Детекторы регистрации рентгеновского и мягкого гамма-излучения - Дипломная работа

При решении задач в ядерной физике, а также в рентгеноструктурном и рентгеноспектральном анализе возникла проблема спектрометрии мягких ионизирующих излучений и регистрации их с большой эффективностью. Хотя полупроводниковые детекторы заменили сцинтилляционные во многих областях, однако сцинтилляционные детекторы все еще широко применяются вследствие их преимуществ, которые включают высокую эффективность регистрации в области низких энергий, высокую надежность и простоту в эксплуатации.Сцинтилляционные детекторы рентгеновского излучения обычно представляют собой пластинку из монокристалла натрия йодистого, активированного таллием, заключенную в контейнер с входным окном из вещества, слабо поглощающего падающее излучение (например, бериллиевый диск или алюминиевой фольги). Для улучшения светособирания таких детекторов применяют различные отражатели: дакроновую пленку; помещенную между кристаллом и входным окном, специальным образом обработанный бериллий [1,2]. Энергетическое разрешение блока детектирования R определяется как свойствами детектора, так и фотоэлектронного умножителя - приемника света сцинтилляций. Поскольку с увеличением диаметра ФЭУ обычно увеличивается неоднородность зонной чувствительности фотокатода, т. е. растет значение ?, то с увеличением диаметра детектора (а, следовательно, и диаметр фотокатода) должно существенно возрастать и разрешение блока детектирования. Это обстоятельство необходимо учитывать при оценке качества самого детектора в отличие от качества блока детектирования, включающего детектора и ФЭУ.Принцип работы сцинтилляционного детектора заключается в преобразовании энергии ионизирующего излучения в световую энергию с последующей регистрацией световых вспышек, возникающих в объеме вещества - мишени детектора, светочувствительными приборами. Монокристаллическая пластинка натрия йодистого толщиной 2 мм, выколотая по плоскости спайности или обработана механически, заключена в контейнер, (предохраняющий ее от влияния внешней среды) с входным окном из бериллия, толщиной 0,2 мм и выходным окном из оптического стекла толщиной 2 мм.Известно, что сцинтилляционные свойства монокристаллов натрия йодистого, активированного таллием, зависят от концентрации активатора[3]. Сцинтилляционная эффективность кристаллов натрия йодистого, активированного таллием, при гамма-возбуждении возрастет с увеличением концентрации талия в кристалле до 0,03-0,06 вес. На основе этого при существующей технологии выращивания монокристаллов натрия йодистого методом Киропулоса на воздухе оптимальной считается концентрация талия в кристалле 0,05-0,07 вес.%. Были исследованы зависимости сцинтилляционных характеристик рентгеновских детекторов от концентрации активатора при возбуждении люминесценции излучением низкой энергии в интервале 5-60 КЭВ. На рисунке приведена зависимость удельного светового выхода, (определяемого как отношение светового выхода к энергии излучения), от концентрации активатора при возбуждении люминесценции от нуклидов железа-55 (5,9 КЭВ) и америций-241 (59,6 КЭВ).Известно, что в некоторых случаях термообработка сцинтилляционных монокристаллов приводит к усилению интенсивности свечения в полосе 420 нм [7]. В данной работе исследовалось влияние термообработки на сцинтилляционные характеристики кристаллов натрия йодистого, активированного таллием.Это позволило увеличить световой выход таких детекторов на 15 - 20 % и повысить норму по световому выходу до 0,020 УЕСВ по сравнению со значением 0,017, указанных в технических требованиях. В процессе облучения активированного кристалла ЩГК, в нем создаются не только активаторные центры, рекомбинация на которых приводит к возникновению активаторной люминесценции, но и центры или дефекты, на которых рекомбинация электронов или дырок идет безизлучательно или с излучением света другого спектрального состава. Активатор, локализованный в области дефектов структуры, имеет важное значение в рекомбинационной люминисценции и в сцинтилляционном процессе, при температурах, когда примесные ионы в кристалле не создают стабильных электронных и дырочных уровней захвата. Некоторые ионы или атомы адсорбируются на поверхности и внедряются в кристалл, создавая центры захвата для экситонов, которые конкурируют с центрами свечения. Следовательно, около поверхности имеются дефекты, на которых экситоны диссоциируют на электрон и дырку впоследствии рекомбинирующие со свечением.В ряде случаев при возбуждении рентгеновских детекторов на основе NAI(Tl) сцинтиллятора излучением с низкой энергией (6-8 КЭВ) наблюдается резкая асимметрия пика фотоэлектрического поглощения со стороны низких энергий [14,15]. При этом происходит существенное ухудшение параметра п/д, определяемого как отношение числа импульсов в максимуме фотопика Nmax к числу импульсов в минимуме амплитудного спектра импульсов (Nmin). п/д=Nmax /Nmin Уменьшение значения параметра п/д может привести к ухудшению разрешающей способности детектора. Было замечено, что использование в детекторах кристаллов с колотой входной для

Содержание детектор регистрация ренгеновское излучение

1.Введение

2. Аналитический обзор

2.1 Описание и обоснование выбора конструкции детектора

3. Факторы, влияющих на сцинтилляционные характеристики детекторов рентгеновского излучения

3.1 Влияние концентрации активатора в кристалле детектора на сцинтилляционные характеристики

3.2 Влияние термообработки на сцинтилляционные характеристики кристаллов натрия йодистого, активированного таллием

3.3 Влияние конструкции детектора на сцинтилляционные параметры

4. Спектрально-кинетические характеристики щелочно-галоидных кристаллов при регистрации короткопробежного излучения

5. Влияние ряда факторов на параметр пик/долина рентгеновских сцинтилляционных детекторов

Выводы

Литература

Аннотация

При решении задач в ядерной физике, а также в рентгеноструктурном и рентгеноспектральном анализе возникла проблема спектрометрии мягких ионизирующих излучений и регистрации их с большой эффективностью.

Хотя полупроводниковые детекторы заменили сцинтилляционные во многих областях, однако сцинтилляционные детекторы все еще широко применяются вследствие их преимуществ, которые включают высокую эффективность регистрации в области низких энергий, высокую надежность и простоту в эксплуатации.

Эти свойства сцинтилляционных детекторов рентгеновского излучения обусловливают их широкое применение во многих областях науки и техники, в частности рентгеновские детекторы широко применяются в аппаратах для структурного и спектрального анализа, микроанализаторах и рентгеновских приборах различного назначения. Детектор представляет собой монокристаллическую пластину натрия йодистого, активированного таллием, заключенный в контейнер с входным окном из слабо поглощающего рентгеновское излучение и выходным окном, прозрачным для света сцинтилляций. Заданные параметры детекторов: диаметры монокристаллических пластин разрабатываемых детекторов 9, 16, 20, 25, 30 и 40 мм, наружные диаметры контейнеров не более 16, 20, 30, 35, 40 и 50 мм.

Детекторы должны сохранять конструкцию и быть работоспособны после воздействия вибрационных нагрузок в диапазоне частот (10-30) Гц с ускорением не более 1,5 д, температуры окружающей среды от 0 °С до 50 °С, относительной влажности 80% при температуре 40 °С.

Целью работы являлось обзор литературных данных о рентгеновских детекторах с высокими сцинтилляционными параметрами, которые используются в блоках детектирования и применяются в установках для рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализа.