Перенос энергии в сцинтилляторах

Рассмотренные выше процессы представляют собой внутримолекулярный перенос энергии. Возможен также и межмолекулярный перенос, когда энергия, поглощенная одним соединением (донором), передается другому соединению (акцептору). На переносе энергии возбуждения от донора к акцептору основано применение смесовых композиций люминофоров в дневных флуоресцентных пигментах и красках, люминесцентных красителях для полимерных материалов, в жидких и пластмассовых сцинтилляторах и оптических квантовых генераторах. [c.12]

Применяя в жидких и пластмассовых сцинтилляторах небольшие количества люминофора-акцептора, смещают люминесценцию сцинтиллятора в область максимальной чувствительности фотоэлектронных умножителей. Эффект переноса энергии используется и в смешанных сцинтилляционных монокристаллах. [c.13]

Однако спектральные характеристики этих активаторов лежат в более коротковолновой области, чем область максимальной чувствительности обычно применяемых фотоэлектронных умножителей. Поэтому их вводят в жидкие и пластмассовые сцинтилляторы в смеси с вторичными добавками, смещающими спектры люминесценции в длинноволновую область (сместителями спектра). В ароматических растворителях и полистироле, благодаря межмолекулярному переносу энергии электронного возбуждения от активатора к вторичной-добавке, проявляются только максимумы сместите лей спектра, лежащие ближе к области максимальной чувствительности фотоэлектронного умножителя. [c.89]

Независимо от типа сцинтиллятора энергия излучения почти полностью поглощается растворителем, а флуоресценция определяется растворенным соединением. В таких растворах ультрафиолетовое освещение действует аналогично излучению высокой энергии [46, 47]. Поскольку ультрафиолетовое освещение не генерирует ионы в растворах, именно опыты с ультрафиолетовым светом прямо указывают на перенос энергии от растворителя к растворенному компоненту. [c.335]

СОСТОЯНИЙ на самый низкий синглетный уровень возбуждения приблизительно одна и та же для всех ароматических молекул (доноров и акцепторов). Они предположили, что это может сделать правдоподобным наблюдения одинаковой зависимости выхода люминесценции от концентрации сцинтиллятора, как в случае возбуждения излучением высокой энергии, так и в случае ультрафиолетового излучения, несмотря на то что при высоких концентрациях сцинтиллятора путь переноса энергии различен для двух типов возбуждения. [c.121]

Влияние специфического тушения акцептора на выход люминесценции при возбуждении электронами видно из рис. 2. Это тушение существенно ограничивает световую отдачу сцинтилляторов, так как максимальный выход соответствует концентрации акцептора, при которой эффективность переноса энергии возбуждения к нему меньше единицы. [c.124]

Поведение каждого из этих типов сцинтилляторов-растворов, а именно кристалла, жидкости и пластика, зависит от эффективности переноса энергии возбуждения от молекул растворителя, которые были первоначально возбуждены ионизирующей радиацией, к молекулам растворенного вещества, которые дают свою характерную флуоресценцию. Эти работы по сцинтилляторам-растворам дали возможность использовать жидкие и твердые сцинтилляторы больших размеров для высокоэффективной регистрации 7-лучей, нейтронов и других проникающих излучений. [c.152]

Хотя другие одинарные системы, чистые жидкости и чистые пластики, также сцинтиллируют, их эффективность недостаточна для практического использования. Бинарные кристаллические растворы хотя и являются эффективными сцинтилляторами, но редко используются для этих целей, так как значительно легче приготовить и удобнее использовать другие типы бинарных систем. Однако изучение кристаллических растворов имеет значение с точки зрения выяснения роли процесса переноса энергии в органических кристаллах. Тройные кристаллические растворы также являются потенциальными сцинтилляторами, но сравнительно большая сложность получения не позволяет им конкурировать с тройными жидкими и пластическими системами. Изредка используются четверные и даже более сложные жидкие и пластические растворы, но их свойства можно непосредственно объяснить, исходя из свойств перечисленных выше более простых систем. [c.153]

В случае сцинтилляторов с тройными растворами величина Тоу [определяемая уравнением, сходным с уравнением (52)] также стремится к нулю при больших значениях [2], происходит быстрое разгорание сцинтилляции, и время затухания сцинтилляции стремится к значению, равному времени затухания вторичного растворенного вещества (то2)о- Однако практически эффективности переноса энергии ху и [уравнение (17) и (24)1 могут быть [c.188]

Очень похожее явление наблюдалось [129] в случае сцинтилляторов с жидкими растворами, содержащими одно и то же первичное растворенное вещество (3 г л РРО), но с различными алкилбензолами, использованными в качестве растворителей. Относительные сцинтилляционные эффективности растворов в бензоле, толуоле, т-ксилоле и п-ксилоле находятся, как установлено [129], в соотношении 85 100 109 112. Данные, приведенные в табл. 7, показывают, что поливиниловые производные этих алкилбензолов ведут себя аналогичным образом. Влияние увеличения числа метильных групп в ряду от бензола до п-ксилола проявляется в смещении спектра поглощения в длинноволновую область примерно на 5% ив увеличении коэффициента погашения примерно на 70% [130]. Соответствующего смещения спектра и увеличения интенсивности следует ожидать и в спектре испускания растворителя. Аналогичные эффекты, вероятно, проявляются и в случае поливиниловых производных. Этими изменениями, по-видимому, можно объяснить возрастание эффективности при уменьшении величины и увеличении переноса энергии а у в системе растворитель — растворенное вещество. Возрастание силы осциллятора при возбуждении растворителя и связанное с этим смещение спектра приводят к увеличению величины J [уравнение (71)] и, следовательно, а у. Даже без проведения более поДт [c.213]

Хотя по переносу энергии в смешанных органических кристаллах выполнено множество исследований [7, 31, 32, 67, 71, 105, 142—150], эти системы не нашли всеобщего применения в качестве практических сцинтилляторов. Основная причина этого, по-видимому, заключается в том, что их приготовить труднее, чем пластические сцинтилляторы или сцинтилляторы с жидкими растворами. Тем не менее такие системы смешанных кристаллов, как антрацен в нафталине, по-видимому, дают возможность получить лучшую эффективность по сравнению с органическими сцинтилляторами, применяемыми в настоящее время. Большие кристаллы нафталина, достигающие нескольких дюймов в диаметре, могут быть получены при выращивании кристаллов непосредственно из расплава [29] аналогичным методом могут быть приготовлены смешанные кристаллы. [c.221]

Итак, при возбуждении быстрыми электронами пластмассовых или жидких сцинтилляторов имеют место какие-то процессы, способные вызвать дезактивацию молекул примеси, получивших энергию электронного возбуждения посредством переноса от основного вещества. Очевидно, эти процессы должны также тушить возбужденное состояние молекул донора энергии. Если для описания явления использовать уравнение Штерна— Фольмера с постоянными константами скоростей процессов, то получим формулу [c.124]

Из большого числа различных люминесцируюших веществ к сцинтилляторам относятся такие люминофоры, у которых время жизни центров свечения (ЦС) и время переноса энергии к ним в сумме не гфевышает [c.72]

Авторы предположили, что свойства донорных состояний ароматических жидкостей отличны от свойств донорных состояний изолированных ароматических молекул. Сравнимые предположения сделали Кропп и Бэртон [161] из измерений скоростей тушения и скоростей переноса энергии от ароматических растворителей или растворенных сцинтилляторов к галогенсодержащим соединениям. С этими наблюдениями можно сопоставить поведение оптически возбужденных систем. Иванова и др. [139] определили концентрационную зависимость времени люминесценции бензола, толуола и п-ксилола в -гексане и октане, облучаемых УФ-светом. Они показали, что концентрационное тушение мало, а времена жизни и выходы люминесценций бензола и толуола даже возрастают в диапазоне концентраций, приближающемся к чистому ароматическому углеводороду. В случае высоких концентраций бензола и толуола можно [c.122]

В отличие от процессов переноса энергии к присутствующим в малых концентрациях типичным молекулам сцинтилляторов, которые не изменяются от энергии излучения в любой из исследованных систем, реакции некоторых тушителей зависят от того, возбуждается ли система УФ-светом или ионизирующим излучением. Так, отношение тушения, измеренное на основе величин бромбензола и четыреххлористого углерода в бензоле, больше для систем, подвергаемых радиолизу, чем фотолизу (табл. 3.12, примеры (в) и (г) [166, 167, 179]). Таким же образом сенсибилизируемая бензолом диссоциация четыреххлористого углерода проявляет различную концентрационную зависимость это обусловлено типом облучения рентгеновскими лучами или УФ-излучением. В первом случае стационарная величина переноса энергии к четыреххлористому углероду, измеренная по обесцвечиванию ДФПГ, достигается только тогда, когда концентрация акцептора очень велика [142, 144]. Эти результаты свидетельствуют о том, что тушение может взаимодействовать с возбуждением или ионизацией, которые предшествуют синглетному возбуждению. [c.123]

Эти особенности процессов в жидких сцинтилляторах не могут быть объяснены резонансной передачей энергии от растворителя к активатору или тушителю. Резонансная передача здесь вряд ли может происходить на расстояния, превышающие молекулярные диаметры. Так как для молекул ароматических растворителей характерны переходы высших порядков, то величины ко [1] не могут быть рассчитанм по формуле Ферстера, пригодной лишь для диполь-диполького взаимодействия [1]. Остающаяся возможность переноса энергии путем диффузии молекул не объясняет ни высоких значений констант тушения и передачи энергии, ни близости этих величин для таких веществ, как кислород и л-терфенил [3]. [c.96]

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]

Всякое флуоресцирующее органическое соединение является потенциальным сцинтиллятором или компонентой сцинтилляционной системы. Его эффективность в качестве сцинтиллятора определяется такими молекулярными характеристиками, как спектры испускания и поглощения, квантовый выход флуоресценции, время затухания флуоресценции и т. д., и поэтому число эффективных сцинтилляционных соединений ограниченно. Общей чертой строения эффективных органических сцинтилляторов является то, что они содержат ненасыщенные плоские ароматические молекулы, обычно полициклические углеводороды и их производные, у которых имеются л-электронные системы, способные давать флуоресценцию и (или) осуществлять межмолекулярный перенос энергии. Этому требованию удовлетворяют все чистые кристаллы, первичные и вторичные растворенные вещества, используемые в практически осуществленных сцинтилляционных системах. Сказанное относится также к алкилбензолам и ароматическим виниловым полимерам, которые использунзтся в качестве растворителей в лучших сцинтилляторах с жидкими и пластическими растворами. [c.153]

Случай, когда заметна радиационная миграция (процесс VIII), является несколько более сложным. Так же как самопоглощение изменяет технические характеристики сцинтиллятора из чистого кристалла (раздел III, 5), оно изменяет и техническую эффективность переноса энергии в сцинтилляторе из смешанного кристалла. Этот эффект был исследован экспериментально И. Я- КучеровымиА. Н. Файдышем [31, 32] и теоретически Бирксом [11]. Влияние конечной величины йхх сводится к повышению технической квантовой эффективности безызлучательного переноса энергии к У до величины [c.166]

Временнь е характеристики пластического сцинтиллятора зависят от молекулярных свойств его компонент, от эффективности и природы процессов переноса энергии, от способа и степени полимеризации. Влияние многих из этих факторов на времена разгорания и затухания все еще не изучено. [c.189]

Фант и Хетерингтон [124] исследовали влияние длины полимерной цепи на сцинтилляционную эффективность пластических сцинтилляторов. Жидкие растворы в мономерном стироле или винилтолуоле имеют более низкую сцинтилляционную эффективность по сравнению с той эффективностью, которая достигается, когда растворы полимеризуются. Влияние молекулярного веса на относительную сцинтилляционную эффективность типичных пластических растворов иллюстрирует рис. 24. Авторы работы показали, что такие растворенные вещества, как п-терфенил, РРО и РОРОР, не влияют ни на молекулярный вес полимера, ни на начало полимеризации, так же как и перекись бензоила или 2,2-азо-бис-ызо-бутиронитрил, но последний уменьшает световой выход вследствие тушения. Безил [125] показал, что во многих растворах полистирола имеется остаточный мономерный полистирол, который препятствует нормальному процессу переноса энергии растворитель — растворенное вещество и действует как тушащий агент. [c.212]

Обычные сцинтилляционные жидкости, приготовленные на основе толуола, не смешиваются с водой. Сцинтилляторы на основе диоксана позволяют вводить в них до 29% воды, но диоксан менее эффективен при переносе энергии, чем толуол. Свойства ди-оксановых сцинтилляторов могут быть улучшены путем добавки нафталина для повышения эффективности и различных спиртов или простых эфиров для увеличения растворимости нафталина при добавлении воды. Один из самых распространенных сцинтилляторов на основе диоксана называют сцинтиллятором Брэя. В каждой системе добавки вызывают тушение, но обычно этим можно пренебречь, если измеряется относительное количество радиоактивности, поскольку тушение будет одним и тем же во всех образцах. Однако прибавление к образцу воды и растворенных в воде солей приводит к тушению, которое увеличивается по мере увеличения количества воды. Обычно воду или раствор прибавляют к каждому образцу таким образом, чтобы общее количество прибавляемого вещества было одним и тем же во всех образцах анализируемой серии. Другим вариантом может быть определение степени тушения в каждом образце, которое кратко будет описано ниже. [c.114]