5.3.5. Типы жидких сцинтилляторов

В счетчиках этого типа используется эффект возбуждения атомов или молекул вещества при прохождении через него β-частиц трития. В настоящее время известно значительное число химических соединений, называемых сцинтилляторами, взаимодействие с которыми заряженных частиц или квантов реализуется в виде световых импульсов – сцинтилляций.

В состав жидкого сцинтиллятора обычно входят три основных компонента:

• растворитель,
• сцинтиллирующая добавка
• сместитель спектра.

Растворитель выполняет не только функцию растворения остальных компонентов и измеряемого образца, но и осуществляет процесс передачи энергии. Поскольку концентрация растворителя много больше сцинтиллирующей добавки, первоначальное возбуждение передается от молекулы к молекуле растворителя, пока не происходит возбуждение сцинтиллирующей добавки, энергия возбуждения которой несколько ниже, чем у растворителя. В качестве растворителей обычно применяются следующие.

Толуол сцинтилляционный, C₇H₈, мол. в. 92,1, оптическая прозрачность слоя 0,5 м по сравнению с НгО не ниже 75%.

n-ксилол сцинтилляционный, C₈H₁₀, мол. в. 106,2, оптическая прозрачность слоя 0,5 м по сравнению с Н₂0 не ниже 60%.

Диоксан, С₁₄Н₈О₂, мол. в. 88,1; температура плавления + 11,8° С.

Фенилциклогексан, C₁₂H₁₆, мол. в. 160,3, оптическая прозрачность слоя 0,5 м по сравнению с Н₂0 не ниже 60%.по сравнению с HgO не ниже 95%.

В качестве сцинтиллирующих добавок, световое излучение которых непосредственно регистрируется при измерении, обычно используются:

n-терфенил, C₁₈H₁₄, мол. в. 230,3; максимум люминесценции l= 3440 А

2,5-дифенилоксазол (ППО), C₁₅H₁₁NO, мол. в. 221,3; максимум люминесценции l₁= 3650 и l₂= 3810 А

2-фенил-5-(4-бифенилил)-оксазол (БПО), C₂₁H₁₅NO, мол. в. 296; максимум люминесценции l= 4120 А.

Поскольку спектр светового излучения сцинтиллирующей добавки не полностью соответствует спектральной чувствительности наиболее часто используемых фотокатодов с сурьмяноцезиевым покрытием, то в состав сцин-тиллятора вводятся сместители спектра. В качестве последних обычно применяют следующие.

1,4-ди[2- (5-фенилоксазолил)]-бензол (ПОПОП) С₂₄Н₁₆N₂О₂, мол. в. 364,5; максимумы люминесценции l₁= 4220 и l₂= 4320 А.

2,5-ди-(4-бифенилил)-оксазол (ББО), C₂₇H₁₉NO, мол. в. 373,5; максимумы люминесценции l₁= 4100 и l₂= 4280 А.

Эффективность жидких сцинтилляторов снижается за счет «отравления» кислородом воздуха, однако она полностью восстанавливается после пропускания аргона. Введение примесей, содержащих серу и галогены, также нежелательно, поэтому перед измерением проба воды должна быть тщательно очищена от всех посторонних примесей, включая радиоизотопы различного происхождения.

Как мы отмечали, типовой жидкий сцинтиллятор состоит из растворителя, активатора и сместителя спектра. Концентрация двух последних мала (единицы и доли грамма на литр растворителя). Поэтому β-излучение трития взаимодействует в основном с молекулами растворителя и возбуждает их. Возбуждение в растворителе передается от молекулы к молекуле до тех пор, пока не локализуется на, молекуле активатора. При переходе молекулы активатора в основное состояние энергия возбуждения частично может выделиться в виде светового кванта. Если оптический спектр сцинтилляций не совпадает с областью максимальной спектральной чувствительности примененного ФЭУ, в сцинтиллятор вводят сместитель спектра. Сместителю спектра передается энергия возбуждения от активатора, а затем отдается в виде светового кванта другой более длинной волны, близкой к области максимальной чувствительности ФЭУ.

Введение воды в рабочее тело счетчика, как правило, ухудшает его эффективность прежде всего за счет снижения растворимости сцинтиллирующих добавок и сместителей спектра. Количество вводимой воды ограничено также ее низкой растворимостью во многих высокоэффективных растворителях. Так, например, только небольшое количество воды можно добавить к толуолу при наличии в нем низших спиртов. В этом случае в сцинтиллятор вводят промежуточный (вторичный) растворитель, который по сравнению с исходным более эффективно передает активатору первоначальную поглощенную энергию.

Использование диоксана в качестве растворителя позволяет вводить в значительных количествах воду (до 20—24%), но при этом снижается интенсивность отдельной световой вспышки на 70% по сравнению с первоначальной Однако добавление нафталина (100 г/л) к 20%-ному раствору воды в диоксане увеличивает эффективность люминесценции на 85%. Жидкие сцинтилляторы на основе диоксана являются наиболее пригодными для водных проб, но их основной недостаток заключается в относительно высокой температуре замерзания.

Эффективность регистрации жидким сцинтиллятором в значительной мере зависит от чистоты реактивов. Поэтому для приготовления сцинтиллятора необходимо применять реактивы с марками ч. д.а. и «сцинтилляционный».

Для приготовления стандартных проб при градуировке радиометра используют стандартные образцы тритиевой воды (СОТВ) и стандартные образцы растворов тритиевой воды в жидком сцинтилляторе (СОРТВ), поставляемые Объединением «Изотоп». Содержание тритиевой воды в СОРТВ не превышает 5 %. Стандартные образцы характеризуются точным значением удельной (5 и 3% в 95%-ном доверительном интервале) и суммарной активности, высокой степенью радиационной чистоты и тщательностью изготовления. Номинальная масса фасовки 10 г.