Процесс сцинтилляции

Процесс сцинтилляции условно может быть разделен на две стадии [11, 12] следующим образом. [c.156]

Сцинтилляционные счетчики 116, 17]. При попадании а-частиц на флуоресцирующий экран из сернистого цинка адаптированный к темноте глаз может заметить отдельные световые вспышки. Счет а-частиц по таким сцинтилляциям с помощью прибора, называвшегося спинтарископом, имел большое значение на ранних этапах изучения радиоактивности. Этот метод более не применяется, однако ныне существует современная форма счета сцинтилляций, особенно удобная для регистрации Р- и -лу-чей. Эти излучения создают вспышки света в кристалле антрацена или в другом подходящем сцинтилляторе свет в свою очередь может выбить фотоэлектроны из чувствительного электрода фотоэлектронного умножителя, импульс на выходе которого можно регистрировать. Теория процесса сцинтилляции, роль примесей и т. д. здесь не рассматриваются. Превосходные обзоры этих вопросов имеются в соответствующих книгах и статьях [например, 16, 17, 18, 19]. [c.156]

Обнаружение радиоактивных излучений. Основными методами обнаружения излучений, применяющимися в аналитических исследованиях, являются 1) измерение степени ионизации газа электрическим путем, 2) наблюдение вспышек видимого света, производимого излучением (сцинтилляции), и 3) фотографический метод. Непосредственное действие радиоактивных излучений на фотографические материалы особенно удобно для составления карт распределения радиоактивных веществ в поверхностных слоях твердых материалов, таких, как минералы или биологические образцы. Этот процесс известен под названием радио- [c.212]

Вспышка света люминесценции (сцинтилляция) выбивает из фотокатода фотоэлектроны. Слой сурьмянистого цезия имеет очень малую работу выхода электронов и поэтому при попадании света люминесценции на фотокатод ФЭУ выбивается заметное количество электронов. Эти электроны под действием электрического поля ускоряются и попадают на первый динод. На поверхности динодов нанесено вещество, имеющее тоже малую работу выхода электронов. Поэтому из первого динода выбиваются вторичные электроны. Этот процесс называется вторичной электронной эмиссией. Следовательно, из первого динода вылетает уже больше электронов, чем вылетело из фотокатода. Эти электроны тоже ускоряются электрическим полем и попадают на второй динод, из которого выбиваются еще дополнительные электроны и т. д. В результате этого процесса будет происходить умножение электронов от динода к диноду, и анод достигнет уже большое количество электронов. Итак, небольшое количество электронов, выбитое вспышкой люминесценции [c.55]

В принципе ФЭУ является вакуумным фотоэлементом, в котором в результате вторичной электронной эмиссии число выбитых из фотокатода фотоэлектронов увеличивается в 10 —10 раз. Фотоэлектроны ускоряются за счет приложенного напряжения и попадают на изготовленный из подходящего материала антикатод. При этом на каждый падающий электрон образуется несколько вторичных электронов, которые в свою очередь ускоряются в электрическом поле и выбивают из следующего антикатода новые вторичные электроны. Этот процесс повторяется в фотоэлектронном умножителе несколько раз (8—10 раз), т. е. до тех пор, пока неизмеримо малый ток, вызванный в фотокатоде сцинтилляцией, не превратится на выходе ФЭУ в измеримый импульс тока. [c.108]

Для обнаружения и измерения излучения может использоваться сцинтилляционный метод. При столкновении очень быстрой заряженной частицы с экраном, покрытым сульфидом цинка, возникает процесс, связанный с появлением слабых световых вспышек — сцинтилляций. Каждая сцинтилляция соответствует столкновению с экраном отдельной ядерной частицы, которую, таким образом, можно заметить глазами, привыкшими к темноте. Эгот метод очень утомителен и в такой простой форме едва ли широко применим. Но световые вспышки могут регистрироваться с помощью электронных приборов, что существенно увеличивает возможности метода. [c.48]

В основе сцинтилляционной у-спектрометрии лежит то свойство сцинтилляционного- счетчика, что амплитуда импульса на выходе с ФЭУ при выполнении определенных условий пропорциональна (с точностью до 2%) энергии у-кванта. Однако не следует думать, что все у-кванты с одинаковой данной энергией, равной, например, E- , порождают импульсы с одинаковыми амплитудами. В действительности амплитуды импульсов, вызванных прохождением через сцинтиллятор моноэнергетических у-квантов, существенно различаются между собой из-за сложного характера взаимодействия у-квантов с веществом. Как уже говорилось в гл. I, 2, 4, регистрация у-квантов связана с тремя процессами фотоэффектом, комптонов-ским рассеянием и образованием пар. В каждом из процессов взаимодействия энергия у-кванта частично передается электрону. Размеры кристалла Nal(Tl) выбирают такими, чтобы толщина кристалла по меньшей мере в несколько раз превышала максимальный пробег электронов с наибольшей энергией и относительная доля электронов, вылетающих за пределы сцинтиллятора, была небольшой. Поэтому в большинстве случаев энергия электронов полностью расходуется на возбуждение сцинтиллятора, что приводит к появлению сцинтилляций. Амплитуда каждого из регистрируемых импульсов зависит от того, по какому механизму происходило поглощение у-кванта. [c.109]

В начальный период излучения ядерных процессов визуальный счет сцинтилляций сыграл большую роль, однако в дальнейшем он был вытеснен более совершенным счетчиком Гейгера — Мюллера. В настоящее время сцинтилляционный метод вновь стал широко применяться уже с использованием фотоумножителя. [c.267]

Спектр сцинтилляции разных фосфоров различен максимум их спектральной интенсивности лежит в красной, видимой или ультрафиолетовой областях спектра. Характерно, что спектр излучения данного фосфора не зависит от вида вызвавшей сцинтилляцию ядерной частицы и совпадает со спектром люминесценции, обусловленной ультрафиолетовым излучением. Это свидетельствует о том, что последней ступенью процесса возбуждения фосфора является переход из того же самого возбужденного состояния, что и при фотовозбуждении. [c.74]

Время высвечивания (время сцинтилляции) у разных фосфоров различно. Процесс люминесценции не является мгновенным интенсивность излучения J уменьшается во времени t) по экспоненциальному закону [c.74]

Следует отметить, что электрон может потерять избыточную энергию и нерадиационным путем, например путем перехода ее в тепловую энергию или энергию колебаний решетки. Этот процесс вреден с точки зрения использования неорганических кристаллов в качестве фосфоров, поскольку он уменьшает выход сцинтилляций. [c.75]

Хорошо известно, что сами меченые соединения и растворители, в которых они растворены, могут снижать эффективность регистрации активности, причем этот эффект различен для разных веществ. Подобное явление обусловливается в основном двумя причинами. Во-первых, регистрации сцинтилляций могут мешать окрашенные соединения. Во-вторых, причиной гашения может быть то, что молекулы меченого вещества или его растворителя мешают передаче энергии возбуждения молекулам сцинтиллятора. Эти два механизма определяют цветовое и химическое гашение. На практике оба процесса часто протекают одновременно. [c.25]

В начальный период изучения ядерных процессов визуальный счет сцинтилляций сыграл большую роль, однако в дальнейшем он был вытеснен более совершенным— счетчиком Гейгера — Мюллера. Впоследствии сцинтилляционный метод вновь стал успешно применяться, но уже с использованием фотоумножителя. Большой интерес к сцинтилляционным счетчикам вызван их более высокой чувствительностью по сравнению с ионизационными ко всем видам ядерных излучений, включая у-лучи, я их большой разрешающей способностью (до 10- с), так как у них нет мертвого времени. Кроме того, сцинтилляционные счетчики позволяют измерять энергию радиоактивного излучения. [c.93]

Для обнаружения и измерения радиоактивности применяли и продолжают применять разнообразные способы. Почти все они основаны на ионизации молекул среды, вызываемой излучением. Выбор их зависит от поставленной задачи. Фотографический метод и камера Вильсона особенно эффективны для обнаруживания ядерных процессов и изучения их деталей. Метод сцинтилляций и счетные камеры позволяют подсчитывать числа распадов и таким путем измерять активность. Ионизационные камеры также дают величину активности, но они менее приспособлены для обнаружения отдельных Частиц и их счета. Для последней цели применяют, главным образом, счетчики Гейгер— Мюллера. Мы ограничимся лишь очень кратким описанием основных методов [102] и остановимся позже более подробно на тех из них, которые обычно применяют для измерения активности препаратов меченых атомов. [c.154]

В целом основные явления, рассматриваемые в последующих разделах, относятся к абсолютной сцинтилляционной эффективности 5 и механизму сцинтилляций, т. е. последовательности процессов от начала инициирования до испускания (раздел П1) практической сцинтилляционной эффективности Т, которая зависит от S, а также от степени согласования т спектра испускания и спектральной чувствительности фотоумножителя (раздел IV) сцинтилляционному выходу L по отношению к различным ионизирующим излучениям, тушению при ионизации и поверхностным эффектам (раздел V) времени затухания сцинтилляций т и эффектам самопоглощения в кристаллах, а также переносу энергии в растворах (раздел VI) медленной компоненте сцинтилляций (раздел VII) и повреждению ионизирующим излучением [c.155]

При рассмотрении последовательности процессов при сцинтилляции в любом органическом сцинтилляторе мы будем обозначать основную составную часть сцинтиллятора через X, первичное растворенное вещество через V и вторичное растворенное вещество через Z. Таким образом, три класса сцинтилляционных систем (раздел I, 2) — одинарные, бинарные и тройные — соответственно могут быть обозначены X, Х + У и Х + + 2. [c.156]

Процесс I, по-видимому, и порождает быструю сцинтилляцию с временем затухания от 2 до 30 нсек, так как излучательная дезактивация я-электронных возбужденных состояний и представляет собой флуоресценцию. [c.157]

Рекомбинация ионов, следующая за процессом II, приводит к появлению молекул в возбужденных триплетных или синглетных я-состояниях. Первые дают медленную компоненту сцинтилляции с временем затухания 1 мксек, наблюдаемую у многих органических сцинтилляторов после испускания основной сцинтилляции. [c.157]

Таким образом, доля Р (- О, ) энергии падающего электрона (1 Мэе) затрачивается на прямое возбуждение я-электронных синглетных состояний молекул X до среднего значения энергии возбуждения Еех Эта энергия возбуждения затем участвует в различных вторичных процессах, доля Q испускается в виде флуоресценции (быстрой сцинтилляции). Q является энергетической эффективностью преобразования энергии Еех во флуоресценцию. Абсолютная сцинтилляционная эффективность 5 определяется соотношением [c.160]

Мы можем определить молекулярное время затухания сцинтилляции (Toa )o как время затухания тонкой пластинки кристалла, достаточно тонкой, чтобы самопоглощение было пренебрежимо мало, но, однако, имеющей толщину d, превышающую среднюю длину свободного пути экситона I [64]. Пусть число молекул, первоначально возбужденных в момент времени < = О, составляет щ, а в некоторый следующий момент времени t будет п. Процесс затухания определяется формулой [c.182]

Для четырех кристаллов антрацена (толщиной 5,7, 5,0, 5,0 и 1 мм) времена затухания равны соответственно 36 ( 2), 38, 34 и 31 нсек при возбуждении а-частицами и 27, 30, 29 и 23 нсек при возбуждении у-лучами. Отношение времен затухания а/у составляет примерно 1,3. Это различие может быть связано с первичным сцинтилляционным процессом, но оно может объясняться и иначе — более длинным путем фотонов флуоресценции в кристалле при возбуждении а-частицами, что приводит к увеличенному эффективному значению а х [уравнение (49)]. Имеются данные, что время затухания более быстрой компоненты составляет около 6 нсек по аналогии с начальным импульсом, о котором сообщал Райт [59] и который предсказывали теоретически [55, 166] для случая возбуждения а-частицами, но который наблюдали также при возбуждении у-лучами. Очень малое время разгорания сцинтилляции, соответствующее 0,75—-1,5 нсек, отнесенное к времени жизни верхнего состояния [176], которое дезактивируется при переходах в низшие возбужденные состояния, получено также и из анализа, но подобная интерпретация сомнительна, так как это значение сравнимо с постоянной времени системы. [c.185]

Перенос энергии. Перенос энергии растворенное вещество — растворенное вещество может быть удовлетворительно объяснен на основе механизма радиационного переноса и диполь-дипольного взаимодействия (рис. 27). Перенос энергии растворитель — растворенное вещество в пластических растворах был рассмотрен аналогичным образом [15, 118], но остался не вполне решенным вопрос о том, дает ли какой-либо вклад в эффективность переноса миграция энергии между фрагментами полимера. Крайне желательно, чтобы были получены спектры поглощения и испускания отдельных компонент какой-либо исследованной сцинтилляционной системы. Это дало бы возможность провести вычисления, связанные с переносом энергии, и различить первичные и вторичные процессы сцинтилляции. Перенос энергии может быть определен и другим методом, спектрофотометрически, непосредственно при возбуждении [13, 16]. Это особенно важно при сравнительном изучении влияния молекулярной структуры на сцинтилляционные свойства (раздел IX, 3). [c.223]

СВОЮ энергию на ионизацию, возбуждение и частично на диссоциацию молекул. Часть этой энергии преобразуется в энергию излучения—сцинтилляции. Фотоны сцинтилляций, попадая на катод ФЭУ, выбивают из него электроны, каждый из которых, ускоряясь в электрическом поле на пути к первому диноду, получает энергию, достаточную для того, чтобы выбить из него п электронов. Этот процесс, развиваясь лавинообразно от дннода к диноду, создает на выходе ФЭУ электрический импульс, пропорциональный количеству электронов, выбитых из фотокатода. С выхода ФЭУ импульс подается на усилитель, а затем на дискриминатор, который выделяет из всего спектра импульсов только те, амплитуда которых соответствует энергии когерентно рассеянных рентгеновских фотонов. [c.98]

Выбор детектора для регистрации радиоактивных излучений производят на основе критерия качества (КК) (коэф. качества, критерия надежности). Значение КК обратно пропорционально времени t, необходимому для получения результата с заданной погрешностью КК = /t /Ф, где е - эффективность регистрации излучения, а Ф-фон прибора. Т. к. в большинстве совр. приборов эффективность регистрации корпускулярного излучения (а- и -частиц) близка к теоретически достижимому пределу, повышение КК определяется возможностью подавления фона детектора, к-рый обусловлен регистрацией космич. излучения, внеш. излучения от радионуклидов, содержащихся в окружающей среде (воздух, строит, материалы, грунт), и радиоактивных загрязнений в конструкц. материалах, из к-рых изготовлен детектор фон связан также с нек-рыми процессами в самом детекторе ( ложные импульсы в счетчиках Гейгера - Мюллера, шумы фотоэлектронных умножителей в сцинтилляц. детекторах и т. п.). Для снижения фона детектор помещают в пассивную защиту из тяжелых материалов (свинец, чугун и т. п.), экранирующую детектор от внеш. у-излучения и ослабляющую мягкую компоненту космич. излучения. Для подавления главной на уровне моря составляющей космич. излучения-мюонной-применяется т. наз. активная защита - дополнит, детектор, окружающий основной и включенный с ним в спец. схему антисовпаденнй. При этом исключается регистрация импульсов осн. детектора, совпадающих по времени с импульсами, регистрируемыми детектором активной защиты (такие совпадающие импульсы как раз и обусловлены в осн. прохождением мюонов одновременно через оба детектора). [c.169]

Остановимся несколько подробнее на полярографических исследованиях процессов, происходящих в пластмассовых сцинтилляторах при их облучении. Заметим, что, кроме теоретического значения, эти исследования необходимы для выбора наиболее устойчивых к радиационному воздействию сцинтилляци-онных систем. [c.199]

Основными частями сцинтилляционного счетчика являются сцинтиллятор (фосфбр, люминофор) и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Твердые сцинтилляторы, особенно неорганические и органические кристаллы, помещаются в соответствующий тонкий алюминиевый кожух, имеющий с одной стороны окно. Через это окно фосфбр находится в оптическом контакте с ФЭУ (рис. 43). При попадании ядерной частицы в кристалл происходит ионизация материала фосфора. Энергия ионизации частично превращается в тепловую энергию, а частично высвечивается в виде видимого или ультрафиолетового света — сцинтилляции. Процесс высвечивания части поглощенной сцинтиллятором энергии называется люминесценцией и фосфоресценцией. Поэтому сцинтилляторы часто называют люминофорами или фосфорами. Время высвечивания составляет 10 сек (табл. 1). Сцинтилляторы имеют довольно [c.54]

Наибольщее резонансное взаимодействие между молекулами ароматических растворителей ожидается в том случае, если край одного кольца находится над центром другого (как в соседних плоскостях в графите) [16]. Поэтому ожидается, что процесс перестройки эксимера при переносе экситона должен иметь заметную направленность. Диффузионное смещение ориентона как целого агрегата молекул, очевидно, еще менее существенно для переноса энергии, чем диффузия возбужденных молекул. Направленностью движения ориентонов на расстояния в 4— 5 молекулярных диаметров, возможно, объясняется существование пологих (приблизительно линейных) участков зависимостей световых выходов сцинтилляций от среднего расстояния между молекулами активатора в жидких сцинтилляторах в интервале концентраций 1—0,1 г/л [5, 7]. Существенно, что молекулы активатора перед получением энергии возбуждения от растворителя должны втягиваться в ориентоны, а затем встраиваться в эксимеры за счет резонансных сил. [c.97]

Интересное исследование выполнено Броклехурстом [144], который зарегистрировал магнитный изотопный эффект непосредственно в элементарном акте геминальной рекомбинации пары ион-радикалов. Так же, как и в [118], в этой работе был изучен процесс образования ион-радикалов при радиолизе ароматических молекул в углеводородных растворителях (см. схемы 11.7— 11.10). Для регистрации флуоресценции, обусловленной процессом Т -Т —>- М+"М ( М и хМ — основное и синглетное возбужденные состояния ароматической молекулы), использовалась методика измерения времени высвечивания сцинтилляторов методом задержанных совпадений. В этой методике измеряется распределение интервалов времени между моментом возбуждения сцинтиллятора и моментом образования одиночных фотоэлектронов на катоде фотоумножителя, регистрирующего сцинтилляции. Иначе говоря, определяется частота образования фотоэлектронов в узком интервале промежутков времени в зависимости от величины данного промежутка. [c.181]

Вторичные процессы исследовались независимо от первичных процессов при использовании вместо ионизирующей радиации ультрафиолетового излучения для непосредственного возбуждения X [13—17]. Сравнения-результатов этих исследований с результатами исследований характера сцинтилляций тех же систем [18] показали, что вторичные процессы в общем случае не зависят от способа возбуждения, и это дает возможность разделить первичные и вторичные процессы. Несмотря на некоторые неопределенности в ранних экспериментальных данных, теперь уже ясно, что основные характеристики сцинтилляционного излучения — его спектр, время затухания, самопоглощение — аналогичны тем же характеристикам фотофлуоресценции. Метод возбуждения флуоресценции ионизирующим излучением менее эффективен, чем метод возбуждения ультрафиолетовым излучением. [c.156]

Некоторая часть Р энергии электрона расходуется на процесс I, приводя к испусканию основной сцинтилляции, а остальная часть (1 — Р) растрачивается на другие бесполезные процессы (II — IV). В дальнейшем мы вернемся к рассмотрению этих последних процессов здесь ограничимся рассмотрением процесса I и эффективности первичного возбуждения Р. [c.157]

Уравнение (41ж) дает следующую схему процесса начальное быстрое затухание по неэкспоненциальному закону (или импульс) сцинтилляций, возбужденных частицами с высоким значением dEldr, быстро переходит в затухания по экспоненциальному закону с временем затухания т, определяемым уравнением (41з) при >т/5. [c.177]

Теория описывает тушение при ионизации как бимолекулярные процессы тущения, которые ограничиваются диффузией энергии возбуждения из колонки ионов. Таким образом, эта теория сочетает в себе некоторые черты ранних теорий Райта [55] и Каллмена и Брукера [54] и приводит к уравнению того же вида, что и предложенное ранее Бирксом [19]. Райт [59] получил косвенное экспериментальное доказательство наличия предсказанного начального импульса в сцинтилляциях, возбужденных а-частицами, но желательны более прямые наблюдения (см. ниже раздел 1,1). Недавние усовершенствования малоинерционных фотоумножителей и субнаносекунд-ных методов измерений дают возможность провести эти наблюдения. [c.177]

Имеются и другие экспериментальные и теоретические данные, подтверждающие теорию триплет-триплетной аннигиляции. Различные исследователи [184—186] возбуждали флуоресценцию (переходы 5i — 5о) в антрацене (3,4 эв) и в других органических кристаллах, используя в качестве интенсивного источника излучения рубиновый лазер, дающий фотоны с энергией 1,79 эв. Основное быстрое испускание отнесено [184, 185] за счет двухфотонного возбуждения в состояние 5i. Кеплер с сотр. [186] исследовал затухание замедленной флуоресценции авторы показали, что она соответствует возбуждению и бимолекулярной аннигиляции экситонов триплетного состояния Ti, приводящей к появлению экситонов синглетного состояния Si. Затухание является бимолекулярным процессом, который впоследствии начинает подчиняться экспоненциальному закону, когда соответствует мономолекулярному затуханию экситонов триплетного состояния. Штернлихт, Найман и Робинсон [187, 188] развили теорию миграции триплетных экситонов в органических кристаллах, а также триплет-триплетной аннигиляции и медленной флуоресценции. Бирке и Кинг [189] сформулировали теорию медленной компоненты сцинтилляций в органических системах, в которой рассматривается диффузия триплетных экситонов из начальной колонки ионов и их последующая бимолекулярная аннигиляция, приводящая к появлению медленной флуоресценции. Теоретические кривые затухания медленной компоненты сцинтилляций хорошо согласуются с экспериментальными результатами, полученными для транс-стильбена [88] и антрацена [190], параметры диффузии триплетных экситонов близки к значениям, полученным Кеплером с сотр. [186]. Наиболее прямое доказательство рассмотренной выше природы медленной компоненты сцинтилляции вытекает из недавних экспериментов Носворти и Кина [191]. Используя импульсное возбуждение растворов антрацена, очищенных от кислорода пучком электронов с энергией 4 Мэе при продолжительности импульса [c.195]

Пока еще не дано соответствующего описания процесса возбуждения с учетом того факта, что сцинтилляции обусловлены возбуждением молекул заряженными частицами, т. е. возбуждением за счет кулоновских сил, тогда как фотофлуоресценция и оптическое поглощение связаны с возбуждением при электромагнитном взаимодействии. Требуются теоретические и экспериментальные исследования для сравнения процессов кулоновского и оптического возбуждения. [c.223]