Сцинтилляцын тоолуур нь сцинтиллятор (фосфор) ба фотоэлектроник төрлийн үржүүлэгч зэрэг хоёр бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ. Үндсэн тохиргоонд үйлдвэрлэгчид энэ тоолуурт PMT импульсийг олшруулах, бүртгэх боломжийг олгодог цахилгаан эрчим хүч, радио төхөөрөмжийн эх үүсвэрийг нэмсэн. Ихэнхдээ энэ системийн бүх элементүүдийн хослолыг оптик систем - гэрлийн хөтөч ашиглан гүйцэтгэдэг. Цаашид өгүүлэлд бид сцинтилляцийн тоолуурын ажиллах зарчмыг авч үзэх болно.
Ажлын онцлог
Синтилляцын тоолуурын төхөөрөмж нь нэлээд төвөгтэй тул энэ сэдвийг илүү анхаарч үзэх хэрэгтэй. Энэ аппаратын үйл ажиллагааны мөн чанар нь дараах байдалтай байна.
Цэнэглэгдсэн бөөмс төхөөрөмжид нэвтэрч, үүний үр дүнд бүх молекулууд өдөөгддөг. Эдгээр объектууд тодорхой хугацааны дараа суурьшдаг бөгөөд энэ процесст фотон гэж нэрлэгддэг бодисуудыг ялгаруулдаг. Энэ бүх үйл явц нь гэрлийн гялбаа үүсэхэд зайлшгүй шаардлагатай. Зарим фотонууд фотокатод руу дамждаг. Энэ процесс нь фотоэлектрон үүсэхэд зайлшгүй шаардлагатай.
Фотоэлектронууд анхаарлаа төвлөрүүлж, хүргэж байнаанхны электрод. Энэ үйлдэл нь PMT гэж нэрлэгддэг ажлын улмаас үүсдэг. Дараагийн үйлдлээр эдгээр ижил электронуудын тоо хэд хэдэн удаа нэмэгддэг бөгөөд энэ нь электрон ялгаралтыг хөнгөвчилдөг. Үр дүн нь хурцадмал байдал юм. Цаашилбал, энэ нь зөвхөн шууд үр нөлөөг нь нэмэгдүүлдэг. Импульсийн үргэлжлэх хугацаа ба түүний гарц дахь далайц нь шинж чанараар тодорхойлогддог.
Фосфорын оронд юу хэрэглэдэг вэ?
Энэ төхөөрөмжид фосфор гэх мэт элементийг орлуулах төхөөрөмжийг зохион бүтээжээ. Ерөнхийдөө үйлдвэрлэгчид ашигладаг:
- органик төрлийн талст;
- шингэн сцинтиллятор, мөн органик төрлийн байх ёстой;
- хуванцараар хийсэн хатуу сцинтиллятор;
- хийн сцинтиллятор.
Фосфор орлуулах талаарх мэдээллийг харахад үйлдвэрлэгчид ихэнх тохиолдолд зөвхөн органик бодис хэрэглэдэг болохыг харж болно.
Үндсэн шинж чанар
Синтилляцийн тоолуурын үндсэн шинж чанарын талаар ярих цаг болжээ. Юуны өмнө гэрлийн гаралт, цацраг туяа, түүний спектрийн найрлага гэж нэрлэгддэг цацрагийн үргэлжлэх хугацааг тэмдэглэх шаардлагатай.
Янз бүрийн цэнэгтэй бөөмсийг сцинтиллятороор дамжуулах явцад тодорхой тооны фотонууд үүсдэг бөгөөд тэдгээр нь энд эсвэл өөр энерги зөөдөг. Үйлдвэрлэсэн фотонуудын нэлээд том хэсэг нь саванд шингэж, устгагдах болно. Фотоны орондшингээгдсэн үед бусад төрлийн бөөмс үүсэх бөгөөд энэ нь арай бага шинж чанартай энергийг илэрхийлнэ. Энэ бүх үйлдлийн үр дүнд фотонууд гарч ирэх бөгөөд тэдгээрийн шинж чанар нь зөвхөн сцинтилляторт зориулагдсан болно.
Гэрлийн гаралт
Дараа нь сцинтилляцийн тоолуур болон түүний ажиллах зарчмыг анхаарч үзээрэй. Одоо гэрлийн гаралтад анхаарлаа хандуулцгаая. Энэ процессыг мөн хувиргах төрлийн үр ашиг гэж нэрлэдэг. Гэрлийн гаралт гэдэг нь гарч буй энерги болон сцинтилляторт алдагдсан цэнэглэгдсэн бөөмийн энергийн харьцаа юм.
Энэ үйлдэлд фотонуудын дундаж тоо зөвхөн гадагшаа гардаг. Үүнийг фотонуудын дундаж шинж чанарын энерги гэж бас нэрлэдэг. Төхөөрөмжид байгаа тоосонцор бүр нь моноэнергетикийг үүсгэдэггүй, харин зөвхөн спектрийг тасралтгүй зурвас хэлбэрээр гаргадаг. Эцсийн эцэст тэр ийм төрлийн ажлын онцлог шинж чанартай байдаг.
Хамгийн чухал зүйлд анхаарлаа хандуулах хэрэгтэй, учир нь энэхүү фотонуудын спектр нь бидний мэддэг сцинтилляторыг бие даан орхидог. Энэ нь PMT-ийн спектрийн шинж чанартай давхцах эсвэл ядаж хэсэгчлэн давхцах нь чухал юм. Өөр шинж чанартай сцинтилляторын элементүүдийн давхцлыг зөвхөн үйлдвэрлэгчдийн тохиролцсон коэффициентээр тодорхойлно.
Энэ коэффициентэд гаднах төрлийн спектр буюу манай фотонуудын спектр энэ төхөөрөмжийн гадаад орчинд ордог. Өнөөдөр "сцинтилляцийн үр ашиг" гэж ийм зүйл байдаг. Энэ нь төхөөрөмжийг харьцуулах явдал юмбусад PMT өгөгдөл.
Энэ ойлголт нь хэд хэдэн талыг нэгтгэсэн:
- Үр ашиг гэдэг нь шингэсэн энергийн нэгж тутамд сцинтиллятороос ялгарах фотоны тоог харгалзан үздэг. Энэ үзүүлэлт нь төхөөрөмжийн фотонд мэдрэмтгий байдлыг харгалзан үздэг.
- Энэхүү ажлын үр нөлөөг дүрмээр бол стандарт болгон авсан сцинтилляторын синтилляторын үр дүнтэй харьцуулах замаар үнэлдэг.
Янз бүрийн гялбааны өөрчлөлт
Цинтилляцийн тоолуурын ажиллах зарчим нь дараахь чухал зүйлээс бүрддэг. Сцинтилляци нь тодорхой өөрчлөлтөд өртөж болно. Тэдгээрийг тусгай хуулийн дагуу тооцдог.
Үүн дотор I0 нь бидний авч үзэж буй туяарах хамгийн их эрчмийг харуулж байна. Индикаторын хувьд t0- энэ нь тогтмол утга бөгөөд энэ нь сулрал гэж нэрлэгддэг цагийг илэрхийлдэг. Энэ бууралт нь эрчим нь тодорхой (e) дахин багасах хугацааг харуулдаг.
Мөн фотон гэж нэрлэгддэг тоонд анхаарлаа хандуулах хэрэгтэй. Үүнийг манай хуулийн n үсгээр тэмдэглэсэн байдаг.
Сцинтилляцийн явцад ялгарах фотоны нийт тоо хаана байна. Эдгээр фотонууд нь тодорхой цагт ялгардаг бөгөөд төхөөрөмжид бүртгэгддэг.
Фосфорын ажлын процесс
Бид өмнө нь бичсэнчлэн сцинтилляцийн тоолуурфосфор зэрэг элементийн ажлын үндсэн дээр ажилладаг. Энэ элементэд люминесцент гэж нэрлэгддэг процесс явагддаг. Мөн хэд хэдэн төрөлд хуваагдана:
- Эхний төрөл нь флюресценц.
- Хоёр дахь төрөл нь фосфоресценц юм.
Эдгээр хоёр зүйл нь үндсэндээ цаг хугацааны хувьд ялгаатай. Анивчих нь өөр процесстой хамт эсвэл 10-8 секундын дарааллаар явагдах үед энэ нь эхний төрлийн процесс юм. Хоёрдахь төрлийн хувьд энд хугацааны интервал өмнөх төрлөөс арай урт байна. Энэ интервал нь тайван бус төлөвт байгаа атомын амьдралтай тохирч байгаа тул цаг хугацааны энэ зөрүү үүсдэг.
Нийтдээ эхний процессын үргэлжлэх хугацаа нь тухайн атомын тайван бус байдлын индексээс огт хамаардаггүй, гэхдээ энэ процессын үр дүнгийн хувьд энэ элементийн өдөөх чадвар нь түүнд нөлөөлдөг. Зарим талстуудын тайван бус байдлын үед гарах хурд нь фото өдөөлтөөс арай бага байдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Фосфоресцент гэж юу вэ?
Синтилляци тоолуурын давуу тал нь фосфоресценцийн процессыг агуулдаг. Энэ үзэл баримтлалын дагуу ихэнх хүмүүс зөвхөн люминесценцийг ойлгодог. Тиймээс бид энэ үйл явц дээр үндэслэн эдгээр шинж чанаруудыг авч үзэх болно. Энэ үйл явц нь тодорхой төрлийн ажил дууссаны дараа үйл явцын үргэлжлэл гэж нэрлэгддэг үйл явц юм. Кристал фосфорын фосфоресцент нь өдөөлтийн үед үүссэн электрон ба нүхний дахин нэгдлээс үүсдэг. Мэдээжийн хэрэгФосфорын объектуудад электронууд болон тэдгээрийн нүхнүүд урхинд ордог тул үйл явцыг удаашруулах нь туйлын боломжгүй юм. Яг эдгээр урхинаас тэд бие даан гарч болох боловч үүний тулд бусад бодисын нэгэн адил нэмэлт эрчим хүч авах шаардлагатай.
Үүнтэй холбогдуулан процессын үргэлжлэх хугацаа нь тодорхой температураас хамаарна. Хэрэв органик шинж чанартай бусад молекулууд мөн үйл явцад оролцдог бол фосфоресценцийн үйл явц нь зөвхөн метастал төлөвт байгаа тохиолдолд л явагдана. Мөн эдгээр молекулууд хэвийн төлөвт орж чадахгүй. Зөвхөн энэ тохиолдолд л энэ үйл явц нь хурд болон температураас хамааралтай болохыг харж болно.
Тоолуурын онцлог
Гялалзах тоолуур нь давуу болон сул талуудтай бөгөөд бид үүнийг энэ хэсэгт авч үзэх болно. Юуны өмнө бид төхөөрөмжийн давуу талыг тайлбарлах болно, учир нь тэдгээр нь маш олон байдаг.
Мэргэжилтнүүд түр зуурын чадвар нэлээд өндөр байгааг онцолж байна. Цаг хугацаа өнгөрөхөд энэ төхөөрөмжөөс ялгарах нэг импульс арван секундээс хэтрэхгүй. Гэхдээ энэ нь зарим төхөөрөмжийг ашиглаж байгаа тохиолдолд тохиолддог. Энэхүү тоолуур нь бие даасан цэнэгтэй бусад аналогиас хэд дахин бага үзүүлэлттэй байдаг. Энэ нь тоолох хурд хэд дахин нэмэгддэг тул үүнийг ашиглахад ихээхэн хувь нэмэр оруулдаг.
Эдгээр төрлийн тоолуурын дараагийн эерэг чанар нь хоцрогдсон импульсийн маш бага үзүүлэлт юм. Гэхдээ ийм үйл явц нь тоосонцор бүртгэлийн хугацаа өнгөрсний дараа л хийгддэг. Энэ нь ижил юмЭнэ төрлийн төхөөрөмжийн импульсийн цагийг шууд хэмнэх боломжийг танд олгоно.
Мөн сцинтилляцийн тоолуур нь мэдрэлийн эсүүд болон тэдгээрийн цацрагийг багтаасан зарим бөөмсийг нэлээд өндөр түвшинд бүртгэдэг. Бүртгэлийн түвшинг нэмэгдүүлэхийн тулд эдгээр хэсгүүд нь илрүүлэгч гэж нэрлэгддэг бодисуудтай урвалд орох нь зайлшгүй юм.
Төхөөрөмжийн үйлдвэрлэл
Синтилляцын тоолуурыг хэн зохион бүтээсэн бэ? Үүнийг 1947 онд Германы физикч Калман Хартмут Паул хийж, 1948 онд эрдэмтэн нейтрон туяаг зохион бүтээжээ. Сцинтилляцийн тоолуурын ажиллах зарчим нь түүнийг нэлээд том хэмжээгээр үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Энэ нь хэт ягаан туяаг агуулсан нэлээд том энергийн урсгалын герметик шинжилгээг хийх боломжтой болоход хувь нэмэр оруулдаг.
Төхөөрөмжид нейтронууд маш сайн харилцан үйлчлэлцдэг тодорхой бодис оруулах боломжтой. Энэ нь мэдээжийн хэрэг ийм төрлийн тоолуур үйлдвэрлэх болон цаашид ашиглахад шууд эерэг шинж чанартай байдаг.
Дизайн төрөл
Синтилляцийн тоолуурын хэсгүүд нь түүний өндөр чанарын гүйцэтгэлийг баталгаажуулдаг. Төхөөрөмжийг ажиллуулахад хэрэглэгчид дараах шаардлагыг тавьдаг:
- фотокатод гэж нэрлэгддэг зүйл нь гэрлийн цуглуулгын хамгийн сайн үзүүлэлт юм;
- энэ фотокатод дээр гэрлийн онцгой жигд тархалт байдаг;
- төхөөрөмж дэх шаардлагагүй тоосонцор харанхуйлсан;
- соронзон орон нь зөөвөрлөгчийн үйл явцад огт нөлөөлдөггүй;
- коэффицентэнэ тохиолдолд тогтвортой байна.
Синтилляцийн тоолуурын сул тал нь хамгийн бага. Ажил гүйцэтгэхдээ импульсийн төрлийн дохионы далайц нь бусад төрлийн далайцтай тохирч байгаа эсэхийг шалгах шаардлагатай.
Лангууны савлагаа
Синтилляцийн тоолуур нь ихэвчлэн нэг талдаа шилтэй металл саванд савлагдсан байдаг. Түүнчлэн, тусгай материалын давхарга нь савны өөрөө болон сцинтилляторын хооронд байрладаг бөгөөд энэ нь хэт ягаан туяа, дулааныг нэвтрүүлэхээс сэргийлдэг. Хуванцар сцинтилляторыг битүүмжилсэн саванд хийх шаардлагагүй, гэхдээ бүх хатуу сцинтиллятор нь нэг төгсгөлд гарах цонхтой байх ёстой. Энэ төхөөрөмжийн савлагаанд анхаарлаа хандуулах нь маш чухал юм.
Тоолуурын ашиг тус
Синтилляцийн тоолуурын давуу талууд нь дараах байдалтай байна:
- Энэ төхөөрөмжийн мэдрэмтгий чанар үргэлж хамгийн дээд түвшинд байдаг бөгөөд түүний шууд үр нөлөө нь үүнээс шууд хамаардаг.
- Хэрэгслийн боломжууд нь олон төрлийн үйлчилгээг агуулдаг.
- Тодорхой бөөмсийг ялгах чадвар нь зөвхөн энергийн талаарх мэдээллийг ашигладаг.
Дээрх үзүүлэлтүүдээс шалтгаалан энэ төрлийн тоолуур бүх өрсөлдөгчдөөсөө илүү гарсан бөгөөд энэ төрлийн хамгийн шилдэг төхөөрөмж болсон нь зүй ёсны хэрэг юм.
Түүний сул тал нь мэдрэмтгий ойлголтыг агуулдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.тодорхой температурын өөрчлөлт, түүнчлэн хүрээлэн буй орчны нөхцөл байдал.
