Сцинтилляционные счетчики

Сцинтилляционные счетчики уже в течение многих лет являются наиболее распространенными детекторами ионизирующего излучения. Их достоинства хорошо известны: высокая плотность вещества в чувствительном объеме детектора, относительно небольшое время реакции на частицу или квант, вызвавших сцинтилляцию, возможность выбора приемлемых размеров и свойств сцинтиллятора.

Существуют две разновидности сцинтилляторов: неорганические и органические.

Неорганические сцинтилляторы

Для регистрации нейтронов и заряженных частиц, а также при решении специальных задач используют широкую номенклатуру сцинтилляционных детекторов, но все-таки доминирующее положение в технике радиационных измерений занимают сцинтилляционные счетчики с кристаллами NaI(Tl), в ниже приведенной таблице находятся основные характеристики некоторых органических сцинтилляторов.

Совершенствование технологии изготовления кристаллов позволило добиться энергетического разрешения сцинтилляционных счетчиков, приемлемых для многих применений (около 6% для энергий 662 кэВ и 8,5% для энергий 1,133 МэВ у кристалла средних размеров). Потребность в измерении малых радиационных полей и малых значений активности стимулировал развитие методов производства сцинтиблоков больших объемов (вплоть до кристаллов диаметром 500 – 750 мм и высотой 200 – 250 мм), полностью поглощающих фотоны g - излучения с энергией до 1 МэВ. Были разработаны методы изготовления детекторов различной формы и геометрии из поликристаллического материала. Достаточно распространены кристаллы NaI(Tl) с «колодцем», позволяющие располагать радиоактивный препарат в центре чувствительного объема детектора и проводить измерения в геометрии, близкой к 4П.

Получили распространение кристаллы NaI(Tl) с встроенным реперным источником

241Am для стабилизации сцинтилляционного детектора во времени и при изменении температуры окружающей среды, в частности кристаллы с внесением a- излучателя 241Am в кристаллическую решетку NaI(Tl). Детектирование моноэнергетических a

a - частиц дает в распределении амплитуд пик, эквивалентный энергии a - излучения 3,15 МэВ, удобный для автоматической стабилизации коэффициента преобразования энергии в амплитуду выходного сигнала.

Усовершенствование материала и технологии упаковки кристалла позволили создать также сцинтилляторы, работающие при высоких температурах окружающей среды, используемые, например для измерения параметров плазмы. Чтобы выдерживать такие условия, детекторы NaI(Tl) должны сохранять герметизацию и удовлетворительные оптические свойства при высоких температурах.

Наряду с совершенствованием технологии изготовления классических сцинтилляторов в последние годы велись работы по использованию новых видов неорганических сцинтилляторов, позволяющих более эффективно решать отдельные задачи.

В тех случаях, когда ограничен объем детектора g - излучения большой интерес вызывают сцинтилляторы, обладающие большой плотностью и позволяющие повысить эффективность регистрации g - излучения. Один из таких сцинтилляторов – ортогермант висмута Be4Ge3O12 (BGO). Кристаллы BGO обладают по сравнению с NaI(Tl) ,более высокой поглощающей способностью, что позволяет снизить объем детектора на порядок. Кроме того, этот сцинтиллятор имеет малую чувствительность к нейтронам, что оказывается удобным при измерении  - излучения в смешанных полях. При изготовлении кристаллов BGO не возникает проблем равномерного распределения активатора для хорошей равномерности. Существенный недостаток этого сцинтиллятора – низкий световой выход; однако улучшение технологии и получение чистого сырья позволили для кристаллов BGO с диаметром 25 мм и высотой 2,5 мм улучшить энергетическое разрешение с 15 до 9,5%.

Наконец, для многих неорганических сцинтилляторов, и в частности для NaI(Tl), свойственно послесвечение – наличие долговременного компонента высвечивания; кристаллы BGO обладают минимальным послесвечением.

Наименьшая длительность сцинтилляций в неорганических кристаллах была получена с детекторами из фторида бария BaF2 быстрый компонент сцинтилляции позволяет получить временное разрешение в 4 – 5 раз лучше, чем NaI(Tl), и приближающееся к значениям, достигаемым с пластическими сцинтилляторами.

Органические сцинтилляторы

Из-за некоторых преимуществ органические сцинтилляторы – как пластические, так и жидкостные – по прежнему оказываются предпочтительными при решении многих задач радиационных измерений. К их достоинствам относятся короткое время высвечивания ( менее 10 нс ) , позволяющее выполнять блоки детектирования, работающие при больших импульсных загрузках, а также эффективно выделять случаи одновременного воздействия на детекторы двух частиц или квантов, относительно высокая плотность вещества в чувствительном объеме детектора, высокий световой выход при сцинтилляции, малая зависимость коэффициента преобразования поглощенной энергии в свет от внешних условий. Важные свойства органических сцинтилляторов – возможность изменения состава, гибкость при выполнении детекторов различного объема и формы. Наконец, они позволяют наиболее просто и дешево изготовить детекторы большого объема.

Органические сцинтилляторы широко используют для детектирования и спектрометрии b - излучения, поскольку обратное рассеяние от поверхности такого сцинтиллятора существенно меньше, чем от детектора с большим Z. Для этой цели чаще всего применяют пластические сцинтилляторы с геометрией, обеспечивающей уменьшение эффекта обратного рассеяния.

Пластические сцинтилляторы удобно использовать для измерения удельной активности жидкостей.

Органические сцинтилляторы наиболее часто используют как детекторы быстрых нейтронов. У многих таких сцинтилляторов различается форма импульсов, вызванных регистрацией нейтронов или g - излучения, что позволяет осуществить избирательную регистрацию быстрых нейтронов в смешанных радиационных полях.