شرکت دیده رایان صنعتی اصفهان (درصا)|info@dorsa-co.ir
//سوسوزن – Scintillator

سوسوزن – Scintillator

آشکار ساز سوسوزن(شمارنده سنتیلاتور) scintillation
دید کلی
در یک بلور جسم جامد ، برهم گنش میان ذرهء باردار حامل انرژی و الکترونها باعث کنده شدن الکترون از محل خود در شبکه بلور می شود. هنگامی که الکترونی در این تهی جا (جای خالی) می افتد نور گسیل می شود که بعضی از بلورها نسبت به این نور شفاف هستند. بنابراین عبور ذزهء باردار حامل انرژی در بلور با سنتیلاسیون یا سوسوزنی نور گسیل شده از بلور علامت داده می شود. این نور در یک آشکارساز سوسوزن به یک تپ الکتریکی تبدیل می شود.
تاریخچه:
رادفورد از این روش با استفاده از Z n s به عنوان سنتیلاتور برای شمارش ذرات آلفای پراکنده در تجربهء تاریخی خود به نام پراکندگی آلفا استفاده می شود. این روش خسته کننده و ابتدایی بود و خیلی زود روش استفاده از شمارنده های گازی که درآن شمارش به طور الکترونیکی انجام شده و درصورت لزوم بدست آوردن اطلاعات دربارهء انرژی اشعه نیز ممکن می باشد، جانشین آن گردید. درسال ۱۹۴۴ لوکان و بیکر فتومولتی پلایر را جانشین روش استفاده با چشم غیرمسلح نمودند و کمی بعد کالمن نفتالین را جانشین کریستال کوچک و نازک Z n s نمود. این دو تغییر انقلابی در آشکارسازی با روش سنتیلاسیون ، آشکارسازی ، ثبت و تجزیه و تحلیل پالس هایی که باهریک از ذرات تابش به وجود می آیند امکان پذیر ساخته است.
مکانیزم کار شمارندهء سنتیلاتور:
وقتی که تابش یونیزه کننده ازداخل سنتیلاتور عبور می کند فتون هایی را به وجود می آورد. فتومولتی پلایر دارای لایه ای با خاصیت فتوالکتریک می باشد وقتی نور بااین لایه برخورد می کند الکترون از آن خارج می شود تعداد الکترونهای خارج شده تابع شمار فتون هایی است با فوتوکاتد برخورد می کنند. الکترونهای گسیل شده توسط سطح فوتوکاتد در میدان الکتریکی شتاب می گیرند و وبه طرف دینود رانده می شوند. دینود صفحه ای است با رویهء خاصی که الکترونها به آسانی ازآن کنده می شوند. هرالکترونی که به دینود می رسد بسته به انرژی که درمیدان الکتریکی دریافت می کند حدود سه یل چهار الکترون از دینود می کند. سپس الکترونهایی که از دینو گسیل می شوندبه طرف دومین دینود شتاب می گیرندو هریک از الکترونها چندین الکترون دیگررا از این دینود جدا می سازند، و این فرایند چندین بار با تعداد الکترونهایی که در هردینود سه یا چهار برابر شده اند تکرار می شود. تکثیرکننده های فوتونی موجود ، تا ۱ ۴ مرحله ای هستند الکترونهای آخرین دینود ( بارکل Q ) توسط یک صفحه( که آند نامیده می شود) جمع می شوند و ازآنجا الکترونها به طرف خازن C1 جریان پیدا می کنند درنتیجه در خازن C باری برابر به بار خازن C1 القا می شود که در خروجی ایجاد ولتاژ می کند که این Voult به کمک مدار RC بصورت یک پالس است.
مواد سنتیلاتور:
بعضی از مواد می توانند انرژی جذب نموده و مقداری ازآن را به صورت نور مجدداً تابش نمایند، این عمل لومینسانس نام دارد. موادی که تابش مجدد را درطول زمانی حدود چند میکروثانیه یا کمتر انجام می دهند به مواد فلورسان موسوم هستند موادی که فاصلهء زمانی جذب انرژی و پس دادن آن به صورت نور برایشان طولانی تر است شان نام دارند. در آشکارسازی تابش ها فقط مواد فلورسان به کار می روند وقتی برای چنین منظوری مورد استفاده قرار می گیرند سنتیلاتور نامیده می شوند. یکی از خواص لازم برای سنتیلاتور این است که باید به مقدار زیاد نسبت به فتوهایی که تابش می کند شفاف باشد. قسمتی از فتون ها که به وسیله سنتیلاتور جذب می گردد بستگی به نوع ماده دارد سنتیلاتورهای غیرآلی تقریباً ۱۰۰% شفاف هستند سنتیلاتورهای آلی به طور کلی شفافیت کم دارند.
انواع مختلف سنتیلاتور مورد استفاده قرار می گیرند مواد غیرآلی جامد بیشتر یدور فلزات قلیایی و موا جامد آلی ، به مقدار زیاد هیدروکربورهای معطر جانشین شده و جانشین نشده، محلول های آلی در حلال های مایع و یا پلاستیک از مواد سنتیلاتور هستند.
لامپ های فتومولتی پذیر:
لامپ فتومولتی پذیر یکی از اساسی ترین قسمت یک سیستم آشکارسازی سنتیلاسیون است. کار اصلی آن تبدیل علامت نوری از سنتیلاتور به یک علامت الکتریکی با انجام یک تقویت خطی با ضریب تقویت بزرگتر از ۱ ۰ ۶ می باشد. این لامپ نباید بخش زمانی یا انرژی قابل توجه داشته باشند.
اولین و مهمترین قسمت فوتوکاتد می باشد. که قسمتی از انرژی فوتون تابشی را به الکترون ها می دهد. در اغلب لامپ های جدید طراحی شده برای شمارش سنتیلاسیون قشر نیمه شفافی از c s sb درسطح داخلی شیشه یا کوارتز و ابتدای لامپ ، قرار داده شده است. این نوع فتوکاتد دارای راندمان عددی (نسبت فتوالکترونها به فوتون های تابشی ) حدود ۱۰% می باشند.
رابطه بین ارتفاع پالس و انرژی:
رابطهء معلومی بین انرژی اشعه تابشی و ارتفاع پالس های ایجادشده بوسیله اشعه وجود دارد. برای شمارنده های گازی ، به استثنای آنهایی که در ناحیهء گایگر کار می کنند، و برای شمارنده های نیمه هادی این رابطه خطی است. در شمارنده های سنتیلاسیون رفتار سنتیلاتورهای مختلف در این مورد متفاوت می باشد. برای سنتیلاتورهای غیرآلی درگام پهنی از انرژی ، ارتفاع پالس بطور خطی برای الکترون ها ، پروتون ها و دوترون های تابشی بر سنتیلاتور نتناسب باانرژی است. درمورد اشعه بتا به دلیل پراکندگی به عقب رابطه خطی نیست. درمورد اشعه گاما ، سنتیلاتورهای انرژی زا از الکترون های ایجاد شده بوسیله اشعه گاما دریافت می نمایند. بنابراین رابطه خطی مشابهی بین انرژی اشعه گاما و ارتفاع پالس برقرار می باشد. مقدار کمی رابطه غیرخطی بین الکترون های ایجادشده و اشعه گامایی که انرژی آن پایین تر از چندصد kev می باشد، مشاهده شده است. برای ذرات سنگین تر رابطه غیرخطی درگام انرژی خیلی پهن اتفاق می افتد. درمورد سنتیلاتورهای آلی رابطه غیرخطی برای اشعه بتا و گاما در انرژی های خیلی پایین تقریباً چند kev اتفاق می افتد، در صورتی رابطه غیرخطی برای ذرات ینگین تر در گام پهن تری از انرژی ادامه پیدا می کند.
رابطهء بین ارتفاع پالس و جنس ذره:
ارتفاع پالس های ایجادشده بوسیله ذرات سنگین یونیزه کننده نظیر ذرات آلفا ممکن است به مقدار قابل ملاحظه ای با پالس های به وجود آمده از الکترون های با همان انرژی متفاوت باشد. این تفاوت تابع نوع شمارنده می باشد که بطورکلی در مورد شمارنده های گازی و شمارنده های نیمه هادی کوچک است.
آشکارسازی اشعه گاما به وسیلهء شمارنده های سنتیلاسیون:
اشعهء گاما درنتیجهء یکی از مراحل زیر در سنتیلاتور متوقف می گردد #پدیدهء فتوالکتریک #پدیده کامپتون #پدیده جفت سازی.
در مرحله اول الکترون ها به وجود می آیند و در مرحله سوم الکترون ها و پوزیترون ها ایجاد می شوند. این ذرات باردار سنتیلاتور را تحریک کرده و فوتون ها را به وجود می آورند بنابراین ارتفاع پالس ایجاد شده به وسیله اشعه گاما متناسب با انرژی الکترون ( پوزیترون ) می باشد می توان نتیجه گرفت که توزیع ارتفاع پالس ( یعنی تعداد پالس ها برحسب ارتفاع پالس ) تابع سطح مقطع های نسبی دراین مراحل است.
آشکارسازی ذرات باردار بوسیلهء شمارنده های سنتیلاسیون:
هرنوع سنتیلاتور را می توان برای آشکارسازی ذرات باردار به کاربرد برای ذرات آلفا چون برد آنها خیلی کوچک است، کریستال های نازک به کار می برند برای سایر تابش ها ، مانند ذرات آلفا چون برد.
درشمارش بتا با سنتیلاتورها توجه خاصی به این دو فاکتور شود #پراکندگی به عقب #توزیع انرژی اتصالی برای ذرات بتا از چشمه های رادیواکتیو. پراکندگی به عقب در مورد سنتیلاتورهای پلاستیک آلی خیلی کوچک است لذا این کریستالها برای اسپکتروسکپی الکترون مورد استفاده قرار می گیرند.
آشکارسازی نوترون ها:
آشکارسازی نوترون ها تابع واکنش هایی است که درآن یک ذره باردار بوجود می آید برای نوترون های سریع آشکارسازی تابع پراکندگی الاستیک n –p بوده و برای نوترون های آهسته تابع واکنش های هسته ای Li 7 B(n ) 10 ویا ۱۴e 4 Li(n – 3H) می باشد. هردو واکنش هسته ای دارای این مزیت هستند که در آنها اشعه گاما به وجود نمی آید و محصولات واکنش دارای انرژی جنبشی خیلی زیاد هستند.

scintillator

scintillator

۱۳۹۸-۶-۳۰ ۱۷:۵۴:۱۵ +۰۰:۰۰