутрони). Както е известно, взаимодействието на радиация с материята води до образуване на заредени частици, които след това се записват от детектора. По този начин, ефективността на откриване на гама лъчи и неутрони ще се определя от вероятността за тяхното взаимодействие с детектор материал. За ефективност откриване гама-лъчи в геометрията тесен лъч може да бъде изчислена като:

където  - пълен коефициент линейна абсорбция на гама лъчи; X - дебелина на сцинтилаторът. ефективност откриване размер зависи от ефективната атомен номер на абсорбера

(увеличава с ) Следователно, за да се получи по-ефективно откриване на гама лъчи се използват сцинтилатори тип Nal (Tl) или CsI (Tl) (вж. Таблица. 1).

Класификация на сцинтилатори може да се извърши по различни причини. две групи се открояват най-ясно в неговите характеристики: органични и неорганични.

Органични сцинтилатори се характеризират с относително ниска атомни номера (

6) и с ниска плътност (

1 ÷ 2грам / cm3). Органични сцинтилатори имат добра времева резолюция (10 -9 - 10 -7 и). Ефективността на гама лъчи сцинтилатори на такива малки, така че те често се използват за откриване на заредени частици. Органични сцинтилатори включват органични кристали, течни и твърди разтвори сцинтилационни вещества в мономерите и полимерите, и органични газове.

Неорганични сцинтилатори се характеризират с големи атомни номера (

25 50) и с висока плътност (

4 грам / cm 3). Ефективността на откриване на гама-радиация детектори толкова големи. Резолюцията на време на по-малко от органичен сцинтилатори (

Като неорганични сцинтилатори включват алкални халогениди, цинков сулфид и оксид сцинтилатори и сцинтилатори, базирани на благородни газове (течна, твърда и газообразна).

сцинтилационни детектори Физическите експеримента най-често се използват за спектрометрия йонизиращо лъчение, по-специално гама облъчване. Гама-лъчи спектрометрия се извършва чрез измерване на енергия на вторични електрони, получени при взаимодействието на гама-лъчи с сцинтилатор материал.

Както е известно, на гама лъчи, преминаващи през веществото, взаимодействат с него поради една от три процеса: фотоелектричния ефект, Compton ефект и производство двойка. Вероятността от тези процеси голяма степен зависи от гама-лъчи енергия, и свойствата на веществата с които тези гама лъчи взаимодействат.

В процеса на снимка ефект на гама-квантова енергия Eγ издърпва от атоми една от вътрешната (К. L. M. ...) разходи електрони по този начин енергия, равна на свързващата енергия на съответния електрона (ЕО, EL, EM, ...), което възлиза на няколко десетки КЕВ. Останалата част от енергията се превръща в кинетична енергия на Ефе на фотоелектронна:

В Compton разсейване гама лъчи прехвърля електрони на атомите само част от неговата енергия. Енергията на Compton-електронна ЕКЕ свързани с енергия на съотношението на гама квантовата E:

където θ - ъгълът на излъчване на разсеяна гама квант по отношение на посоката на движение на основната гама лъчи; m0c2 = = 0511 MeV - маса електрон почивка.

В процеса на чифт два частици - електрони и позитрони, които за образуването на енергия трябва да се изразходват 2 m0c2 = 1022 MeV. Останалите енергията на гама лъчи се преобразува в кинетична енергия на електрони и позитрони, и предава към възвратната ядро ​​или откатни електрони, които в процеса на формиране на двойката може да възникне.

Фиг.2 примерен показва разпределението на амплитудите на импулсите на вторични електрони в тип сцинтилационен детектор Nal (Tl) при регистриране него моноенергетичната фотони с енергия 0.5 MeV.

Площ на пика 1. обикновено се нарича общо пик на абсорбция, причинена от два процеса на взаимодействие на гама лъчи с сцинтилатор материал.

Фиг.2. Разпределение импулсни амплитуди на откриване на гама лъчи с Eγ = 0.5 MeV

На първо място, в района на връх падане събития, свързани с усвояването на гама-лъчи се дължи на фотоелектричния ефект. Известно е, че фотоелектричния ефект се придружава от характеристика радиация срещащи се в преходите на електроните на места в електронен слой атоми (К. L. М, ...), или образуването на Auger електрони в пренос на енергия възбуден атом, към една от външните електрони обвивка.

Кинетичната енергия на електроните на Auger по този начин на практика равни формира от фотоелектричния ефект на електронна енергия.

Характерен радиация от своя страна вероятно се абсорбира в обема на сцинтилаторът дължи на фотоелектричния ефект при по-високи електронен слой.

По този начин, независимо в какво атом и всеки електрони обвивка в сцинтилаторът да абсорбира гама квантовата фотоелектричния ефект в резултат общата енергия на вторичните електроните е равен Eγ гама-квантова енергия.

Вторият процес, което допринася за общата пика на абсорбция, е т.нар множествена Compton разсейване, като резултат от Compton-разпръснати квант гама-ефект напълно губи своята енергия в сцинтилаторът поради многократно разсейване и последващо фотоелектричния ефект. В този случай, общата енергия на електроните вторични и е равна на енергията на гама фотон.

Следователно, общо пика на абсорбция може да се определи директно от гама-лъчи енергия.

Област на непрекъснат спектър, който се намира в ляво от общия абсорбционен пик, поради ефекта на Комптън разсейване на гама-лъчи в екрана сцинтилатор.

От (9) се вижда, че максималната енергия на Комптън електрони винаги по-малко от енергията на гама-квант и е равна на:

В тази връзка, има съществена възможност за разпределяне на общия пик на абсорбция, чието положение съответства на максималната енергия на гама лъча.

Често нискоенергийни страна на разпределението Compton излъчват широк пик, поради разсейване на гама-лъчи при ъгли, близки до 180 ◦ от прозорците на фотоумножителни, стени на защитния кожух и резервоара за стъклен прозорец, който е опакован в сцинтилаторът. Този връх се нарича връх обратно разсейване (област 2 на фигура 2).

Трябва да се отбележи, че формата на разпределение на недвижими амплитуда в спектъра Комптън обикновено е много по-различна от дизайна. Изчислено разпределение на Compton електронна енергия може да бъде получено от уравнение на Klein-Nishina-Tamm [1, s.43-44]. Фигура 2 за сравнение е показано с пунктираната линия е изчисленото разпределение на Compton електрони за E = 0.5 MeV.

Област 3 на фигура 2 спектъра, свързани с регистрация на шума импулси фотоумножител с малка амплитуда.

импулс тип разпределение амплитуди време на запис гама-кванти силно зависи сцинтилационен детектор от вида на сцинтилатор (неорганична или органична), неговите геометрични размери, както и условията на облъчване. Например, в кристал на големи размери, поради множествена Compton разсейването се наблюдава значително инхибиране на континуум от Compton електрони, и съответно увеличаване на интензитета на пика, съответстващ на обща гама квант поглъщане на енергия.

Точността на измерване на спектралния състав на йонизиращо лъчение и способността да се разделят близко разположени захранващи линии за запис се определя от решението на енергия от детектора на сцинтилация. Относително енергия резолюция на сцинтилационен детектор е равен на делта

, енергия на частиците абсорбира в сцинтилаторът, ЛЕ - - gdeE абсолютен енергия резолюция на детектора е равна на ширината на половин максимална амплитуда разпределение, получено по време на регистрацията моноенергетичната частици и изразено в енергийни единици.

При регистриране сцинтилационен детектор на гама-лъчи при енергии до 2 MeV 1,5 ÷ зависимост от относителната енергия на резолюцията на фотонна енергия може да бъде съвсем точно описан от връзката

стойност В зависи по същество от качеството на производство на фотоумножи, по-специално за това как фотокатод същите свойства в различни точки, като ефективно събиране на електрони на първия dynode, е качеството и еднородността на светлина колекцията в сцинтилаторът, оптичен контакт с фотоумножи и т.н. В1 стойност се определя основно от броя на фотоните сцинтилационни генерирани и техните загуби в сцинтилатор, фотокатода, по време на събирането на първия dynode на фотоумножи. За най-добре с натриев йодид сцинтилационен детектор кристал (Tl) стойност С1 може да достигне 1,510 -3 MeV и стойност В 2

210 -4. В такива стойности на С1 и В2 δ относителна резолюция енергия за гама лъчи с енергия от 1 MeV е приблизително 4,5%.

При високи стойности на гама енергия става значителна радиация изтичане от кристала, т.е. се излиза от електрони сцинтилаторни формира в близост до повърхността на кристала. Това води до по-малки импулсни амплитуди и влошаването на резолюцията на енергия.

Когато се използва органичен сцинтилатор с обикновено малък среден атомен номер (

6) фотопик почти отсъства, тъй fotoeffekta напречно сечение на гама лъчи зависи от това колко  Z.