Pengesan kilauan ialah salah satu jenis peralatan pengukur yang direka untuk mengesan zarah asas. Ciri mereka ialah membaca berlaku melalui penggunaan sistem sensitif cahaya. Buat pertama kali instrumen ini digunakan pada tahun 1944 untuk mengukur sinaran uranium. Terdapat beberapa jenis pengesan bergantung pada jenis agen yang berfungsi.
Destinasi
Pengesan kilauan digunakan secara meluas untuk tujuan berikut:
- pendaftaran pencemaran sinaran alam sekitar;
- analisis bahan radioaktif dan kajian fizikal dan kimia lain;
- gunakan sebagai elemen untuk melancarkan sistem pengesan yang lebih kompleks;
- kajian spektrometri bahan;
- komponen isyarat dalam sistem perlindungan sinaran (contohnya, peralatan dosimetrik yang direka untuk memberitahu tentang kemasukan kapal ke dalam zon pencemaran radioaktif).
Kaunter boleh menghasilkan kedua-dua pendaftaran berkualitisinaran dan ukur tenaganya.
Susunan pengesan
Struktur asas pengesan sinaran kilauan ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Elemen utama peralatan adalah seperti berikut:
- photomultiplier;
- scintillator direka untuk menukar pengujaan kekisi kristal kepada cahaya yang boleh dilihat dan menghantarnya ke penukar optik;
- sentuhan optik antara dua peranti pertama;
- penstabil voltan;
- sistem elektronik untuk merakam impuls elektrik.
Jenis
Terdapat klasifikasi berikut bagi jenis pengesan kilauan utama mengikut jenis bahan yang pendarfluor apabila terdedah kepada sinaran:
- Meter halida alkali bukan organik. Ia digunakan untuk mendaftarkan sinaran alfa, beta, gamma dan neutron. Beberapa jenis kristal tunggal dihasilkan dalam industri: natrium iodida, sesium, kalium dan litium, zink sulfida, tungstat logam bumi alkali. Ia diaktifkan dengan kekotoran khas.
- Hablur tunggal organik dan penyelesaian telus. Kumpulan pertama termasuk: antrasena, tolan, trans-stilbene, naftalena dan sebatian lain, kumpulan kedua termasuk terfenil, campuran antrasena dengan naftalena, larutan pepejal dalam plastik. Ia digunakan untuk pengukuran masa dan untuk mengesan neutron pantas. Aditif pengaktifan dalam scintillator organik tidakmenyumbang.
- Medium gas (He, Ar, Kr, Xe). Pengesan sedemikian digunakan terutamanya untuk mengesan serpihan pembelahan nukleus berat. Panjang gelombang sinaran berada dalam spektrum ultraviolet, jadi ia memerlukan fotodiod yang sesuai.
Untuk pengesan neutron kilauan dengan tenaga kinetik sehingga 100 keV, kristal zink sulfida diaktifkan dengan isotop boron dengan nombor jisim 10 dan 6Li digunakan. Apabila mendaftarkan zarah alfa, zink sulfida digunakan dalam lapisan nipis pada substrat lutsinar.
Di antara sebatian organik, plastik kilauan adalah yang paling banyak digunakan. Ia adalah penyelesaian bahan bercahaya dalam plastik bermolekul tinggi. Selalunya, plastik kilauan dibuat berdasarkan polistirena. Plat nipis digunakan untuk mendaftar sinaran alfa dan beta, dan plat tebal digunakan untuk sinar gamma dan X. Ia dihasilkan dalam bentuk silinder yang digilap telus. Berbanding dengan jenis scintillator lain, scintillator plastik mempunyai beberapa kelebihan:
- masa kilat pendek;
- rintangan terhadap kerosakan mekanikal, kelembapan;
- kekekalan ciri pada dos pendedahan sinaran yang tinggi;
- kos rendah;
- mudah dibuat;
- kecekapan pendaftaran yang tinggi.
Photomultipliers
Komponen berfungsi utama peralatan ini ialah photomultiplier. Ia adalah sistem elektrod yang dipasangdalam tiub kaca. Untuk melindungi daripada medan magnet luaran, ia diletakkan di dalam selongsong logam yang diperbuat daripada bahan dengan kebolehtelapan magnet yang tinggi. Ini melindungi gangguan elektromagnet.
Dalam photomultiplier, denyar cahaya ditukar menjadi impuls elektrik, dan arus elektrik juga dikuatkan akibat daripada pelepasan elektron sekunder. Jumlah arus bergantung kepada bilangan dynod. Pemfokusan elektron berlaku disebabkan oleh medan elektrostatik, yang bergantung kepada bentuk elektrod dan potensi di antara mereka. Zarah bercas yang tersingkir dipercepatkan dalam ruang interelektrod dan, jatuh pada dinod seterusnya, menyebabkan pelepasan lain. Disebabkan ini, bilangan elektron meningkat beberapa kali.
Pengesan kilauan: cara ia berfungsi
Kaunter berfungsi seperti ini:
- Zarah bercas memasuki bahan kerja pengilat.
- Pengionan dan pengujaan kristal, larutan atau molekul gas berlaku.
- Molekul mengeluarkan foton dan selepas sepersejuta saat ia kembali kepada keseimbangan.
- Dalam photomultiplier, denyar cahaya "dikuatkan" dan mengenai anod.
- Litar anod menguatkan dan mengukur arus elektrik.
Prinsip operasi pengesan kilauan adalah berdasarkan fenomena pendarfluor. Ciri utama peranti ini ialah kecekapan penukaran - nisbah tenaga pancaran cahaya kepada tenaga yang hilang oleh zarah dalam bahan aktif scintillator.
Kebaikan dan keburukan
Faedah pengesan sinaran kilauan termasuk:
- kecekapan pengesanan tinggi, terutamanya untuk sinar gama gelombang pendek tenaga tinggi;
- resolusi temporal yang baik, iaitu keupayaan untuk memberikan imej berasingan bagi dua objek (ia mencapai 10-10 s);
- ukuran serentak tenaga zarah yang dikesan;
- kemungkinan kaunter pembuatan pelbagai bentuk, kesederhanaan penyelesaian teknikal.
Kelemahan pembilang ini ialah kepekaan yang rendah kepada zarah dengan tenaga yang rendah. Apabila ia digunakan sebagai sebahagian daripada spektrometer, pemprosesan data yang diperoleh menjadi lebih rumit, kerana spektrum mempunyai bentuk yang kompleks.
