Приложение 4


Сцинтиллятор NaI(Tl)

Монокристаллический йодистый натрий, активированный таллием NaI(Tl), в настоящее время является самым распространенным из всех сцинтилляционных материалов. Сцинтиллятор NaI(Tl) отличается высоким световыходом — на образование одного фотона в нем затрачивается около 25 эВ. Спектр люминесценции хорошо согласуется со спектральной чувствительностью бищелочных фотокатодов фотоэлектронных умножителей. Сцинтиллятор NaI(Tl) имеет высокую прозрачность к свету собственного излучения и сравнительно прост в изготовлении. Большим недостатком кристалла является его высокая гигроскопичность.

Сцинтиллятор NaI(Tl) очень восприимчив к воздействию излучения, т.е. при длительном облучении происходит ухудшение характеристик материала, также NaI(Tl) не стоит подвергать облучению ультрафиолетовым излучением испускаемому люминесцентными лампами или солнечным светом. Сцинтилляционные кристаллы NaI(Tl) выращиваются с типичным уровнем содержания калия менее 0,00005%, что позволяет использовать их в низкофоновых применениях.

В комнатных условиях световыход сцинтиллятора NaI(Tl) максимален. Ниже 0 °С и выше 60 °С световыход существенно падает. Понижение температуры сопровождается ухудшением собственного разрешения монокристалла в результате возникновения неоднородности светового выхода. От температуры также оказывается зависящим и время высвечивания сцинтиллятора. С ростом температуры оно уменьшается, сначала круто до 150 нс около 60°С, а затем более плавно до 100 нс. Температурный коэффициент составляет 0,22 -0,5 %/°С и зависит от типа образца. При резком изменении температуры возможно разрушение кристалла.

Для небольшого кристалла энергетическое разрешение определяется в основном статистикой фотоэлектронов. Стандартным является измерение энергетического разрешения для фотонов с энергией 662 кэВ от радиоактивного источника Cs137. Полученное на кристалле NaI(Tl) диаметром D=25 мм и высотой H = D наилучшее разрешение составляет 5,6%. Обычно же разрешение составляет 6,5-7,5% для кристаллов размером до D=H=76 мм и 7,5-10% при больших размерах.


Свойства сцинтиллятора NaI(Tl):

Параметр

Значение

Плотность, г/см3

3.67

Точка плавления, K

924

Коэффициент температурного расширения, C-1

47.7 * 10-6

Гигроскопичность

да

Максимальная длина волны излучения, нм

415

Коэффициент преломления при максимальном излучении

1.85

Время спада, нс

250

Световыход, фотон/кэВ

38

Температурная зависимость световыхода

-3%/0C



Сцинтиллятор BGO

Главное достоинство ортогерманата висмута BGO - его малая радиационная длина равная 1,13 см. При том же самом объеме кристалл BGO позволяет получить гораздо большую эффективность регистрации фотонов, чем кристаллы NaI(Tl) или CsI(Tl). Спектр люминесценции сцинтиллятора BGO находится несколько правее в районе 480 нм, чем пик чувствительности бищелочного фотокатода фотоэлектронного умножителя. Коэффициент преломления кристалла BGO (n=2,15) существенно выше, чем у коэффициент преломления стекла фотоэлектронного умножителя. Оба эти фактора приводят к снижению количества фотоэлектронов. Технической трудностью является также образование воздушных пузырьков внутри объема кристалла при его изготовлении. На пузырьках происходит рассеяние и, соответственно, потери света. По сравнению с кристаллом Nal(Tl) количество фотоэлектронов полученных от BGO может составлять от 8% до 16% в зависимости от качества изготовления кристалла и его размеров.

Время высвечивания BGO при комнатной температуре составляет 300 нс, т.е. ненамного хуже, чем у Nal(Tl). Однако в отличие от сцинтиллятора NaI(Tl) послесвечение в миллисекундной области у BGO очень мало - 0,005%. Поэтому в целом сцинтиллятор BGO более быстродействующий, чем NaI(Tl). Длительность световспышки кристалла BGO сильно зависит от температуры. При 0 °С она составляет 400 нс, а при 40 °С - 200 нс. Сильна зависимость от температуры и для световыхода. Температурный коэффициент для кристалла BGO составляет 1,2 %/°С. Значительно меньший результирующий световой выход BGO по сравнению с NaI(Tl) сопровождается соответственно ухудшением энергетического разрешения. Из-за недостаточной прозрачности кристаллов BGO к собственному излучению наблюдается существенная зависимость энергетического разрешения от их размеров.

Достоинствами сцинтиллятора BGO являются его хорошие механические свойства при обработке и негигроскопичность. Выявлено, что сцинтилляционный детектор на основе кристалла BGO сравнительно небольших размеров 75х25 мм2 сопоставим по эффективности регистрации гамма-квантов с энергией 4-17 МэВ со сцинтиллятором NaI(Tl) размером 150x100 мм2.


Свойства сцинтиллятора BGO:

Параметр

Значение

Плотность, г/см3

7.13

Точка плавления, K

924

Коэффициент температурного расширения, C-1

7*10-6

Гигроскопичность

нет

Максимальная длина волны излучения, нм

480

Коэффициент преломления при максимальном излучении

2.15

Время спада, нс

300

Световыход, фотон/кэВ

8-10

Температурная зависимость световыхода

-1.2%/0C





 

  • Полное содержание
  • Краткая теория
  • Выполнение работы
  • Контрольные вопросы
  • Библиографический список
  • Приложения