6.1. Принцип метода
Сцинтилляционные методы регистрации излучений основаны на измерении интенсивности световых вспышек, возникающих в люминесцирующих веществах при прохождении через них ионизирующего излучения. Для регистрации световых вспышек используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) с регистрирующей электронной схемой. Общая схема сцинтилляционного дозиметра показана на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Общая схема сцинтилляционного дозиметра
В сцинтилляционном дозиметре энергия первичного излучения проходит многократное преобразование и изменение. Рассмотрим поэтапно все процессы и связанными с ними величины.
1. Первичное излучение с начальной энергией 
взаимодействует с веществом сцинтиллятора с образованием вторичных электронов с общей энергией 
.
2. Электроны, поглощаясь в сцинтилляторе создают вспышки света. Образуются фотоны с общей энергией 
, средней энергией 
, в среднем количестве 
. Энергия фотонов различная, оптический спектр сцинтилляций практически не зависит от энергии заряженной частицы и определяется составом вещества сцинтиллятора. Важнейшим параметром сцинтиллятора является конверсионная эффективность 
(часть потерянной в сцинтилляторе заряженной частицей энергии, которая преобразуется в энергию световых фотонов). Конверсионная эффективность зависит от вида и энергии заряженных частиц и типа сцинтиллятора. Средняя энергия, идущая на образование одного фотона, 
= 15-60 эВ, что сравнимо со средней энергией ионообразования в воздухе (34 эВ). Часть фотонов поглощается в сцинтилляторе, в связи с этим важным является условие прозрачности к собственному излучению.
3. Свет через светопровод направляется на фотокатод ФЭУ. Необходимо выполнение условия соответствия спектра сцинтилляционных фотонов максимуму спектральной чувствительности фотокатода.
4. На фотокатоде идет фотоэффект, образуются фотоэлектроны, 
– число фотоэлектронов на один испущенный световой фотон (квантовый выход).
5. Усиление электронного потока в динодной системе (вторично-электронная эмиссия, размножение лавины), коэффициент усиления 
.
6. Усиленный электронный ток попадает на анод.
В качестве сцинтилляторов используются неорганические и органические вещества. По агрегатному состоянию сцинтилляторы подразделяются на твердые, жидкие и газообразные.
По значению конверсионной эффективности и ее постоянству для разных энергий частиц неорганические сцинтилляторы имеют преимущество перед органическими. Однако с точки зрения воздухоэквивалентности преимущества остаются за органическими. В таблице 6.1 представлены основные характеристики органических (строки 1-4) и неорганических (строки 5-7) сцинтилляторов.
Таблица 6.1
Характеристики органических и неорганических сцинтилляторов
Сцинтиллятор | Плотность, | Эффективный атомный номер | Длина волны, соотв. максимуму спектра, А |
|
|
|---|---|---|---|---|---|
Антрацен | 1,25 | 5,8 | 4450 | 100 | 9 |
Стильбен | 1,16 | 5,7 | 4100 | 0,85 | 9 |
Нафталин | 1,15 | 5,8 | 3450 | 0,15 | – |
Терфенил | 1,1 | 5,7 | 3900-4300 | 0,30 | – |
NaI(Tl) | 3,67 | 50 | 4100 | 2,10 | 44 |
LiI(Eu) | 4,06 | 52 | 4400 | 75 | 95 |
ZnS(Ag) | 4,1 | 27 | 4500 | 200 | 100 |
, %
, %Конверсионная эффективность антрацена составляет около 3-10%.
Для целей дозиметрии необходимо установить связь между анодным током 
(токовый режим) или скоростью счета 
(счетчиковый режим) и мощностью поглощенной дозы. Существует определенная аналогия между сцинтилляционными и ионизационными методами дозиметрии: в обоих случаях можно различать токовый и счетчиковый режимы. Как и в ионизационном дозиметре, ток в сцинтилляционном дозиметре определяет поглощенную энергию излучения, а скорость счета – плотность потока фотонов.