Les détecteurs à scintillation font partie des équipements de mesure destinés à détecter les particules élémentaires. Leur caractéristique est que la lecture se fait grâce à l'utilisation de systèmes sensibles à la lumière. Pour la première fois ces instruments ont été utilisés en 1944 pour mesurer le rayonnement de l'uranium. Il existe plusieurs types de détecteurs en fonction du type d'agent de travail.
Destination
Les détecteurs à scintillation sont largement utilisés aux fins suivantes:
- enregistrement de la pollution radioactive de l'environnement;
- analyse de matières radioactives et autres études physiques et chimiques;
- utiliser comme élément pour lancer des systèmes de détection plus complexes;
- étude spectrométrique des substances;
- élément de signalisation des systèmes de radioprotection (par exemple, équipement dosimétrique destiné à signaler l'entrée d'un navire dans une zone de contamination radioactive).
Les compteurs peuvent produire à la fois un enregistrement de qualitérayonnement et mesurer son énergie.
Disposition des détecteurs
La structure de base d'un détecteur de rayonnement à scintillation est illustrée dans la figure ci-dessous.
Les principaux éléments de l'équipement sont les suivants:
- photomultiplicateur;
- scintillateur conçu pour convertir l'excitation du réseau cristallin en lumière visible et la transmettre au convertisseur optique;
- contact optique entre les deux premiers appareils;
- stabilisateur de tension;
- système électronique d'enregistrement des impulsions électriques.
Types
Il existe la classification suivante des principaux types de détecteurs à scintillation selon le type de substance qui devient fluorescente lorsqu'elle est exposée au rayonnement:
- Mètres aux halogénures alcalins inorganiques. Ils sont utilisés pour enregistrer les rayonnements alpha, bêta, gamma et neutronique. Plusieurs types de monocristaux sont produits dans l'industrie: iodure de sodium, césium, potassium et lithium, sulfure de zinc, tungstates alcalino-terreux. Ils sont activés avec des impuretés spéciales.
- Monocristaux organiques et solutions transparentes. Le premier groupe comprend: l'anthracène, le tolane, le trans-stilbène, le naphtalène et d'autres composés, le second groupe comprend le terphényle, les mélanges d'anthracène avec le naphtalène, les solutions solides dans les plastiques. Ils sont utilisés pour les mesures de temps et pour la détection des neutrons rapides. Les additifs d'activation dans les scintillateurs organiques ne sont pascontribuer.
- Milieu gazeux (He, Ar, Kr, Xe). De tels détecteurs sont principalement utilisés pour détecter des fragments de fission de noyaux lourds. La longueur d'onde du rayonnement se situe dans le spectre ultraviolet, ils nécessitent donc des photodiodes appropriées.
Pour les détecteurs de neutrons à scintillation d'une énergie cinétique jusqu'à 100 keV, on utilise des cristaux de sulfure de zinc activés avec un isotope de bore d'un nombre de masse de 10 et 6Li. Lors de l'enregistrement des particules alpha, le sulfure de zinc est appliqué en couche mince sur un substrat transparent.
Parmi les composés organiques, les plastiques à scintillation sont les plus utilisés. Ce sont des solutions de substances luminescentes dans des plastiques de haut poids moléculaire. Le plus souvent, les plastiques à scintillation sont fabriqués à base de polystyrène. Des plaques minces sont utilisées pour enregistrer les rayonnements alpha et bêta, et des plaques épaisses sont utilisées pour les rayons gamma et X. Ils sont produits sous forme de cylindres polis transparents. Par rapport aux autres types de scintillateurs, les scintillateurs en plastique présentent plusieurs avantages:
- temps de clignotement court;
- résistance aux dommages mécaniques, à l'humidité;
- constance des caractéristiques à fortes doses d'exposition aux rayonnements;
- faible coût;
- facile à faire;
- haute efficacité d'enregistrement.
Photomultiplicateurs
Le principal composant fonctionnel de cet équipement est un photomultiplicateur. C'est un système d'électrodes montéesdans un tube de verre. Pour se protéger des champs magnétiques extérieurs, il est placé dans un boîtier métallique constitué d'un matériau à haute perméabilité magnétique. Cela protège des interférences électromagnétiques.
Dans le photomultiplicateur, le flash lumineux est converti en une impulsion électrique et le courant électrique est également amplifié en raison de l'émission secondaire d'électrons. La quantité de courant dépend du nombre de dynodes. La focalisation des électrons se produit en raison du champ électrostatique, qui dépend de la forme des électrodes et du potentiel entre elles. Les particules chargées assommées sont accélérées dans l'espace interélectrode et, tombant sur la dynode suivante, provoquent une autre émission. De ce fait, le nombre d'électrons augmente plusieurs fois.
Détecteur à scintillation: comment ça marche
Les compteurs fonctionnent comme ceci:
- Une particule chargée pénètre dans la substance de travail du scintillateur.
- L'ionisation et l'excitation des molécules de cristal, de solution ou de gaz se produisent.
- Les molécules émettent des photons et après des millionièmes de seconde, elles reviennent à l'équilibre.
- Dans le photomultiplicateur, le flash de lumière est "amplifié" et frappe l'anode.
- Le circuit anodique amplifie et mesure le courant électrique.
Le principe de fonctionnement du détecteur à scintillation est basé sur le phénomène de luminescence. La principale caractéristique de ces dispositifs est l'efficacité de conversion - le rapport entre l'énergie d'un flash de lumière et l'énergie perdue par une particule dans la substance active du scintillateur.
Pour et contre
Les avantages des détecteurs de rayonnement à scintillation incluent:
- efficacité de détection élevée, en particulier pour les rayons gamma à ondes courtes à haute énergie;
- bonne résolution temporelle, c'est-à-dire la possibilité de donner une image séparée de deux objets (elle atteint 10-10 s);
- mesure simultanée de l'énergie des particules détectées;
- possibilité de fabriquer des comptoirs de différentes formes, simplicité de la solution technique.
L'inconvénient de ces compteurs est la faible sensibilité aux particules de faible énergie. Lorsqu'ils sont utilisés dans le cadre de spectromètres, le traitement des données obtenues devient beaucoup plus compliqué, car le spectre a une forme complexe.
