Сцинтилляционные детекторы. Цифровые сцинтилляционные детекторы в медицинской диагностике: принципы работы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроены цифровые сцинтилляционные детекторы. Какие преимущества дает их использование в медицинской визуализации. Для каких диагностических методов они применяются. Каковы перспективы развития этой технологии.

Содержание

Принцип работы цифровых сцинтилляционных детекторов

Цифровые сцинтилляционные детекторы состоят из следующих основных компонентов:

Сцинтиллятор — кристалл, который преобразует ионизирующее излучение в видимый свет
Фотодетектор — устройство, преобразующее свет сцинтиллятора в электрический сигнал
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — переводит аналоговый сигнал с фотодетектора в цифровую форму
Система обработки данных — анализирует цифровые сигналы и формирует изображение

При попадании ионизирующего излучения в сцинтиллятор происходит вспышка света. Фотодетектор регистрирует эту вспышку и преобразует ее в электрический импульс. АЦП оцифровывает этот импульс, а система обработки анализирует параметры цифрового сигнала для определения энергии и координат зарегистрированного кванта излучения.

Преимущества цифровых детекторов перед аналоговыми

Использование цифровых технологий в сцинтилляционных детекторах дает ряд важных преимуществ:

Более высокое энергетическое разрешение
Улучшенное пространственное разрешение
Возможность анализа формы импульса
Снижение шумов и помех
Расширенный динамический диапазон
Возможность программной обработки сигналов

Все это позволяет получать более качественные диагностические изображения при меньшей лучевой нагрузке на пациента.

Применение в медицинской диагностике

Цифровые сцинтилляционные детекторы используются в следующих методах медицинской визуализации:

Компьютерная томография (КТ)
Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ)
Гамма-камеры для сцинтиграфии
Рентгенография

Они позволяют проводить функциональные и анатомические исследования различных органов и систем организма, выявлять патологические процессы на ранних стадиях.

Перспективные направления развития

Основные тенденции в совершенствовании цифровых сцинтилляционных детекторов включают:

Разработку новых быстрых сцинтилляторов с высоким световыходом
Создание кремниевых фотоумножителей (SiPM) с улучшенными характеристиками
Повышение скорости и разрядности АЦП
Внедрение методов машинного обучения для анализа сигналов
Интеграцию детекторов с другими диагностическими модальностями

Это позволит еще больше повысить диагностическую ценность методов ядерной медицины и лучевой диагностики.

Конструкция современных цифровых детекторов

Типичная конструкция цифрового сцинтилляционного детектора включает следующие элементы:

Сцинтилляционный кристалл (чаще всего на основе Lu, Gd, Cs или La)
Матрица кремниевых фотоумножителей (SiPM) для регистрации света
Предварительные усилители сигналов с SiPM
Высокоскоростные АЦП (частота дискретизации до 500 МГц)
ПЛИС или сигнальный процессор для первичной обработки данных
Интерфейс передачи данных в систему сбора и обработки

Такая архитектура обеспечивает высокую чувствительность, быстродействие и точность регистрации ионизирующего излучения.

Методы цифровой обработки сигналов

В цифровых детекторах применяются следующие алгоритмы обработки сигналов:

Цифровая фильтрация для подавления шумов
Коррекция базовой линии
Определение амплитуды и времени прихода импульсов
Анализ формы импульса для разделения событий
Энергетическая калибровка

Коррекция пространственных искажений

Это позволяет существенно улучшить качество получаемых диагностических изображений по сравнению с аналоговыми системами.

Сравнение характеристик аналоговых и цифровых детекторов

Основные преимущества цифровых детекторов перед аналоговыми:

Характеристика	Аналоговые	Цифровые
Энергетическое разрешение	8-10%	5-7%
Пространственное разрешение	3-4 мм	1-2 мм
Скорость счета	до 500 кГц	до 5 МГц
Динамический диапазон	1000:1	10000:1

Цифровые детекторы обеспечивают лучшее качество изображений при меньшей дозовой нагрузке на пациента.

Сцинтилляционные детекторы

Первый сцинтилляционный детектор, названный спинтарископом, представлял собой экран, покрытый слоем ZnS. Вспышки, возникавшие при попадании в него заряженных частиц, фиксировались с помощью микроскопа. Именно с таким детектором Гейгер и Марсден в 1909 г. провели опыт по рассеянию альфа-частиц атомами золота, приведший к открытию атомного ядра. Начиная с 1944 г. световые вспышки от сцинтиллятора регистрируют фотоэлектронными умножителями (ФЭУ). Позже для этих целей стали использовать также фотодиоды.

Сцинтиллятор может быть органическим (кристаллы, пластики или жидкости) или неорганическим (кристаллы или стекла). Используются также газообразные сцинтилляторы. В качестве органических сцинтилляторов часто используются антрацен (C₁₄H₁₀), стильбен (C₁₄H₁₂), нафталин (C₁₀H₈). Жидкие сцинтилляторы обычно известны под фирменными именами (например NE213).

Пластиковые и жидкие сцинтилляторы представляют из себя растворы органических флуоресцирующих веществ в прозрачном растворителе. Например, твердый раствор антрацена в полистироле или жидкий раствор р-терфенила в ксилоле. Концентрация флуоресцирующего вещества обычно мала и регистрируемая частица возбуждает в основном молекулы растворителя. В дальнейшем энергия возбуждения передается молекулам флуоресцирующего вещества. В качестве неорганических кристаллических сцинтилляторов используются ZnS, NaI(Tl), CsI, Bi₄Ge₃O₁₂,
LaBr₃(Ce), PbWO₄ и др. В качестве газовых и жидких сцинтилляторов используют инертные газы (Xe, Kr, Ar, He) и N.

Рис.1. Сравнение двух сцинтилляторов

Так как в органических сцинтилляторах возбуждаются молекулярные уровни, которые излучают в ультрафиолетовой области для согласования со спектральной чувствительностью регистрирующих свет устройств (ФЭУ и фотодиодов) используются светопреобразователи, которые поглощают ультрафиолетовое излучение и переизлучают видимый свет в области 400 нм.

    Световой выход — доля энергии регистрируемой частицы конвертируемая в энергию световой вспышки. Световой выход антрацена ~0.05 или 1 фотон на 50 эВ для частиц высокой энергии. У NaI световой выход ~0.1 или 1 фотона на 25 эВ. Принято световой выход данного сцинтиллятора сравнивать со световым выходом антрацена, который используется как стандарт. Типичные световые выходы пластиковых сцинтилляторов 50-60%.
    Интенсивность световой вспышки пропорциональна энергии, потерянной частицей, поэтому сцинтилляционный детектор может использоваться в качестве спектрометра, т. е. прибора, определяющего энергию частицы.
    С помощью сцинтилляционных счетчиков можно измерять энергетические спектры электронов и γ-лучей. Для измерения спектров тяжелых заряженных частиц (α-частицы и др.) обычно используют CsI. По сравнению с NaI, он существенно менее гигроскопичен и не требует защитного кожуха, в котором заряженные частицы теряют свою энергию. Энергетическое разрешение CsI заметно хуже, чем у полупроводниковых детекторов, кроме того пропорциональность интенсивности вспышки потерянной энергии у сцинтилляторов наблюдается не при всяких энергиях частиц и проявляется только при значениях энергии, больших некоторой величины. Нелинейная связь амплитуд импульсов с энергией частицы различна для различных люминофоров и для различных типов частиц. CsI применяется, когда требуются измерения энергий заряженных частиц довольно больших энергий, а энергетическое разрешение не играет существенной роли.

В физике высокой энергии нашли применение сцинтилляторы из вольфрамата свинца (PbWO₄). Небольшая радиационная длина (0.89 см) и малый мольеровский радиус (2.19 см) – радиус цилиндра в пределах которого поглощается 90% электромагнитного ливня – позволяет сделать детектор с таким сцинтиллятором компактным с хорошим пространственным разрешением. PbWO₄ в частности был использован для сильно секционированного (17920 каналов детектирования) калориметра – фотонного детектора PHOS детекторного комплекса ALICE на Большом адронном коллайдере.

Рис. 2. Сцинтиллятор и ФЭУ

Рис. 3. Устройство ФЭУ

Фотоны, возникшие в сцинтилляторе под действием заряженной частицы, по световоду достигают ФЭУ и через его стеклянную стенку попадают на фотокатод. ФЭУ представляет собой баллон, внутри которого в вакууме располагается фотокатод и система последовательных динодов, находящихся под положительным увеличивающемся от динода к диноду электрическим потенциалом. В результате фотоэффекта из фотокатода вылетают электроны, которые затем, ускоряясь в электрическом полем, направляются на систему динодов, где за счет вторичной (ударной) электронной эмиссии образуют нарастающую от динода к диноду электронную лавину, поступающую на анод. Обычно коэффициент усиления ФЭУ (число электронов, достигших анода при выбивании из фотокатода одного электрона) составляет 10

5-10⁶, но может достигать и 10⁹, что позволяет получить на выходе ФЭУ легко регистрируемый электрический импульс.
Энергетическое разрешение сцинтилляционных детекторов ΔЕ/Е обычно не лучше нескольких процентов. Временное разрешение зависит от длительности световой вспышки (времени высвечивания люминофора), от длительности фронта световой вспышки, а также от количества фотоэлектронов (от энергии оставленной частицей в сцинтилляторе) и меняется в пределах 10^-6-10^-11 с.
Большие объёмы сцинтилляторов позволяют создавать детекторы очень высокой эффективности, для регистрации частиц с малым сечением взаимодействия с веществом.

См. также Детекторы для гамма-спектрометрии.

[Детекторы]

Последнее обновление 12.03.2015.

СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР • Большая российская энциклопедия

В книжной версии
Том 31. Москва, 2016, стр. 496
Скопировать библиографическую ссылку:

Авторы: А. С. Фомичёв

СЦИНТИЛЛЯЦИО́ННЫЙ ДЕТЕ́КТОР, прибор для регистрации единичных частиц, а также электронно-фотонных ливней и электронно-ядерных ливней при помощи сцинтилляций, возникающих при прохождении частиц через среду (сцинтиллятор). Применяется для регистрации заряженных или нейтральных частиц, осколков деления ядер и γ-квантов. С. д. обладает спектрометрич. свойствами, т. к. интенсивность световой вспышки пропорциональна энергии налетающей частицы. С. д. используют в ядерной физике и физике элементарных частиц для идентификации частиц, измерения их координат и энергий в широком диапазоне (от 10 эВ до 10 ГэВ) и получения временнóй информации.

Вспышка света, вызванная прохождением частицы через сцинтиллятор, может быть преобразована в электрич. сигнал или графич. изображение при помощи фотоприёмника (ФЭУ, фотодиода, фотокамеры). Свойства С. д. в значит. степени определяются свойствами сцинтиллятора. С. д. характеризуют конверсионной эффективностью (достигающей 30%) – долей энергии частицы, конвертированной в световую вспышку, от полной энергии, потерянной частицей при её прохождении в веществе сцинтиллятора. Др. характеристика С. д. – удельный световой выход (световыход) – число образовавшихся фотонов на единицу энергии, потерянной частицей [напр., 38 фотонов/кэВ для NaI(Tl)]. К важным характеристикам С. д. относятся длина волны λ_макс в спектре высвечивания сцинтиллятора, отвечающая макс. световыходу (λ_макс; 200–600 нм), время высвечивания (τ≈1–10000 нс), радиационная длина (X₀≈0,9–2,9 см) и др. Сцинтилляторами в С. д. могут служить углеводородные соединения (напр., прозрачные пластмассы, кристаллы антрацена и стильбена, раствор паратерфенила в ксилоле или толуоле), неорганич. монокристаллы (напр., NaI, CsI, BaF₂), прозрачные керамики на основе оксидов MgO, BeO, Al₂O₃, Y₂O₃ и др., а также благородные газы.

Детекторы ионизирующих излучений сцинтилляционные. Метод измерения собственного и приведенного разрешения детектора – РТС-тендер

ГОСТ 17038.6-79*

Группа Л95

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ОКП 26 5100

Дата введения 1980-01-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 апреля 1979 г. N 1592 срок введения установлен с 01.01.80

Проверен в 1984 г. Постановлением Госстандарта от 24.08.84 N 3008 срок действия продлен до 01.01.90**

________________

** Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 4, 1994 год). — Примечание изготовителя базы данных.

ВЗАМЕН ГОСТ 17038-71 в части разд.4 и 5

* ПЕРЕИЗДАНИЕ (февраль 1984 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в ноябре 1981 г., августе 1984 г. (ИУС N 1-82, 12-84).

ВНЕСЕНО Изменение N 3, утвержденное и введенное в действие Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 25.09.89 N 2872 с 01.04.90

Изменение N 3 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 1, 1990 год

Настоящий стандарт распространяется на сцинтилляционные детекторы ионизирующих излучений (детекторы), в спектре которых имеется пик полного поглощения, и устанавливает метод измерения собственного и приведенного разрешения детектора.

Стандарт применяется совместно с ГОСТ 17038.0-79, ГОСТ 17038.2-79, ГОСТ 17038.5-79.

Стандарт соответствует СТ СЭВ 2668-80 в части альфа-, бета-, гамма- и рентгеновского излучения.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.1. Аппаратура по ГОСТ 17038.5-79.

2.1. Собственное и приведенное разрешения детекторов гамма-излучения измеряют при возбуждении сцинтиллятора гамма-излучением цезия-137 или кобальта-57, детекторов бета-излучения — при возбуждении сцинтиллятора конверсионными электронами цезия-137 и детекторов альфа-излучения — при возбуждении сцинтиллятора альфа-излучением плутония-239, если другие источники ионизирующего излучения не оговорены НТД на конкретные типы детекторов.

2.2. Собственное разрешение () детектора вычисляют исключением собственного разрешения ФЭУ из амплитудного разрешения блока детектирования, в процентах, по формуле

, (1)

где — спектрометрическая постоянная ФЭУ;

— световой выход детектора.

2.3. Приведенное разрешение () детектора вычисляют пересчетом амплитудного разрешения блока детектирования с испытуемым детектором и используемым ФЭУ к нормализованному ФЭУ по ГОСТ 23077-78, в процентах, по формуле

, (2)

где — спектрометрическая постоянная нормализованного ФЭУ по ГОСТ 23077-78. Значение указывают в НТД на детекторы конкретных типов.

(Измененная редакция, Изм. N 3).

2.4. Световой выход детектора и амплитудное разрешение блока детектирования измеряют при возбуждении детектора ионизирующим излучением того вида и энергии, для которого определяют собственное и приведенное разрешение.

2.5. Измеряют световой выход детектора по ГОСТ 17038.2-79.

2.6. Измеряют спектрометрическую постоянную ФЭУ по ГОСТ 17038.5-79, используя тот же стандартный образец и источник ионизирующего излучения, что и при измерении светового выхода, если другой стандартный образец или источник не указаны в НТД на конкретные типы детекторов.

Если световой выход стандартного образца более чем в два раза превышает световой выход используемого детектора, измерение постоянной проводят, помещая между выходным окном стандартного образца и фотокатода ФЭУ поглотитель светового потока с известным коэффициентом поглощения . В этом случае значение вычисляют по формуле п.2.1 ГОСТ 17038.5-79 при , где — значение светового выхода стандартного образца, указанное в свидетельстве на него.

ФЭУ считают годным для проведения измерений, если значение спектрометрической постоянной не превышает предельно допустимого значения, указанного в НТД на конкретные типы детекторов.

В случае, если значение используемого ФЭУ отличается от не более чем на 15%, значение приведенного разрешения равно значению амплитудного разрешения блока детектирования.

(Измененная редакция, Изм. N 3

2.7. Детектор помещают на фотокатоде ФЭУ в оптическом контакте.

2.8. Измеряют амплитудное разрешение блока детектирования по ГОСТ 26652-85 и ГОСТ 17038.5-79.

Измерения проводят три раза.

(Измененная редакция, Изм. N 3).

3.1. Вычисляют среднее значение амплитудного разрешения блока детектирования результатов трех измерений.

3.2. По формуле (1) вычисляют значение собственного разрешения детектора.

Если значение собственного разрешения детектора менее 10,0%, результат округляют до двух значащих цифр; если более 10,0%, результат округляют до трех значащих цифр. Округление проводят по СТ СЭВ 543-77.

3.3. По формуле (2) вычисляют значение приведенного разрешения детектора.

Результат округляют, как указано в п.3.2.

Значение спектрометрической постоянной нормализованного ФЭУ приводится в НТД на конкретные типы детекторов.

3.2, 3.3. (Измененная редакция, Изм. N 2).

3.4. В случае, когда спектрометрическая постоянная ФЭУ определена с помощью стандартного образца того же типа, что и испытуемый детектор, и при их возбуждении ионизирующим излучением одного вида и энергии, допускается графическая обработка результатов с помощью специальной координатной сетки, на оси абсцисс которой отложены обратные значения светового выхода, а на оси ординат — квадраты значений амплитудного разрешения. В этом случае обработку результатов измерений по ГОСТ 17038.5-79 и измерений по настоящему стандарту объединяют и значение не вычисляют.

3.5. Собственное разрешение детектора с помощью вышеописанной координатной сетки определяют следующим образом. На оси ординат откладывают значение собственного разрешения стандартного образца; на сетку наносят точку с координатами (,)* и соединяют эти точки прямой (калибровочная прямая).

________________

* — световой выход стандартного образца;

— амплитудное разрешение блока детектирования со стандартным образцом.

На сетку наносят точку с координатами (, )* и проводят прямую, параллельную калибровочной. Отрезок, отсекаемый этой прямой на оси ординат, равен собственному разрешению детектора.

________________

* — световой выход испытуемого детектора;

— амплитудное разрешение блока детектирования с испытуемым детектором.

3.6. Приведенное разрешение детектора определяют аналогично определению собственного разрешения, но при построении калибровочной прямой на оси ординат откладывают значение приведенного разрешения стандартного образца, вычисленное по формуле

. (3)

В этом случае прямая, параллельная калибровочной, проведенная через точку с координатами (,) отсекает на оси ординат отрезок, равный приведенному разрешению детектора.

(Измененная редакция, Изм. N 3).

3.7. Суммарная относительная погрешность измерения собственного и приведенного разрешений не должна превышать 10% при доверительной вероятности 0,95.

54199-13: СД2 Детекторы сцинтилляционные — Производители, поставщики и поверители

Назначение

Детекторы сцинтилляционные СД2 (далее — детекторы) предназначены для измерений мощности экспозиционной дозы импульсного тормозного излучения.

Описание

Конструктивно детекторы выполнены на основе коаксиального фотоэлемента типа СДФ14, состыкованного с пластмассовым сцинтиллятором типа СПС Б15 размерами 025 х 25 мм. Электрический вывод фотоэлемента совместим с разъемами типа СР-75-154П или СР-75-167П.

Принцип работы детекторов заключается в следующем: тормозное излучение образует в сцинтилляторе вторичные фото- и комптоновские электроны, при торможении которых происходит возбуждение молекул сцинтиллятора. Снятие возбуждения сопровождается испусканием квантов света. Световое излучение образует в фотоэлементе, примыкающем к сцинтиллятору, электрический ток. Ток детектора пропорционален мощности экспозиционной дозы, он проходит через кабельную линию связи и регистрируется, как правило, на осциллографе, выделяясь на согласованном нагрузочном сопротивлении в виде импульса напряжения. Питание детектора осуществляется через эту же кабельную линию с помощью разделительной емкости.

Внешний вид детектора приведен на рисунке 1.

Схема пломбировки и места нанесения наклейки приведена на рисунке 2.

Технические характеристики

Метрологические и технические характеристики детекторов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование параметра или характеристики	Значение характеристики
Дозовая чувствительность к излучению со средней энергией 1,25 МэВ, Ас/Р, не менее	410-9
Дозовая чувствительность к спектру излучения ускорителя РИУС-5, Ас/Р, не менее	410-9
Пределы относительной суммарной погрешности определения дозовой чувствительности (при доверительной вероятности 0,95), %	±10
Отклонение относительной, нормированной к 1,25 МэВ, энергетической зависимости чувствительности (ЭЗЧ): — в диапазоне энергий (0,15 — 10) МэВ, %, не более — в диапазоне (0,06 — 0,15) МэВ, %, не более	±15 минус 40
Максимальный линейный ток, А, не менее	2,5
Рабочее напряжение питания, В	минус (1300 ± 100)
Г абаритные размеры (диаметр х высота), мм, не более	60 х 80
Масса, г, не более	250
Рабочие условия эксплуатации: — температура окружающего воздуха, °С — относительная влажность воздуха, % — атмосферное давление, мм рт. ст. (кПа)	от 15 до 35 до 80 от 645 до 795 (от 86 до 106)

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится на титульный лист эксплуатационной документации типографским способом.

Комплектность

Комплект поставки приведен в таблице 2.

Таблица 2

Наименование	Кол-во, шт.
Детектор сцинтилляционный СД2	1
Паспорт 11.05.00.00 ПС	1
Руководство по эксплуатации 11.05.00.00 РЭ	1
Методика поверки 11.05.00.00 ИС МП	1

Поверка

Осуществляется по документу 11.05.00.00 ИС МП «Инструкция. Детекторы сцинтилляционные СД2. Методика поверки», утвержденному руководителем ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИФТРИ» в декабре 2012 г.

Основные средства поверки:

вторичный эталон экспозиционной дозы и мощности экспозиционной дозы ВЭТ 8-13-92 (аттестованный в установленном порядке), пределы допускаемой суммарной погрешности измерений ± 1,9 %.

Сведения о методах измерений

Детекторы сцинтилляционные СД2. Руководство по эксплуатации. 11.05.00.00 РЭ.

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к детекторам сцинтилляционным СД2

ГОСТ 8.034-82 «ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений экспозиционной дозы, мощности экспозиционной дозы и потока энергии рентгеновского и гамма-излучений»;

«Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)»;

«Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности. (ОСПОРБ-2010)».

MIPT-NPM laboratory

На сегодня в физике атмосферного грозового разряда существует множество неразгаданных тайн. Ключевая из них — проблема инициализации молнии: несмотря на то, что динамика формирования молнии детально изучена, не известно, как начинается процесс развития молниевого разряда. Для начала формирования молнии необходим электрический пробой внутри грозового облака, однако наблюдаемые в атмосфере электрические поля на целый порядок меньше пробойных полей.

Ещё один необъяснённый феномен атмосферного электричества — гамма-всплески, наблюдаемые с 1994 года космическими гамма-обсерваториями (например, BATSE, Fermi), созданными для наблюдения гамма-излучения астрофизических источников. Загадочное природное гамма-излучение земной атмосферы получило название гамма-вспышек земного происхождения (Terrestrial Gamma-ray Flashes, TGFs). Оно примечательно своей короткой длительностью (порядка сотни микросекунд) и высокой интенсивностью гамма-излучения. Построение непротиворечивой модели TGF является одной из ключевых задач для современных учёных.

Рисунок 1. Гамма телескоп Fermi.Рисунок 2. Terrestrial Gamma-ray Flashes согласно NASA.

Многолетнее наблюдение TGF позволило установить, что, по-видимому, в основе этого природного явления лежит ускорение релятивистских электронов в электрических полях грозовых облаков. Оказывается, в грозовых облаках возможно формирование такого крупномасштабного электрического поля, которое способно ускорять электроны сильнее, чем они тормозятся при взаимодействии с атмосферным воздухом. Это явление было предсказано российским учёным А.В. Гуревичем в 1992 году. Релятивистские электроны, ускоряемые электрическим полем, называются убегающими, а минимальное электрическое поле, при котором убегание электронов возможно, называется критическим. Убегающие электроны, взаимодействуя с молекулами воздуха, выбивают новые электроны, которые также могут стать убегающими. Этот процесс приводит к формированию лавины убегающих электронов (рис. 3). Затравочные частицы для таких лавин рождаются вторичными космическими лучами. Лавины убегающих электронов при взаимодействии с воздухом создают тормозное гамма-излучение. Спектральный анализ TGF показал, что именно явление убегания релятивистских электронов в грозовых облаках является наиболее вероятным источником земных гамма-вспышек. Тем не менее построение модели TGF требует более глубокого изучения физики лавин убегающих электронов.

Рисунок 3. Моделирование лавин убегающих электронов на Geant4. Красные треки частиц — электроны, зелёные — гамма-излучение, синие — позитроны.

Гамма-излучение грозовых облаков наблюдается не только из космоса. Существует множество наземных обсерваторий, изучающих это природное явление. Одна из них — станция Арагатц на одноимённой горе в Армении. Исследования на станции проводятся Отделом космических лучей (Cosmic Ray Division) Ереванского Физического института, под руководством А. Чилингаряна. Высокогорное расположение экспериментального комплекса удобно для исследования грозовых облаков, так как они проходят на высоте в сто и менее метров над экспериментальными установками. Важной для грозовой физики особенностью этого экспериментального комплекса является его расположение всего в ста метрах от высоты грозовых облаков. Это позволяет получать важные экспериментальные данные по атмосферному гамма-излучению. Явление, наблюдаемое на горе Арагатц, получило название Thunderstorm Gamma Enhancement (TGE). Его длительность по сравнению с TGF большая — порядка 30 минут. Анализ данных по наблюдению TGE показал, что он, в основном, состоит из гамма-излучения распада дочерних ядер радона, поднимающихся вместе с аэрозолями за счёт электрического поля между поверхностью земли и грозой. Это мягкая компонента TGE, энергия гамма квантов мягкой компоненты не превышает 3 МэВ. Однако периодически в TGE возникают мощные потоки жёсткой компоненты гамма-излучения, энергия которого достигает 100 МэВ. Длительность таких вспышек составляет порядка 100 миллисекунд, как правило, они прерываются разрядом молнии. Надёжно установлено, что источником жёсткой компоненты TGE являются лавины убегающих электронов, ускоряемых грозовыми электрическими полями.

Рисунок 4. Экспериментальный комплекс на горе Арагатц.Рисунок 5. High Energy Atmospheric Physics согласно Cosmic Ray Division. В основе гамма-излучения, наблюдаемого во время грозы, лежит ускорение релятивистских электронов в грозовых облаках (жёсткая компонента), а также радиоактивный распад дочерних ядер радона (мягкая компонента).

Изучение динамики лавин убегающих электронов не ограничивается исследованием их гамма-излучения. Потоки релятивистских электронов также вызывают повышенный уровень ионизации внутри грозового облака. Повышенная ионизация может оказать значительный вклад в процессы формирования стримеров и лидеров, лежащие в основе инициации молнии. Кроме того, грозовые облака являются источником УКВ излучения. Для регистрации ультракоротких волн станция Арагатц оснащена интерферометром. Предполагается, что релятивистские частицы также способны вызвать процессы, приводящие к УКВ излучению. Изучение плазменных процессов, связанных с ионизацией убегающих электронов, в совокупности с анализом данных УКВ интерферометров позволит пролить свет на неизведанные явления атмосферной физики.

Рисунок 6. Антенны УКВ интерферометра, расположенного на горе Арагатц.

Цифровые сцинтилляционные детекторы для медицинской диагностики с использованием синхротронного излучения Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

ЦИФРОВЫЕ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

А.Д.Беляев, В.К.Кононов, А.А.Туринге, К.М.Подурец РНЦ «Курчатовский Институт» В.Г.Недорезов, Н.В.Руднев Институт ядерных исследований РАН

Разработаны цифровые сцинтилляционные детекторы для медицинской диагностики с использованием синхротронного излучения (СИ). Показано, что благодаря высокой интенсивности, монохроматичности и малой угловой расходимости на пучках СИ возможна медицинская диагностика более высокого качества, чем на обычных рентгеновских аппаратах. Для реализации таких возможностей созданы аппараты для получения изображений с адекватными параметрами. Последняя версия представляет собой 9-матричный прибор, который позволяет получать изображения при минимальных дозах облучения (эффективность регистрации равна 100 %), высоком координатном разрешении (30 мкм) при поперечных размерах объекта до 100 см2.

DIGITAL SCINTILLATION DETECTORS FOR MEDICAL DIAGNOSTICS WITH SYNCHROTRON RADIATION

A.D.Belyaev, N.K.Kononov, A.A.Turinge, K.M.Podurets, D.K. Pogorelyi, RRC «Kerchatov Institute» V.G.Nedorezov, N.V.Rudnev Institute for Nuclear Research RAS

Digital scintillation detectors for medical diagnostics with Synchrotron Radiation (SR)has been developed. It is shown that due to high intensity and small angular divergence of monochromatic SR beams, more perfect imaging and diagnostics than ordinary X-Ray technique is available. To realize the SR advantages, new generation of imaging devices is developed which provides the necessary parameters. The last version of the detector represents the 9-channel CCD chamber which is able to obtain high quality images at minimal irradiation doses (coordinate resolution is of 30 micron, sensitive area is near 100 cm2).

Детекторы излучений сцинтилляционные — Справочник химика 21

При радиометрическом методе контроля детекторами излучения являются различного рода счетчики, ионизационные камеры, сцинтилляционные преобразователи. [c.103]

Конструкции сцинтилляционных детекторов излучения [c.58]

Для контроля качества металла изделий небольших размеров, изготовленных из стали толщиной до 25 мм и алюминиевых сплавов толщиной до 150 мм, применяют установку ИМ-1-114, в которой источником излучения является рентгеновский аппарат РУП-150-300-10. Производительность установки 3 м ч. Способ сканирования — построчный. Чувствительность к обнаружению дефектов составляет 0,5—1,0%. Результаты контроля регистрируются самописцем. В качестве детектора служит сцинтилляционный счетчик. Сцинтилляционные детекторы при толщине изделия менее 200 мм обеспечивают чувствительность по стали до 0,2— 0,5%. Высокая чувствительность радиометрического метода контроля привлекает внимание конструкторов механизированных установок. Созданы и испытаны образцы установок, обеспечивающих визуализацию дефектов. Разработан опытно-промышленный образец гамма-дефектоскопической установки для контроля сварных швов с толщиной стенки 16—52 мм. Однако без снятого усиления шва чувствительность установки составляет 6—13%, скорость контроля — до 13 м/ч. [c.250]

В качестве детектора излучения применяют ионизационные камеры, газовые и сцинтилляционные счетчики, полупроводниковые детекторы. Мощность сигналов детекторов мала, поэтому для усиления сигналов используют соответствующую усилительную аппаратуру. [c.104]

Детекторами излучений служат ионизационные камеры, газоразрядные и сцинтилляционные счетчики, полупроводниковые детекторы, ядерные фотоэмульсии. [c.16]

На ряде нефтеперерабатывающих заводов как в лабораториях, так и при технологических потоках у нас и за рубежом в настоящее время некоторое распространение нашли радиометрические анализаторы содержания серы в нефтепродуктах. В качестве детекторов излучения в этих приборах используются газоразрядные и сцинтилляционные счетчики, которые обладают рядом существенных недостатков, основными из которых являются низкая точность, нестабильность работы и недолговечность. [c.283]

Под регистрацией излучения понимается качественное обнаружение ядерного излучения и количественное определение активности данного радиоактивного препарата. В случае ионизационных и сцинтилляционных методов регистрации активность препарата выражается в единицах скорости счета (имп/мин-, имп сек). Регистрация излучения производится при помощи соответствующих детекторов излучения. [c.42]

Определение коэффициентов использования излучений сцинтилляционных детекторов для различных видов излучений и сравнение их с коэффициентами использования излучений газовых счетчиков. Чувствительность регистрирующей аппаратуры и детекторов к ионизирующему излучению характеризуется тремя коэффициентами 1) /Спр — коэффициент использования излучения регистрирующего прибора (коэффициент счетности) —это отношение числа сосчитанных прибором импульсов к числу частиц или у-квантов, испущенных источником за время измерения [c.32]

Из большого количества известных детекторов излучения в томофафии используются два типа — сцинтилляционные и ионизационные. [c.161]

Величина максимального пробега Р-частицы в любом материале определенным образом зависит от энергии. В литературе имеется несколько эмпирических формул, связывающих максимальный пробег Р-частиц с их максимальной энергией (17—1 и 19—I). Поэтому определение максимальной энергии р-спектра сводится к измерению максимального пробега, а энергия вычисляется по эмпирическим формулам. Для определения максимального пробега р-частиц радиоактивный изотоп по возможности наиболее высокой удельной активности наносится на тонкую органическую пленку. При не очень точных измерениях в качестве подложки используют алюминий или пластмассы, например плексиглас. В качестве детектора Р-излучения применяют торцовый счетчик Гейгера —Мюллера или Р-сцинтилляционный счетчик. Препарат укрепляется вблизи соответствующего детектора излучения. Между препаратом и счетчиком помещаются алюминиевые экраны известной толщины (г/см ). Измеряется уменьшение активности с увеличением толщины алюминиевых экранов. Полученные опытные данные выражаются в полулогарифмическом масштабе gI й г/см ). [c.88]

Однако в силу ряда причин имеется предел, ограничивающий минимальную величину разрешающего времени. Оно обычно определяется типом детектора излучений. Например, при использовании в качестве детектора счетчиков Гейгера — Мюллера можно получить разрешение 10 — 10 сек [286], а если используются сцинтилляционные счетчики с кристаллом Ка1(Т1), то наименьшее разрешающее время составляет примерно 1,5-10 сек [390]. Следует отметить, что для получения минимального разрешающего времени в спектрометрах совпадений должна использоваться специальная электронная аппаратура, удовлетворяющая определенным требованиям [301, 302]. [c.286]

Одновременное измерение теплопроводности и радиоактивности происходит при подаче выходящего из газового хроматографа потока через капилляр в детектор излучения, который может быть в впде счетной трубки или сцинтилляционного кристалла. При этом следует обратить внимание на то, чтобы различие во времени срабатывания обоих детекторов — ячейки для измерения теплопроводности и измерителя излучения — было мало по сравнению с временем выхода фракций. Это различие должно составлять максимум 3 сек. [c.77]

Оборудование и посуда. Счетная установка с детектором -излучения или сцинтилляционным детектором у-излучения. Термостат с прибором для определения коэффициента диффузии (рис. 18.9). Микрометр или штангенциркуль. Набор капилляров длиной 1,5—2,0 см и внутренним диаметром 0,3—0,5 мм (10 штук). Приспособление для перенесения раствора из капилляра в стандартную чашечку (рис. 18.10). Стеклянные чашечки для измерения активности. [c.628]

Обычно все определения радиоактивности проводят с помощью детекторов, действие которых основано либо на ионизирующих свойствах излучений, проходящих через газ или полупроводник, либо на способности этих излучений вызывать возбуждение атомов и молекул среды с последующим испусканием фотонов светового излучения (сцинтилляционные детекторы). Измерив активность данного образца в начальный момент времени (/о) и через промежуток времени можно построить за- [c.206]

Каждое радиоизотопное реле имеет следующие основные узлы детектор излучения (газоразрядный или сцинтилляционный счетчик), усилитель и выходной релейный элемент (обычно электромагнитное реле), являющийся линейной частью реле. Кроме того, в релейные устройства входят источники питания детектора и [c.149]

Еще в 1951 г. Бирке [244] доказал возможность обычной рентгеновской эмиссионной спектроскопии легких элементов (от магния до титана) при использовании вакуумного спектрометра со счетчиком Гейгера в качестве детектора излучения. Дальнейщие успехи стали возможными после создания проточных пропорциональных счетчиков (см. 2.8 и 8.5). Разработка сцинтилляционных счетчиков, работающих в комбинации с фотоумножителями, сделала их более полезными для анализа легких элементов, чем это можно было предвидеть до 1950 г. Начаты работы по созданию счетчиков без окон [245, 246]. [c.235]

ДЕТЕКТОРЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ НА ОСНОВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МОНОКРИСТАЛЛОВ [c.628]

Детекторы ионизирующего излучения сцинтилляционные на основе монокристаллов иодида натрия, активированных таллием, СДН.ЗО ОСТ 6—09—112—86 [c.628]

Детекторы ионизирующих излучений сцинтилляционные на основе Nal(Tl) термоустойчивые СДН.28 и СДН.29 [c.637]

Детекторы ионизирующих излучений сцинтилляционные рентгеновские на основе монокристаллов иодида натрия, активированного таллием, СДН.ОЗ [c.638]

Детекторы ионизирующего излучения сцинтилляционные на основе монокристалла иодида натрия, активированного таллием, низкофоновые спектрометрические СДН.05 [c.638]

Далее приступили к выбору детектора излучения. Наиболее распространены следующие детекторы галогенные счетчики, ионизационные камеры и сцннтилляционные счетчики. Для обеспечения широкого пучка лучше использовать ионизационную камеру, однако разработка и изготовление ее оправданы для случая длительной и беспрерывной работы, но не для экспериментов. Сцинтилляционные счетчики для проведения экспериментов применять было не целесообразно, так как электронная схема сложна, а кристалл таких размеров дорогостоящий. Поэтому выбрали галогенные счетчики типа СТС-8, которые позволили построить сравнительно простую схему регистрации ослабления потока у-квантов по скорости счета импульсов. [c.18]

В современных сцинтилляционных детекторах для подсчета отдельных сцинтилляций используют. фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Использование ФЭУ дает возможность провести регистрацию отдельных световых импульсов, вызванных прохождением через сцинтиллятор а- и р-частицы или у-кванта, благодаря чему сцинтилляционные детекторы можно использовать в регистрирующих системах дифференциального типа. Детектор излучения в этом случае называют сцингилляционным счетчиком. Блок-схема регистрирующего прибора со сциптилляционпым счетчиком дана на рис. 38. [c.91]

Сцинтилляционный счетчик представляет собой сочетание фосфора, в котором под воздействием ядерных излучений возникают сцинтилляции, и фотоэлектронного умножителя, который эти сцинтилляции регистрирует и преобразует в электрические импульсы. В настоящее время, благодаря целому ряду преимуществ по сравнению с другими методами регистрации ядерных излучений, сцинтилляционный метод является одним из наиболее распространенных не только в экспериментальных областях ядерной физики и химии, но и в технике. К основным преимуществам сцинтилляционного счетчика по сравнению с другими детекторами ионизирующих излучений относятся универсальность, малое разрешающее время, высокая эффективность регистрации, особенно у-излучения, способность отличать и регистрировать излучения различных типов, а также изхмерять энергию частиц и Y-квaнтoв. [c.26]

Экспериментальные кривые иитепсивности рассеяния рентгеновских лучей данными образцами были получены на дифрактометре УРС-50И. Исиользовалось медное излучение Си Ка с никелевым фильтром. В качестве детектора излучения использовали сцинтилляционный датчик с кристаллом NaJ(Tl). Последующая амплитудная дискриминация позволила получить достаточную монохроматизацию с большой эффективностью регистрации излучения. Перед съемкой образцы измельчались и наносились ровным слоем толщиной 1,5—2 мм на картонную подлонжу. Регистрация рассеянного излучения производилась в интервале углов 20 от 5 до 120°. Полученные из эксперимента кривые интенсивности были исправлены на [c.162]

Возбужденные атомы и молекулы, которые вместе с ионами образуются вдоль пути ионизирующей частицы, могут переходить в основное состояние, испуская электромагнитное излучение. У некоторых веществ часть спектра этого излучения лежит в видимой или ультрафиолетовой областях, поэтому прохождение излучения через такие вещества сопровождается короткой вспышкой (сцинтилляцией). На этом принципе основано действие сцинтилляцион-ных детекторов излучения. [c.27]

При работе с радиоактивными индикаторами наиболее широкое применение нашли установки для регистрации излучения, работающие в дифференциальном режиме. Детекторами излучений в них я бляются счетчики — газовые или сцинтилляционные. Каждая установка для регистрации излучений (называемая радиометрической установкой или радиометрическим прибором) содержит специальный блок, обеспечивающий регистрацию электрических сигналов, которые возникают в детекторе под действием излучений. Этот блок называется блоком регистрации. [c.100]

Оборудование и посуда. Счетная установка для регистрации активности жидкости со сцинтилляционным детектором -излучения. Прибор для отгонки Ч (рис. 8.6), Аналитические весы в специальном боксе. Водяная баня. Баллон с азотом. Мерные цилиндры на 5 мл (2 шт.). Стеклянные пробирки для измерения активности жидкости на сцинтил-ляционном счетчике. [c.239]

Последние успехи рентгеновской спектроскопии обусловлены имеющимися в продаже высокоэффективными отпаянными рентгеновскими трубками и усовершенствованием методов обнаружения и измерения рентгеновского излучения. Особое значение имело развитие надежных и долгоживущих газовых детекторов излучения тина гейгеровских пропорциональных и сцинтилляционных счетчиков. Эти детекторы в сочетании со стабильными электронными схемами позволили применять рентгеноспектральные методы для решения широкого круга проблем. Ряд рентгеноснектральных инструментальных методов пригоден и для определения следов элементов. [c.210]

Анализ образца весом в 15 лкоротковолновом спектрометре КРФС-2 с рентгеновской трубкой 5БХВ-1 и с вольфрамовым анодом при напряжении 40 кв и токе 50 ма. Детектором излучения служил сцинтилляционный счетчик ФЭУ-35 с кристаллом ЫаТ (Т1). Метод можно рекомендовать также для определения гафния и циркония в природных минералах и горных породах. [c.440]

Иногда толщиномеры применяют для измерения толщины изделий с криволинейными поверхностями. Примером таких приборов может служить разностеномер, схема устройства которого показана на рис. 58. у-Излуча-тель 2 и детектор излучения 3 (сцинтилляционный счетчик) закреплены на захвате 4, при помощи которого их фиксируют относительно наружной поверхности трубы 1. [c.135]

Для регистрации р-излучения используются торцовые счетчики типа БФЛ-25 с фоном около 20 имп1мин и ниже в пятисантиметровой свинцовой защите и стандартные установки типа Б-2, ДП-100, ПС-10 ООО, выпускаемые отечественной промышленностью. Можно использовать для регистрации р-излучения сцинтилляцион-ный р-спектрометр, работающий в режиме интегрального счета. В качестве детектора служит сцинтиллятор (кристалл антрацена или стильбена, или пластмасса с наполнением сцинтиллирующпх веществ). [c.23]

Интенсивность излучения трубки 6 регулируется с помощью диафрагм 7. Набор вторичных излучателей 9 преобразует излучение трубки 6 в характеристическое излучение элемента— мишени, а система фильтров 8 снижает уровень тормозного излучения трубки. Это обеспечивает эффективное возбуждение флуоресценции анализируемого элемента при минимальном фоне от рассеянного излучения трубки и флуоресценции прочих элементов наполнителя пробы. В блок детекторов входят сцинтилляционный 12 (СРС-7), отпаянный пропорциональный 10 (СРПО-16) и проточный пропорциональный S (СРПП-22М) [c.61]

Детекторы ионизирующих излучений сцинтилляционные вибротер-мопрочные на основе монокристаллов иодида натрия, активированных таллием, Д.56 [c.638]

Как работают сцинтилляционные детекторы | АДМ Ядерные Технологии

Сцинтиллятор представляет собой материал, проявляющий сцинтилляцию — свойство люминесценции (искры света) при возбуждении ионизирующим излучением.

Сцинтилляционные детекторы обычно представляют собой прозрачные, как вода, кристаллические материалы и работают лучше, если они содержат тяжелые элементы, которые с большей вероятностью перехватывают гамма-излучение внутри материала и поглощают его энергию. Иодид натрия, легированный таллием, является одним из старейших известных сцинтилляционных кристаллов и широко используется до сих пор.Его высокая чувствительность очень желательна.

После поглощения гамма-излучения сцинтилляционный кристалл испускает импульс света, обычно в видимом спектре. Различные типы чувствительных фотодетекторов тесно связаны с кристаллом, поэтому образующиеся крошечные искры могут подаваться на оптическую сенсорную часть. Для более низкой чувствительности можно использовать довольно много полупроводниковых датчиков света. Но по максимальной чувствительности ничто не может сравниться с фотоумножителем (ФЭУ) по производительности.Несмотря на то, что они хрупкие, громоздкие и требуют очень высокого напряжения, ФЭУ по-прежнему используются в сцинтилляционных детекторах с самой высокой чувствительностью.

Современные разработки в области ФЭУ привели к созданию довольно маленьких трубок с превосходным коэффициентом передачи свет-ток, намного лучшим, чем у полупроводниковых оптических детекторов.

Отличным примером является прибор RadEye PRD от Thermo Scientific. Его легко держать на ладони, но он содержит кристалл йодида натрия с миниатюрным фотоумножителем.

Thermo Scientific RadEye PRD

Несмотря на свою популярность, йодид натрия очень гигроскопичен и может поглощать влагу из воздуха и превращаться из прозрачного кристалла воды в неряшливую желтую жижу.Чтобы избежать этой проблемы, существуют некоторые экзотические новые и дорогие сцинтилляционные кристаллы: проростки висмута, вольфрамат кадмия, оксиортосиликат лютеция иттрия, бромид лантана и хлорид цезия, лития, иттрия (CLYC).

Кристалл CLYC был включен в изотопный идентификатор Thermo Scientific RIIDEye X-GN.

Thermo Scientific RIIDEye X-GN

Если у вас есть какие-либо вопросы о технологиях обнаружения радиации, свяжитесь с ADM Nuclear Technologies.Наша команда экспертов готова ответить на любые ваши вопросы.

ПОЛЕЗНА ЛИ ЭТА ИНФОРМАЦИЯ?

Если да, то почему бы не поделиться им с коллегами и коллегами. Просто нажмите на синий значок «Поделиться в LinkedIn» ниже.

Как работают детекторы йодида натрия (сцинтилляционные)?

Уважаемый доктор Зуми! В вашем последнем сообщении обсуждалось, как работают газонаполненные детекторы, но у меня другой тип. Я думаю, это называется детектор йодида натрия. Можете ли вы сказать мне, как это работает и когда я должен его использовать? Спасибо!

У вас есть один из моих любимых детекторов (и да, я знаю, что это поднимает меня на распродажу гиков)! Существует два основных семейства детекторов — газонаполненные детекторы, о которых я писал в прошлый раз, и сцинтилляционные детекторы, одним из которых является иодид натрия (сокращенно NaI).Подавляющее большинство детекторов излучения — и практически каждый детектор, используемый в обычных ситуациях — попадают в одно из этих двух семейств. Так как в прошлый раз я писал о газонаполненных детекторах, это хороший повод написать о другом большом семействе. Вот как работают детекторы сцинтилляционного типа.

Во-первых, важный момент. Большинство сцинтилляционных детекторов чувствительны только к одному типу излучения. Таким образом, детекторы NaI улавливают гамма-излучение, но не альфа- или бета-излучение, сульфид цинка (ZnS) улавливает только альфа-излучение и так далее.На самом деле может быть некоторая чувствительность к другим излучениям — например, NaI иногда улавливает высокоэнергетические бета-излучения — но вы должны использовать детектор только для того типа излучения, для которого он предназначен. Теперь, с этим в стороне, о том, как все работает!

Основной принцип одинаков для всех детекторов сцинтилляционного типа: когда излучение попадает на сцинтиллятор, оно заставляет его испускать фотоны видимого света (это сцинтилляционная часть). Эти фотоны проходят через кристалл и ударяются о тонкую металлическую фольгу, называемую фотокатодом. Когда это происходит, свет попадает во вторую часть детектора, называемую фотоумножителем (ФЭУ).Когда фотон попадает на фотокатод, он вызывает выброс электрона из фотокатода. Сразу за фотокатодом находится набор металлических чашек, к каждой из которых приложено напряжение (обычно от нескольких сотен до тысячи вольт) — электрон ускоряется этим напряжением до высокой энергии и ударяется в чашку с достаточной энергией, чтобы выбивает ряд других электронов. Каждый из них, в свою очередь, ускоряется в сторону следующей металлической чашки, где каждый из «новых» электронов выбивает ряд дополнительных — к концу ФЭУ первоначальный сигнал умножается в миллион или так.Оттуда производитель инструментов должен выяснить, как они собираются использовать излучаемый свет.

Например, каждый раз, когда гамма-излучение попадает на кристалл, начинается весь этот процесс, который завершается импульсом электронов, достигающих дальнего конца детектора. Самый простой способ справиться с этим — просто подсчитать импульсы электронов, когда они достигают счетной схемы — это отличный способ измерить загрязнение (которое мы обычно записываем в терминах импульсов в минуту или импульсов в секунду).Мы также можем использовать этот режим для измерения мощностей доз радиации, но только при условии, что каждый счет несет с собой определенное количество энергии. Если вы помните публикацию о газонаполненных детекторах, это то же самое, как работают счетчики Гейгера, и это одна из причин, по которой счетчики Гейгера не всегда точны для измерения мощности дозы облучения. Мы вернемся к этому чуть позже. Да, еще одна вещь, с которой следует быть осторожным с детектором NaI, заключается в том, что более крупные кристаллы (скажем, 2 «x 2») могут быть чувствительны к резким изменениям температуры — они могут подвергнуть кристалл термическому стрессу, в конечном итоге разрушив его.Поэтому, если вы работаете на улице в жаркий (или очень холодный) день, вы, вероятно, захотите оставить кристалл снаружи, а не приносить его в гораздо более холодный (или более теплый) офис несколько раз в день.

Что-то еще, для чего мы можем использовать детекторы NaI, — это идентификация конкретных радионуклидов путем измерения энергии каждого отдельного гамма-излучения, попадающего в кристалл — этот процесс называется гамма-спектроскопией или может также называться многоканальным анализом (и прибор, настроенный для этого назначения называется прибором гамма-спектроскопии, или многоканальным анализатором – сокращенно МКА).Основной принцип, лежащий в основе гамма-спектроскопии, заключается в том, что каждый радионуклид, излучающий гамма-излучение, испускает гамма-излучение (или несколько гамма-лучей) с очень специфической энергией — как отпечаток пальца — и если мы можем достаточно точно идентифицировать энергию гамма-излучения, то мы можем идентифицировать радионуклид(ы). ) настоящее время. Например, цезий-137 (Cs-137) испускает гамма-излучение с энергией 662 тысячи электрон-вольт (сокращенно кэВ) — если мы анализируем спектр гамма-излучения и находим пик с энергией 662 кэВ, то мы знаем, что Cs -137 присутствует.В том же духе, двойные гамма-пики около 1,1 и 1,3 миллиона электрон-вольт (МэВ) говорят нам, что мы нашли кобальт-60 (Co-60).

Проблема заключается в том, чтобы выяснить, сколько энергии содержится в каждом гамма-фотоне — к счастью, мы можем сделать это с помощью сцинтилляционного детектора. Когда гамма-луч взаимодействует с кристаллом NaI, он выделяет энергию — эта энергия и вызывает испускание фотонов. Не только это, но и предсказуемое количество фотонов испускается в зависимости от выделенной энергии — в кристалле йодида натрия выделение 1 МэВ энергии вызовет излучение около 42 000 сцинтилляционных фотонов.Мы знаем количество фотонов, которое требуется для выброса одного электрона из фотокатода, и мы знаем степень усиления (и размер электрического импульса) для каждого выброшенного электрона. Так что, если мы сможем измерить размер выходного импульса, мы узнаем, сколько энергии было выделено в кристалле, и мы сможем узнать, какой радионуклид излучал гамма-излучение, которое мы только что обнаружили.

Таким образом, есть два варианта использования детекторов NaI — измерение уровней загрязнения (в импульсах в минуту или импульсах в секунду) и идентификация радионуклидов путем измерения энергии гамма-излучения — теперь третье — измерение мощности дозы облучения.

Мощность дозы излучения — это мера количества энергии, выделенной объектом. Вы могли бы подумать, что это было бы довольно просто с детектором NaI, поскольку количество электронов, выходящих из детектора, пропорционально энергии, выделенной в кристалле. Но большинство производителей поступают иначе — в большинстве случаев они просто считают частоту пульса и, как в случае со счетчиком Гейгера, предполагают, что все они исходят от Cs-137. Так, например, производитель может определить, что 175 импульсов в секунду эквивалентны мощности дозы 1 мР/ч.Это означает, что детекторы NaI, настроенные для измерения мощности дозы таким образом, имеют те же ограничения, что и счетчик Гейгера — если вы не измеряете точно то, что они были откалиброваны с измеряемой вами мощностью дозы, они будут неправильными. Таким образом, если вы используете сцинтилляционный детектор для измерения мощности дозы излучения, вам необходимо убедиться, что либо вы измеряете тот же нуклид, по которому он был откалиброван, либо вам нужен набор поправочных коэффициентов, которые позволят вам преобразовать показания прибора к правильной мощности дозы (при условии, что вы знаете нуклид, который действительно присутствует).Этот график, относящийся к сцинтилляционному детектору на основе йодида натрия, показывает, что измеритель будет показывать только половину фактической мощности дозы, если излучение исходит от источника Co-60, но будет реагировать в 6 или 7 раз больше, если излучение исходит от АМ-241, скажем, в ящике дымовых извещателей.

ОК — так что это касается того, как работает детектор NaI и для чего его можно использовать (опять же, для измерения гамма-загрязнения, для идентификации нуклидов или — с оговорками — для измерения мощности дозы облучения).Теперь немного о других типах сцинтилляторов.

Сульфид цинка (ZnS) используется для измерения альфа-загрязнения. Кристаллы ZnS тонкие, как бритва — толщиной всего с один человеческий волос (плюс-минус немного). Но поскольку альфа-частицы не могут проникнуть очень далеко в какие-либо материалы, кристаллы не должны быть толще этого. По ряду причин мы не беспокоимся о мощности дозы альфа-излучения, поэтому единственное, что нам нужно измерить, — это скорость счета — довольно простой вопрос подсчета импульсов.Самая большая проблема детекторов ZnS заключается в том, что они могут быть хрупкими (помните, насколько тонкими являются кристаллы). Также может потребоваться много времени, чтобы провести надлежащее исследование альфа-загрязнения, поскольку альфа-частицы так легко экранируются и имеют такой небольшой радиус действия в воздухе. Но для альфа-подсчета ZnS хорош настолько, насколько это возможно, несмотря на его ограничения.

Наконец, существуют бета-сцинтилляторы. Жидкостный сцинтилляционный счет обычно выполняется в лаборатории с использованием довольно дорогих (и больших) машин — есть вероятность, что вам не придется использовать одну из них, если вы не работаете в лаборатории.Есть также бета-сцинтилляционные кристаллы, которые вы используете так же, как и детектор NaI — они, как правило, сделаны из пластика (так называемые органические сцинтилляторы). Хотя фотоумножительная трубка не такая хрупкая, как ZnS или NaI, она одинакова во всех этих детекторах и не очень прочна — независимо от того, какой тип сцинтилляционного детектора вы используете, с ним нужно обращаться бережно.

Подводя итог, можно сказать, что у сцинтилляционных детекторов есть свои ограничения, но они являются важным элементом оборудования практически для всех, кто проводит измерения радиации.Важно относиться к ним осторожно, чтобы не сломать их, и использовать их правильно и в пределах их ограничений.

Что такое сцинтилляторы? Как работает сцинтилляция?

Сцинтилляторы представляют собой группу материалов, которые люминесцируют при воздействии ионизирующего излучения. С точки зрения непрофессионала, это означает, что эти материалы излучают свет, когда поглощают частицы или электромагнитные волны, которые создают в материале «свободные» электроны. Хотя это может показаться сухим и неинтересным определением, сцинтилляторы обеспечивают множество захватывающих и очень необходимых приложений, начиная от индивидуального обнаружения радиации и заканчивая обнаружением грязного оружия и медицинских приложений, таких как лечение рака.

Сцинтилляционные кристаллы, матрицы и детекторы

В этой серии статей мы познакомимся с миром сцинтилляций, начав с самого простого — как сцинтилляционные материалы реагируют на излучение. Хотя сцинтилляторы бывают разных форм — газообразные, жидкие, твердые, как органические, так и неорганические, — мы сосредоточимся на неорганических кристаллических формах, что для нас очень удобно, поскольку компания Hilger Crystals выращивает кристаллы с середины 1930-х годов. Затем в последующих постах мы обсудим, как они производятся, конкретные области применения, популярные типы материалов и многое другое.Давайте начнем!

Ионизирующее излучение

Ионизирующее излучение возникает из-за того, что атомы теряют энергию в виде частиц или лучей (фотонов), чтобы стать стабильными на молекулярном уровне. Типичными типами излучения частиц являются альфа-, бета- или нейтронное излучение, в то время как типы электромагнитного излучения включают рентгеновское и гамма-излучение. Частицы и лучи взаимодействуют с материей по-разному, но их объединяет то, что для оптимальной чувствительности (и, следовательно, свечения) им необходимо поглотить как можно больше частиц или фотонов.Как правило, этому требованию отвечают материалы высокой плотности с большими атомными номерами (Z).

Краткий курс по радиационной безопасности Университета Флориды , глава 2, раздел VII предлагает превосходную более глубокую информацию о взаимодействии частиц и ионизирующего излучения.

Сцинтилляция в три этапа

Когда кристалл сцинтиллятора подвергается воздействию ионизированного излучения, электроны внутри кристалла возбуждаются и перемещаются из своего заблокированного положения в валентной зоне в зону проводимости, где они могут свободно перемещаться, оставляя за собой связанную дыру.
Пара электрон-дырка, называемая экситоном, будет продолжать двигаться по решетке до тех пор, пока не будет захвачена дефектом внутри кристалла или преднамеренно введенной легирующей примесью, т.е. таллия или церия. Эти дефекты называются активаторами, они создают внутри кристалла особые области, называемые активаторными центрами и люминесцентными центрами.
На заключительном этапе электроны, попавшие в эти места, распадаются, испуская фотон, вызывающий — да, как вы уже догадались — люминесценцию.

Короче говоря, поглощенная энергия создает электронно-дырочные пары, которые мигрируют к активаторам сцинтилляторов, чтобы люминесцировать.

Одно небольшое предостережение: когда ионизированное излучение в любой форме поглощается оптическим материалом носителя, из этого не всегда следует, что материал будет мерцать. Рассмотрим на мгновение вольфрам или свинец — оба обеспечивают высокую плотность и высокий Z, но оба используются в качестве материалов, экранирующих излучение . Хотя они поглощают ионизированное излучение, эта энергия теряется внутри материала в результате ряда безызлучательных процессов. Сцинтилляционные материалы должны содержать люминесцентные центры, преобразующие ионизированное излучение в форму, которую можно обнаружить.

Зажги

Поскольку мы сосредоточились на твердых сцинтилляторах, одним очевидным свойством является то, что неорганический кристалл должен быть прозрачным для цвета мерцающего света (длины волны). Если он непрозрачен, то эта энергия теряется в безызлучательных процессах.

Люминесценция сцинтилляторов различается в зависимости от материала, но обычно находится в диапазоне от 0,3 до 0,8 мкм, охватывая диапазон чувствительности человеческого глаза, поэтому возможно, что мы можем увидеть ее невооруженным глазом — если есть достаточно высокий поток возбуждения или доза.

После генерации света в сцинтилляционном кристалле его необходимо обнаружить, и это делается путем прикрепления фотодатчика вместе с подходящей оптикой для отражения и рассеяния света на фотодатчик. Фотодатчики могут варьироваться от фотоумножителей (ФЭУ), PIN-диодов, SiPM и т. д., в зависимости от длины волны излучения сцинтиллятора и рабочей среды. В следующем посте мы рассмотрим различные типы фотодетекторов и ключевые факторы при выборе правильного — следите за обновлениями.

Если у вас есть вопросы о конкретном принципе сцинтилляции или кристалле, обратитесь к нашим экспертам в Hilger Crystals.

Мы также приглашаем вас попробовать наш недавно разработанный «Кристаллический компас» — простой четырехэтапный инструмент, который поможет вам определить лучший материал сцинтиллятора для вашего приложения.

О компании Hilger Crystals

Компания Hilger Crystals, основанная в 1874 году, имеет хорошо зарекомендовавшую себя историю и репутацию производителя высококачественных синтетических кристаллов коммерческого класса, используемых в инфракрасной спектроскопии, а также в современных решениях для сцинтилляции и обнаружения.Способность Hilger Crystals выращивать синтетические кристаллы в больших объемах и в соответствии с невероятно высокими требованиями еще больше подкрепляется их тесным сотрудничеством с клиентами — практика, которая доказала свою эффективность от прототипирования новых исследований до широкомасштабных коммерческих проектов. Hilger Crystals производит широкий ассортимент сцинтилляционных кристаллов, тщательно отобранных по их высокой плотности и яркости, отличному световому выходу и коротким константам затухания. Кристаллы доступны в виде линейных и двумерных матриц размером от 5 мм до 200 мм и могут быть соединены с позиционно-чувствительными ФЭУ, матрицами ПЗС, SiPM или линейными фотодиодными детекторами для формирования полной сборки.

Сцинтилляционный счетчик — Сцинтилляционный детектор

Аппарат со сцинтилляционным кристаллом, фотоумножителем и компонентами сбора данных. Источник: wikipedia.org Лицензия CC BY-SA 3.0

Сцинтилляционный счетчик или сцинтилляционный детектор — это детектор излучения, в котором используется эффект, известный как сцинтилляционный . Сцинтилляция — это вспышка света , возникающая в прозрачном материале при прохождении частицы (электрона, альфа-частицы, иона или высокоэнергетического фотона).Сцинтилляция происходит в сцинтилляторе, который является ключевой частью сцинтилляционного детектора. Как правило, сцинтилляционный детектор состоит из:

Сцинтиллятора . Сцинтиллятор генерирует фотоны в ответ на падающее излучение.
Фотодетектор . Чувствительный фотодетектор (обычно фотоумножитель (ФЭУ), камера с устройством с зарядовой связью (ПЗС) или фотодиод), который преобразует свет в электрический сигнал, и электроника для обработки этого сигнала.

Основной принцип работы заключается в том, что излучение взаимодействует со сцинтиллятором, который производит серию вспышек различной интенсивности. Интенсивность вспышек пропорциональна энергии излучения. Эта функция очень важна. Эти счетчики подходят для измерения энергии гамма-излучения ( гамма-спектроскопия ) и, следовательно, могут использоваться для идентификации гамма-излучающих изотопов.

Сцинтилляционные счетчики широко используются в радиационной защите, анализе радиоактивных материалов и физических исследованиях, поскольку их можно изготовить недорого, но с хорошей эффективностью, и они могут измерять как интенсивность, так и энергию падающего излучения.В больницах всего мира установлены гамма-камеры, основанные на сцинтилляционном эффекте, поэтому их также называют сцинтилляционными камерами .

Преимущества сцинтилляционного счетчика заключаются в его эффективности, высокой точности и возможной скорости счета. Эти последние атрибуты являются следствием чрезвычайно короткой продолжительности световых вспышек, примерно от 10 ^-9 (органические сцинтилляторы) до 10 ^-6 (неорганические сцинтилляторы) секунд. Интенсивность вспышек и амплитуда импульса выходного напряжения пропорциональны энергии излучения .Поэтому сцинтилляционные счетчики можно использовать для определения энергии, а также числа возбуждающих частиц (или гамма-фотонов). Для гамма-спектрометрии наиболее распространенными детекторами являются сцинтилляционные счетчики из йодистого натрия (NaI) и детекторы из германия высокой чистоты.

Сцинтилляционный счетчик – принцип действия

Работа сцинтилляционных счетчиков описана в следующих пунктах:

Сцинтилляционный детектор или сцинтилляционный счетчик получают, когда сцинтиллятор соединяется с электронным датчиком света, например:

фотоумножитель (ФЭУ),
камера с зарядовой связью (ПЗС),
фотодиод

Все эти устройства могут использоваться в сцинтилляционных счетчиках, все они преобразуют свет в электрический сигнал и содержат электронику для обработки этот сигнал.Фотоумножитель (ФЭУ) поглощает свет, излучаемый сцинтиллятором, и переизлучает его в виде электронов за счет фотоэлектрического эффекта. С тех пор ФЭУ был основным выбором для обнаружения фотонов из-за того, что они обладают высокой квантовой эффективностью и высоким усилением. Однако в последнее время полупроводники стали конкурировать с ФЭУ, фотодиодами, например, которые имеют более высокую квантовую эффективность в видимом диапазоне и выше, меньшее энергопотребление и меньшие размеры.

Вакуумные фотодиоды аналогичны, но не усиливают сигнал, в то время как кремниевые фотодиоды, с другой стороны, обнаруживают поступающие фотоны путем возбуждения носителей заряда непосредственно в кремнии.

Ряд портативных гамма-камер для медицинской визуализации используют детекторы на основе сцинтилляторов ПЗС . В этом случае сцинтиллятор преобразует падающее излучение (обычно рентгеновское) в фотоны видимой длины волны, которые затем могут быть непосредственно обнаружены ПЗС-камерой.

Обратите внимание, что термин квантовая эффективность (КЭ) может применяться к отношению падающих фотонов к обращенным электронам (ИПСЕ) светочувствительного устройства. Квантовая эффективность фотодиода высока (60-80%) по сравнению с ФЭУ (20-30%), что дает более высокое энергетическое разрешение.

Сцинтилляционные материалы – сцинтилляторы

Сцинтилляторы представляют собой виды материалов, которые обеспечивают обнаружение фотонов в видимой части светового спектра после прохождения заряженной частицы или фотона. Сцинтиллятор состоит из прозрачного кристалла , обычно люминофора, пластмассы или органической жидкости, которая флуоресцирует при попадании ионизирующего излучения. Сцинтиллятор также должен быть прозрачен для собственного светового излучения и иметь короткое время затухания.Сцинтиллятор также должен быть экранирован от окружающего света, чтобы внешние фотоны не подавляли процессы ионизации, вызванные падающим излучением. Для этого часто используется тонкая непрозрачная фольга, такая как алюминизированный майлар, хотя она должна иметь достаточно малую массу, чтобы свести к минимуму чрезмерное ослабление измеряемого падающего излучения.

В ядерной физике и физике элементарных частиц обычно используются два типа сцинтилляторов : органические или пластмассовые сцинтилляторы и неорганические или кристаллические сцинтилляторы.

Неорганические сцинтилляторы CsI(Tl) сцинтилляционный кристалл. Источник: wikipedia.de Лицензия: CC BY-SA 3.0

Неорганические сцинтилляторы обычно представляют собой кристаллы, выращенные в высокотемпературных печах. Они включают йодид лития (LiI), йодид натрия (NaI) , йодид цезия (CsI) и сульфид цинка (ZnS). Наиболее широко используемым сцинтилляционным материалом является NaI(Tl) (йодид натрия, легированный таллием). Йод обеспечивает большую часть тормозной способности йодида натрия (поскольку он имеет высокое значение Z = 53).Эти кристаллические сцинтилляторы характеризуются высокой плотностью, высоким атомным номером и временем затухания импульса, составляющим приблизительно 1 микросекунду (90 111 ~ 10 90 147 -6 90 148 с 90 112 ). Сцинтилляция в неорганических кристаллах обычно медленнее, чем в органических. Они демонстрируют высокую эффективность обнаружения гамма-излучения и способны работать с высокой скоростью счета. Неорганические кристаллы можно нарезать до небольших размеров и расположить в виде матрицы , чтобы обеспечить позиционную чувствительность. Эта функция широко используется в медицинской визуализации для обнаружения рентгеновского или гамма-излучения. Неорганические сцинтилляторы лучше обнаруживают гамма-лучи и рентгеновские лучи, чем органические сцинтилляторы. Это связано с их высокой плотностью и атомным номером, что дает высокую плотность электронов. Недостатком некоторых неорганических кристаллов, например NaI, является их гигроскопичность , свойство, которое требует их помещения в герметичный контейнер для защиты от влаги.

Иодид натрия, легированный таллием – сцинтилляторы NaI(Tl)

Йодид натрия, легированный таллием – сцинтилляторы NaI(Tl) ) .NaI(Tl) в качестве сцинтиллятора используется в сцинтилляционных детекторах, традиционно используемых в ядерной медицине, геофизике, ядерной физике и измерениях окружающей среды. Йод обеспечивает большую часть тормозной способности йодида натрия (поскольку он имеет высокое значение Z = 53). Эти кристаллические сцинтилляторы характеризуются высокой плотностью, большим атомным номером и временем затухания импульса примерно 1 мкс (~ 10 ^-6 сек). Длина волны максимального излучения 415 нм . Сцинтилляция в неорганических кристаллах обычно медленнее, чем в органических.Они демонстрируют высокую эффективность обнаружения гамма-излучения и способны работать с высокой скоростью счета. Неорганические кристаллы можно нарезать до небольших размеров и расположить в виде массива, чтобы обеспечить чувствительность к положению. Эта функция широко используется в медицинской визуализации для обнаружения рентгеновского или гамма-излучения. Неорганические сцинтилляторы лучше обнаруживают гамма-лучи и рентгеновские лучи. Сцинтиллятор NaI(Tl) имеет более высокое разрешение по энергии, чем пропорциональный счетчик, что позволяет более точно определять энергию.Это связано с их высокой плотностью и атомным номером, что дает высокую плотность электронов. Недостатком некоторых неорганических кристаллов, например NaI, является их гигроскопичность, свойство, которое требует их помещения в герметичный контейнер для защиты от влаги. Кристаллы обычно соединены с фотоумножителем в герметично закрытом узле.

Иодид цезия, легированный таллием – сцинтилляторы CsI(Tl)

Иодид цезия, легированный таллием – сцинтилляторы CsI(Tl) протоны и альфа-частицы .Чистый CsI представляет собой быстродействующий и плотный сцинтилляционный материал с относительно низким световыходом, который значительно увеличивается при охлаждении. Недостатками CsI являются большой градиент температуры и незначительная гигроскопичность.

Иодид цезия, легированный таллием , имеет эффективный атомный номер 54 и плотность 4,51 г/см ³ . CsI(TI) также гигроскопичен и не должен подвергаться воздействию высокой влажности или воды. CsI(TI) имеет разное время затухания для разных частиц (680 нс и 3340 нс) и может использоваться для определения между разными видами излучения.Спектр испускания имеет максимум при 540-560 нм.

Органические сцинтилляторы

Органические сцинтилляторы представляют собой виды органических материалов, которые обеспечивают обнаружение фотонов в видимой части светового спектра после прохождения заряженной частицы или фотона. Механизм сцинтилляций в органических материалах сильно отличается от механизма в неорганических кристаллах. В неорганических сцинтилляторах, например NaI, CsI, сцинтилляция возникает из-за строения кристаллической решетки.Механизм флуоресценции в органических материалах возникает из-за переходов энергетических уровней одной молекулы, поэтому флуоресценцию можно наблюдать независимо от физического состояния (пар, жидкость, твердое тело).

Обычно органические сцинтилляторы имеют быстрое время затухания (обычно ~10 ^-8 с ), в то время как неорганические кристаллы обычно намного медленнее (~10 ^-6 с), хотя некоторые из них также имеют быстрые компоненты в своем отклике. . Существует три типа органических сцинтилляторов:

Чистые органические кристаллы .Чистые органические кристаллы включают кристаллы антрацена, стильбена и нафталина. Время затухания этого типа люминофора составляет примерно 10 наносекунд. Этот тип кристаллов часто используется для обнаружения бета-частиц. Они очень долговечны, но их отклик анизотропен (что ухудшает энергетическое разрешение, когда источник не коллимирован), и их нельзя легко обрабатывать или выращивать в больших размерах. Поэтому они не очень часто используются.
Жидкие органические растворы .Жидкие органические растворы получают растворением органического сцинтиллятора в растворителе.
Пластиковые сцинтилляторы . Пластиковые люминофоры изготавливаются путем добавления сцинтилляционных химикатов в пластиковую матрицу. Постоянная затухания является самой короткой из трех типов люминофора, приближаясь к 1 или 2 наносекундам. Таким образом, пластиковые сцинтилляторы больше подходят для использования в средах с высоким потоком и при измерениях высокой мощности дозы. Пластик имеет высокое содержание водорода, поэтому он подходит для детекторов быстрых нейтронов .Для создания обнаруживаемого фотона в сцинтилляторе требуется значительно больше энергии, чем для образования пары электрон-ион посредством ионизации (обычно в 10 раз), и поскольку неорганические сцинтилляторы производят больше света, чем органические сцинтилляторы, они, следовательно, лучше подходят для приложений при низких энергиях. .

Фотоумножитель

Фотоумножитель (ФЭУ) представляет собой устройство обнаружения фотонов, использующее фотоэлектрический эффект в сочетании с вторичным излучением для преобразования света в электрический сигнал.Фотоумножитель поглощает свет, излучаемый сцинтиллятором, и переизлучает его в виде электронов за счет фотоэлектрического эффекта. С тех пор ФЭУ был основным выбором для обнаружения фотонов из-за того, что они обладают высокой квантовой эффективностью и высоким усилением.

Компоненты фотоумножителя

Устройство состоит из нескольких компонентов, эти компоненты показаны на рисунке.

Аппарат со сцинтилляционным кристаллом, фотоумножителем и элементами сбора данных.Источник: wikipedia.org Лицензия CC BY-SA 3.0
Фотокатод . Сразу за тонким входным окном находится фотокатод, изготовленный из материала, в котором валентные электроны слабо связаны и имеют большое сечение для преобразования фотонов в электроны за счет фотоэффекта. Например, можно использовать Cs ₃ Sb (цезий-сурьма). В результате свет, создаваемый сцинтиллятором, попадает на фотокатод фотоумножителя, высвобождая не более одного фотоэлектрона на фотон.
Диноды . Используя потенциал напряжения, эта группа первичных электронов электростатически ускоряется и фокусируется так, что они ударяются о первый динод с достаточной энергией, чтобы высвободить дополнительные электроны. Имеется серия («ступени») динодов из материала с относительно низкой работой выхода. Эти электроды работают при постоянно увеличивающемся потенциале (например, ~ 100-200 В между динодами). На диноде электроны размножаются вторичной эмиссией. Следующий динод имеет более высокое напряжение, что заставляет электроны, выпущенные первым, ускоряться по направлению к нему.В каждом диноде 3-4 электрона высвобождаются на каждый падающий электрон, а с от 6 до 14 динодов общее усиление или коэффициент усиления электронов будет в диапазоне ~ 10 ⁴ -10 ⁷ , когда они достигают анода. Типичные рабочие напряжения находятся в диапазоне от 500 до 3000 В. На последнем диноде имеется достаточно электронов, чтобы произвести импульс достаточной величины для дальнейшего усиления. Этот импульс несет информацию об энергии исходного падающего излучения.Количество таких импульсов в единицу времени также дает информацию об интенсивности излучения.

Квантовая эффективность

Чувствительность фотокатода обычно выражается в виде квантовой эффективности . В общем, термин квантовая эффективность (КЭ) может применяться к отношению падающего фотона к преобразованному электрону ( IPCE ) светочувствительного устройства. Квантовая эффективность фотокатода определяется как вероятность преобразования падающих фотонов в электрический сигнал и определяется как:

Квантовая эффективность любого светочувствительного устройства сильно зависит от длины волны падающего света и прилагаются усилия, чтобы согласовать спектральную характеристику фотокатода со спектром излучения используемого сцинтиллятора.В фотоумножителе квантовая эффективность ограничена 20-30% , но средняя квантовая эффективность по спектру излучения типичного сцинтиллятора составляет около 15-20% .

Стандартом для котировки является число фотоэлектронов на кэВ потери энергии быстрыми электронами в сцинтилляторе NaI(Tl) . Для пиковой квантовой эффективности на каждую потерю энергии в кэВ производится около 8 ~ 10 фотоэлектронов. Следовательно, средняя потеря энергии, необходимая для создания одного фотоэлектрона, составляет ~ 100 эВ, что намного больше, чем значения в газонаполненных детекторах или полупроводниковых детекторах.

С тех пор ФЭУ является основным выбором для обнаружения фотонов из-за того, что они обладают высокой квантовой эффективностью и высоким усилением. Однако в последнее время полупроводники начали конкурировать с ФЭУ, например, с фотодиодом, который имеет более высокую квантовую эффективность в видимом диапазоне и выше, более низкое энергопотребление и меньшие размеры. Квантовая эффективность фотодиода высока (60-80%) по сравнению с ФЭУ (20-30%), что дает более высокое энергетическое разрешение.

Фотодиоды – сцинтилляционный счетчик

Сцинтилляционный детектор или сцинтилляционный счетчик получается, когда сцинтиллятор соединен с электронным датчиком света, таким как:

фотоумножитель (ФЭУ),
камера с зарядовой связью (ПЗС) ,
фотодиод

Все эти устройства могут использоваться в сцинтилляционных счетчиках, все они преобразуют свет в электрический сигнал и содержат электронику для обработки этого сигнала.Фотодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий свет в электрический ток. Это полупроводниковый прибор, состоящий из тонкого слоя кремния, в котором поглощается свет, после чего образуются свободные носители заряда (электроны и дырки). Обычный фотодиод чаще всего относится к PIN-диоду. PIN означает, что p- и n-легированные стороны разделены обедненной i-областью. Электроны и дырки собираются на аноде и катоде диода. Это приводит к фототоку, который является выходом диода.Однако заряд не усиливается, что делает амплитуду выходного сигнала малой. Это делает фотодиод чувствительным к электронным шумам. С другой стороны, квантовая эффективность фотодиода высока (60-80%) по сравнению с ФЭУ (20-30%), что дает более высокое энергетическое разрешение.

Обнаружение альфа-, бета- и гамма-излучения с помощью сцинтилляционного счетчика

Сцинтилляционные счетчики используются для измерения радиации в различных приложениях, включая ручные радиационные измерители, мониторинг персонала и окружающей среды на предмет радиоактивного загрязнения, медицинские изображения, радиометрический анализ, ядерная безопасность и безопасность атомных станций.Они широко используются, потому что их можно сделать недорого, но с хорошей эффективностью, и они могут измерять как интенсивность, так и энергию падающего излучения.

Сцинтилляционные счетчики могут использоваться для обнаружения альфа-, бета-, гамма-излучения. Их можно использовать и для обнаружения нейтронов. Для этих целей используются разные сцинтилляторы:

Альфа-частицы и тяжелые ионы . Из-за очень высокой ионизирующей способности тяжелых ионов сцинтилляционные счетчики обычно не идеальны для обнаружения тяжелых ионов.При равных энергиях протон будет производить от 1/4 до 1/2 света электрона, в то время как альфа-частицы будут производить только около 1/10 света. При необходимости органическим материалам следует отдавать предпочтение неорганическим кристаллам, например, CsI(Tl), ZnS(Ag) (обычно используемым в тонких листах в качестве мониторов α-частиц). Чистый CsI представляет собой быстродействующий и плотный сцинтилляционный материал с относительно низким световыходом, который значительно увеличивается при охлаждении. Недостатками CsI являются большой градиент температуры и незначительная гигроскопичность.
Бета-частицы . Для обнаружения бета-частиц можно использовать органические сцинтилляторы. Чистые органические кристаллы включают кристаллы антрацена, стильбена и нафталина. Время затухания этого типа люминофора составляет примерно 10 наносекунд. Этот тип кристаллов часто используется для обнаружения бета-частиц. Органические сцинтилляторы , имеющие более низкое Z , чем неорганические кристаллы, лучше всего подходят для обнаружения низкоэнергетических (< 10 МэВ) бета-частиц.
Гамма-лучи . Материалы High-Z лучше всего подходят в качестве сцинтилляторов для обнаружения гамма-лучей. Наиболее широко используемым сцинтилляционным материалом является NaI(Tl) (йодид натрия, легированный таллием). Йод обеспечивает большую часть тормозной способности йодида натрия (поскольку он имеет высокое значение Z = 53). Эти кристаллические сцинтилляторы характеризуются высокой плотностью, большим атомным номером и временем затухания импульса примерно 1 мкс (~ 10 ^-6 сек). Сцинтилляция в неорганических кристаллах обычно медленнее, чем в органических.Они демонстрируют высокую эффективность обнаружения гамма-излучения и способны работать с высокой скоростью счета. Неорганические кристаллы можно нарезать до небольших размеров и расположить в виде массива, чтобы обеспечить чувствительность к положению. Эта функция широко используется в медицинской визуализации для обнаружения рентгеновского или гамма-излучения. Неорганические сцинтилляторы лучше обнаруживают гамма-лучи и рентгеновские лучи. Это связано с их высокой плотностью и атомным номером, что дает высокую плотность электронов.
Нейтроны .Поскольку нейтроны являются электрически нейтральными частицами, на них в основном действуют сильные ядерные силы, но не электрические силы. Следовательно, нейтроны не ионизируют напрямую, и их обычно нужно преобразовать в заряженные частицы, прежде чем их можно будет обнаружить. Как правило, каждый тип детектора нейтронов должен быть оснащен преобразователем (для преобразования нейтронного излучения в обычное обнаруживаемое излучение) и одним из обычных детекторов излучения (сцинтилляционным детектором, газовым детектором, полупроводниковым детектором и т. д.).). Быстрые нейтроны (> 0,5 МэВ) в основном зависят от протона отдачи в (n, p) реакциях. Материалы, богатые водородом, например пластиковые сцинтилляторы , поэтому лучше всего подходят для их обнаружения. Тепловые нейтроны основаны на ядерных реакциях, таких как реакции (n, γ) или (n, α), для создания ионизации. Таким образом, такие материалы, как LiI(Eu) или силикаты стекла, особенно хорошо подходят для обнаружения тепловых нейтронов.

Гамма-спектроскопия с использованием сцинтилляционного счетчика

См. также: Гамма-спектроскопия с использованием сцинтилляционного счетчика

См. также: Гамма-спектроскопия

В целом, гамма-спектроскопия представляет собой изучение энергетических спектров источников гамма-излучения, например, в источниках гамма-излучения, таких как гамма-спектроскопия . атомная промышленность, геохимические исследования и астрофизика.Спектроскопы, или спектрометры, представляют собой сложные устройства, предназначенные для измерения спектрального распределения мощности источника. Падающее излучение генерирует сигнал, который позволяет определить энергию падающей частицы. Рисунок: Подпись: Сравнение спектров NaI(Tl) и HPGe для кобальта-60. Источник: Методология радиоизотопов и радиации I, II. Су Хён Бён, Конспект лекций. Университет Макмастера, Канада.

Большинство радиоактивных источников производят гамма-лучи различной энергии и интенсивности.Гамма-лучи часто сопровождают испускание альфа- и бета-излучения. Когда эти выбросы обнаруживаются и анализируются с помощью системы спектроскопии, может быть получен энергетический спектр гамма-излучения . Гамма-лучи радиоактивного распада находятся в диапазоне энергий от нескольких кэВ до ~8 МэВ, что соответствует типичным уровням энергии в ядрах с достаточно большим временем жизни. Как было написано, они образуются при распаде ядер при переходе из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой энергией.Подробный анализ этого спектра обычно используется для определения идентичности и количества гамма-излучателей, присутствующих в образце, и является жизненно важным инструментом радиометрического анализа. Гамма-спектр характерен для гамма-излучающих нуклидов, содержащихся в источнике.

Оптимизация монолитных нанокомпозитных и прозрачных керамических сцинтилляционных детекторов для позитронно-эмиссионной томографии

Knoll, G. F. Обнаружение и измерение излучения , 4 изд.(John Wiley & Sons, 2010)

Хаттон, Б. Ф., Эрландссон, К. и Тилеманс, К. Достижения в области приборов для клинической молекулярной визуализации. клин. Перевод Imaging 6 , 31–45, https://doi.org/10.1007/s40336-018-0264-0 (2018).

Артикул Google Scholar

Melcher, C. L. Сцинтилляционные кристаллы для ПЭТ. J. Nucl. Мед. 41 , 1051–1055 (2000).

КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

ван Эйк, К.WE Разработки детекторов излучения в медицинских целях: неорганические сцинтилляторы в позитронно-эмиссионной томографии. Радиация. прот. Досим. 129 , 13–21, https://doi.org/10.1093/rpd/ncn043 (2008).

КАС Статья Google Scholar

Сломка, П. Дж., Пан, Т. и Джермано, Г. Последние достижения и будущие достижения в области инструментов для ПЭТ. Семин. Нукл. Мед. 46 , 5–19, https://doi.org/10.1053/j.semnuclmed.2015.09.006 (2016).

Артикул Google Scholar

Пенг Х. и Левин К. С. Последние разработки в области ПЭТ-оборудования. Курс. фарм. Биотехнолог. 11 , 555–571, https://doi.org/10.2174/138920110792246555 (2010).

КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Кришнамурти, С., Шмалл, Дж. П. и Сурти, С. Физика ПЭТ и приборостроение. В Basic Science of PET Imaging , 173–197 https://doi.org/10.1007/978-3-319-40070-9_8 (Springer International Publishing, 2016).

Мияока Р. С. и др. . Свойства разрешения прототипа сканера с непрерывным миниатюрным кристаллическим элементом (cMiCE). IEEE Trans. Нукл. науч. 58 , 2244–2249, https://doi.org/10.1109/tns.2011.2165296 (2011).

ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google Scholar

Берг Э.и Черри, С. Р. Инновации в оборудовании для позитронно-эмиссионной томографии. Семин. Нукл. Мед. 48 , 311–331, https://doi.org/10.1053/j.semnuclmed.2018.02.006 (2018).

Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Joung, J., Miyaoka, R. S. & Lewellen, T. K. cMiCE: ПЭТ животных с высоким разрешением с использованием непрерывного LSO со схемой позиционирования на основе статистики. Нукл.Инструм. Методы физ. Рез. Разд. О: Ускорение. Спектрометры, Детект. доц. Оборудовать 489 , 584–598, https://doi.org/10.1016/s0168-9002(02)00861-6 (2002).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Линг, Т., Ли, К. и Мияока, Р. Сравнение производительности непрерывных детекторов на миниатюрных кристаллических элементах (cMiCE). IEEE Trans. Нукл. науч. 53 , 2513–2518, https://doi.org/10.1109/tns.2006.882296 (2006).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Шаарт, Д. Р. и др. . Новый монолитный сцинтилляционный детектор на основе матрицы SiPM для ПЭТ. Физ. Мед. биол. 54 , 3501–3512, https://doi.org/10.1088/0031-9155/54/11/015 (2009 г.).

КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Моррокки, М. и др. . Определение глубины взаимодействия в монолитном сцинтилляторе с двухсторонним отсчетом SiPM. EJNMMI Физ. . 4 https://doi.org/10.1186/s40658-017-0180-9 (2017).

Грей, Р. М. и Маковски, А. Максимальная апостериорная оценка положения в сцинтилляционных камерах. IEEE Trans. Нукл. науч. 23 , 849–852, https://doi.org/10.1109/tns.1976.4328354 (1976).

ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google Scholar

Ганьон, Д., Пулио, Н., Лаперьер, Л., Терриен, М. и Оливье, П. Позиционирование с максимальной вероятностью в сцинтилляционной камере с использованием глубины взаимодействия. IEEE Trans. Мед. Imaging 12 , 101–107, https://doi.org/10.1109/42.222673 (1993).

КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Maas, M.C. и др. . Монолитные сцинтилляционные ПЭТ-детекторы с собственной коррекцией глубины взаимодействия. Физ. Мед. биол. 54 , 1893–1908 гг., https://doi.org/10.1088/0031-9155/54/7/003 (2009 г.).

Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Ван Дам, Х. Т. и др. . Практический метод определения глубины взаимодействия в монолитных сцинтилляционных ПЭТ-детекторах. Физ. Мед. биол. 56 , 4135–4145, https://doi.org/10.1088/0031-9155/56/13/025 (2011).

Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Стокхофф, М., Холен, Р. В. и Ванденберг, С. Исследование оптического моделирования пространственного разрешения толстого монолитного ПЭТ-детектора. Физ. Медицина Биол . https://doi.org/10.1088/1361-6560/ab3b83 (2019 г.).

McKigney, EA и др. . Нанокомпозитные сцинтилляторы для обнаружения радиации и ядерной спектроскопии. Нукл. Инструм. Методы физ. Рез. Разд. О: Ускорение. Спектрометры, Детект. доц. Оборудовать 579 , 15–18, https://doi.org/10.1016/j.нима.2007.04.004 (2007).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Янагида Т. и др. . Оценка свойств керамических сцинтилляторов YAG(ce). IEEE Trans. Нукл. науч. 52 , 1836–1841 гг., https://doi.org/10.1109/tns.2005.856757 (2005 г.).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Вагнер Б.К., Канг З., Надлер, Дж., Россон, Р. и Кан, Б. Нанокомпозиты для обнаружения радиации В Джордж, Т., Ислам, М.С. и Датта, А. (ред.) Микро- и нанотехнологические датчики, системы и приложения IV https ://doi.org/10.1117/12.920858 (SPIE, 2012 г.).

Роджерс Т., Хан С., Вагнер Б., Надлер Дж. и Канг З. Синтез полимерных нанокомпозитов с люминесцентными наночастицами для сцинтилляционных применений. MRS Процедура . 1312 , https://doi.org/10.1557/опл.2011.123 (2011).

Hehlen, MP и др. . Глава 2. Нанокомпозитные сцинтилляторы In Nanocomposite, Ceramic and Thin Film Scintillators , 25–78 https://doi.org/10.1201/9781315364643-3 (Pan Stanford Publishing, 2016).

Caseri, W. R. Нанокомпозиты полимеров и неорганических частиц: получение, структура и свойства. Матер. науч. Технол. 22 , 807–817, https://doi.org/10.1179/174328406×101256 (2006 г.).

КАС Статья Google Scholar

Лю, К. и Ян, Б. Органо-неорганические нанокомпозиты с высоким показателем преломления: дизайн, синтез и применение. Дж. Матер. хим. 19 , 2884, https://doi.org/10.1039/b816254a (2009).

КАС Статья Google Scholar

Кай, В. и др. . Синтез объемных прозрачных нанокомпозитов оксид гадолиния–полимер для гамма-спектроскопии. Дж. Матер. хим. C. 1 , 1970, https://doi.org/10.1039/c2tc00245k (2013).

КАС Статья Google Scholar

Янагида Т. Неорганические сцинтилляционные материалы и сцинтилляционные детекторы. Проц. Япония. акад. сер. 94 , 75–97, https://doi.org/10.2183/pjab.94.007 (2018).

Артикул Google Scholar

Деренцо, С., Вебер М., Бурре-Куршен Э. и Клинтенберг М. Поиски идеального неорганического сцинтиллятора. Нукл. Инструм. Методы физ. Рез. Разд. О: Ускорение. Спектрометры, Детект. доц. Оборудовать 505 , 111–117, https://doi.org/10.1016/s0168-9002(03)01031-3 (2003).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

van Eijk, CWE Неорганические сцинтилляторы в медицинской визуализации. Физ. Мед. биол. 47 , R85–R106, https://doi.org/10.1088/0031-9155/47/8/201 (2002 г.).

Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Bohren, CF & Huffmann, DR Частицы малы по сравнению с длиной волны , 130–157, https://doi.org/10.1002/9783527618156.ch5 (Wiley-VCH Verlag GmbH, 2007) 0729

3

Tan, MC, Patil, SD & Riman, RE Прозрачные излучающие инфракрасное излучение полимерные нанокомпозиты CeF3:yb-er для оптических применений. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 2 , 1884–1891, https://doi.org/10.1021/am100228j (2010).

КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Ли, Т., Чжоу, К. и Цзян, М. УФ-спектры поглощения полистирола. Полим. Бык. 25 , 211–216, https://doi.org/10.1007/bf00310794 (1991).

КАС Статья Google Scholar

Казери, В.Нанокомпозиты. Ин Ян П. (ред.) Химия наноструктурных материалов , гл. 13, 359–386 https://doi.org/10.1142/5304 (World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Сингапур, 2003 г.).

Сабо, Д. и Ханеманн, Т. Полимерные нанокомпозиты для оптических применений.

Киприаниду-Леодиду, Т., Казери, В. и Сутер, У.W. Изменение размера частиц PbS в нанокомпозитах с высоким показателем преломления. J. Phys. хим. 98 , 8992–8997, https://doi.org/10.1021/j100087a029 (1994).

КАС Статья Google Scholar

Рао Ю. и Чен С. Молекулярные композиты, содержащие TiO2, и их оптические свойства. Макромоль. 41 , 4838–4844, https://doi.org/10.1021/ma800371v (2008 г.).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Демир М.М. и Вегнер, Г. Проблемы в приготовлении оптических полимерных композитов с наноразмерными частицами пигмента: обзор недавних усилий. Макромоль. Матер. англ. 297 , 838–863, https://doi.org/10.1002/mame.201200089 (2012).

КАС Статья Google Scholar

Дюжарден, К. и др. . Потребности, тенденции и достижения в области неорганических сцинтилляторов. IEEE Trans. Нукл. науч. 65 , 1977–1997 гг., https://doi.org/10.1109/tns.2018.2840160 (2018).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Бергер, М. и др. . XCOM: База данных поперечных сечений фотонов (версия 1.5) https://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/xcom1.html (2010 г.).

Феллер, Р. К. и др. . Крупномасштабный синтез нанокомпозитных сцинтилляционных материалов CexLa1-xF3. Дж. Матер. хим. 21 , 5716, https://doi.org/10.1039/c0jm04162a (2011 г.).

КАС Статья Google Scholar

Мошинский М., Людзеевский Т., Вольский Д., Кламра В. и Норлин Л. Свойства сцинтиллятора YAG:ce. Нукл. Инструм. Методы физ. Рез. Разд. О: Ускорение. Спектрометры, Детект. доц. Оборудовать 345 , 461–467, https://doi.org/10.1016/0168-9002(94)-2 (1994).

ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google Scholar

Кристаллы Saint-Gobain: бромид лантана и улучшенный бромид лантана, https://www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com/files/documents/lanthanum-material-data-sheet.pdf (2017).

Секар, Р. Б. и Периасами, А. Флуоресцентная резонансная передача энергии (FRET) микроскопия локализации белков живых клеток. J. Cell Biol. 160 , 629–633, https://doi.org/10.1083/jcb.200210140 (2003).

КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Гейзик, Дж.Э., Маркос, Х.М. и Уитерт, Л.Г.В. Лазерные колебания в иттрий-алюминиевом, иттриево-галлиевом и гадолиниевом гранатах, легированных nd. Заяв. физ. лат. 4 , 182–184, https://doi.org/10.1063/1.1753928 (1964).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Струве Б., Хубер Г., Лаптев В. В., Щербаков И. А., Жариков Е. В. Перестраиваемое непрерывное лазерное воздействие при комнатной температуре в cr3+: GdScGa-гранате. Заяв.физ. B Фотофизика Laser Chem. 30 , 117–120, https://doi.org/10.1007/bf00695465 (1983).

ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google Scholar

Jia, W., Tissue, BM, Lu, L., Hoffman, KR & Yen, WM Люминесценция в ближней инфракрасной области в иттрий-алюминиевом гранате, легированном хромом, кальцием In Advanced Solid State Lasers https://doi .org/10.1364/assl.1991.c4l15 (OSA, 1991).

Хубер, Г., Кренкель, К.и Петерманн, К. Твердотельные лазеры: состояние и будущее [приглашено]. J. Опт. соц. Являюсь. B 27 , B93, https://doi.org/10.1364/josab.27.000b93 (2010).

КАС Статья Google Scholar

Lecoq, P. Разработка новых сцинтилляторов для медицинских применений. Нукл. Инструм. Методы физ. Рез. Разд. О: Ускорение. Спектрометры, Детект. доц. Оборудовать 809 , 130–139, https://doi.org/10.1016/j.nima.2015.08.041 (2016).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Черепи, Нью-Джерси и др. . Изготовление, свойства и применение прозрачных керамических сцинтилляторов В Burger, A., Franks, LA & James, RB (eds) Hard X-Ray, Gamma-Ray and Neutron Detector Physics X https://doi.org/10.1117 /12.797398 (SPIE, 2008).

Чен, X. и др. . Получение и оптические свойства прозрачной (Ce, Gd) керамики 3Al3Ga2O12. Дж. Ам. Керам. соц. 98 , 2352–2356, https://doi.org/10.1111/jace.13630 (2015).

КАС Статья Google Scholar

Янагида Т. и др. . Сцинтилляционные свойства прозрачной керамики pr:LuAG для различных концентраций pr. IEEE Trans. Нукл. науч. 59 , 2146–2151, https://doi.org/10.1109/tns.2012.2189583 (2012).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Ву Ю. и др. . Монокристаллические и оптические керамические многокомпонентные гранатовые сцинтилляторы: сравнительное исследование. Нукл. Инструм. Методы физ. Рез. Разд. О: Ускорение. Спектрометры, Детект. доц. Оборудовать 780 , 45–50, https://doi.org/10.1016/j.nima.2015.01.057 (2015).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Черепи, Нью-Джерси и др. . Сравнительная гамма-спектроскопия с SrI2(eu), GYGAG(ce) и пластиковыми сцинтилляторами с двойной загрузкой В IEEE Nuclear Science Symposuim & Medical Imaging Conference https://doi.org/10.1109/nssmic.2010.5873975 (IEEE, 2010 г.).

Черепи, Нью-Джерси и др. . Высокое энергетическое разрешение с прозрачными сцинтилляторами из керамического граната В Burger, A., Franks, L., James, RB & Fiederle, M. (eds) Hard X-Ray, Gamma-Ray and Neutron Detector Physics XVI https:// doi.org/10.1117/12.2062959 (SPIE, 2014 г.).

Лекок П., Гектин А. и Коржик М. Неорганические сцинтилляторы для детекторных систем: физические принципы и технология кристаллов (ускорение и обнаружение частиц) , гл.8, 289–311, 2 изд. https://doi.org/10.1007/978-3-319-45522-8 (Springer, 2017)

Гектин А. Сцинтилляторы: рост кристаллов и характеристики сцинтилляторов In Capper, P. (ed.) Bulk Рост кристаллов электронных, оптических и оптоэлектронных материалов , гл. 12 https://doi.org/10.1002/9780470012086 (John Wiley & Sons, Ltd, 2005 г.).

Черепи, Нью-Джерси и др. . Прозрачные керамические сцинтилляторы для гамма-спектроскопии и визуализации МэВ In Franks, L., Джеймс, Р. Б., Фидерле, М. и Бургер, А. (ред.) Hard X-Ray, Gamma-Ray and Neutron Detector Physics XVII https://doi.org/10.1117/12.2189156 (SPIE, 2015).

Сурти, С. и Карп, Дж. С. Достижения в области времяпролетной ПЭТ. Физ. Medica 32 , 12–22, https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2015.12.007 (2016).

Артикул Google Scholar

Янагида Т., Камада К., Фудзимото Ю., Яги, Х. и Янагитани, Т. Сравнительное исследование керамического и монокристаллического сцинтиллятора ce:GAGG. Оптический материал. 35 , 2480–2485, https://doi.org/10.1016/j.optmat.2013.07.002 (2013).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Фурукава. Техническое описание сцинтилляционного кристалла Ce:GAGG и Pr:LuAG, http://www.furukawa-denshi.co.jp/cgi-bin/pdfdata/20140428162950.pdf (2015).

Линг Т., Льюэллен, Т.К. и Мияока, Р.С. Декодирование глубины взаимодействия модуля детектора непрерывного кристалла. Физ. Мед. биол. 52 , 2213–2228, https://doi.org/10.1088/0031-9155/52/8/012 (2007 г.).

КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Брюндонкс, П., Леонард, С., Леметр, К., Тавернье, С. и Ву, Ю. Исследование производительности модуля ПЭТ-детектора на основе непрерывного сцинтиллятора. IEEE Trans. Нукл. науч. 53 , 2536–2542, https://doi.org/10.1109/tns.2006.882799 (2006).

ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google Scholar

Маас, М. и др. . Экспериментальная характеристика монолитно-кристаллических ПЭТ-детекторов мелких животных, считываемых массивами APD. IEEE Trans. Нукл. науч. 53 , 1071–1077, https://doi.org/10.1109/tns.2006.873711 (2006).

ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google Scholar

ван Дам, Х.Т. и др. . Усовершенствованные методы ближайшего соседа для определения положения взаимодействия гамма-фотонов в монолитных сцинтилляционных ПЭТ-детекторах. IEEE Trans. Нукл. науч. 58 , 2139–2147, https://doi.org/10.1109/tns.2011.2150762 (2011).

ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google Scholar

Li, Z., Wedrowski, M., Bruyndonckx, P. & Vandersteen, G. Нелинейное моделирование методом наименьших квадратов положения трехмерного взаимодействия в монолитном сцинтилляционном блоке. Физ. Мед. биол. 55 , 6515–6532, https://doi.org/10.1088/0031-9155/55/21/012 (2010 г.).

Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Кабельо, Дж., Этксебесте, А., Ллоса, Г. и Циглер, С.И. Моделирование ограничений ПЭТ-детектора с использованием непрерывных кристаллов. Физ. Мед. биол. 60 , 3673–3694, https://doi.org/10.1088/0031-9155/60/9/3673 (2015).

Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Конде П. и др. . Определение положения взаимодействия гамма-фотонов в монолитных сцинтилляторах с помощью подгонки нейронной сети. IEEE Trans. Нукл. науч. 63 , 30–36, https://doi.org/10.1109/tns.2016.2515163 (2016).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Галин Л. Точечный источник светового излучения в рассеивающей среде. J. Appl. Математика мех. 23 , 428–435, https://doi.org/10.1016/0021-8928(59)

-x (1959).

ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet Статья МАТЕМАТИКА Google Scholar

Январь, С. и др. . GATE: набор инструментов для моделирования ПЭТ и ОФЭКТ. Физ. Мед. биол. 49 , 4543–4561, https://doi.org/10.1088/0031-9155/49/19/007 (2004 г.).

КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Ян, С. и др. . GATE v6: существенное усовершенствование платформы моделирования GATE, позволяющее моделировать КТ и лучевую терапию. Физ. Мед. биол. 56 , 881–901, https://doi.org/10.1088/0031-9155/56/4/001 (2011).

КАС Статья Google Scholar

Агостинелли С. и др. . Geant4 — набор инструментов для моделирования. Нукл. Инструм. Методы физ. Рез. Разд. A: Ускорители, спектрометры, детектор.Сопутствующее оборудование. 506 , 250–303, https://doi.org/10.1016/s0168-9002(03)01368-8 (2003).

КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

Maas, M.C. и др. . Модель функции рассеяния точки монолитных сцинтилляционных ПЭТ-детекторов при перпендикулярном падении. Мед. физ. 37 , 1904–1913 гг., https://doi.org/10.1118/1.3355889 (2010).

КАС Статья Google Scholar

ван дер Лаан, Д.JJ и др. . Оптическое моделирование монолитных сцинтилляционных детекторов с использованием GATE/GEANT4. Физ. Мед. биол. 55 , 1659–1675, https://doi.org/10.1088/0031-9155/55/6/009 (2010).

Артикул Google Scholar

Райт, Д. и Инчерти, С. Краткое руководство по выбору физических списков, http://geant4.in2p3.fr/IMG/pdf_PhysicsLists.pdf (2011).

Мойсан, К., Левин, А. и Ламан, Х.К модели, учитывающей влияние обработки поверхности на характеристики сцинтилляционных счетчиков In Gu, Z.-H. и Марадудин А.А. (редакторы) Рассеяние и шероховатость поверхности https://doi.org/10.1117/12.279244 (SPIE, 1997).

ван дер Лаан, Д. и др. . Использование теории Крамера-Рао в сочетании с моделированием методом Монте-Карло для оптимизации монолитных сцинтилляционных ПЭТ-детекторов. IEEE Trans. Нукл. науч. 53 , 1063–1070, https://doi.org/10.1109/tns.2006.873710 (2006 г.).

ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google Scholar

Камбурелис, М. view3dscene | игровой движок замка, https://castle-engine.io/view3dscene.php (2019).

MathWorks. Matlab — mathworks, https://mathworks.com/products/matlab.html (2019 г.).

Сутантавибул, С., Б.В.П. и др. . Руководство пользователя Xfig, http://mcj.sourceforge.net/ (2019 г.).

Где купить сцинтилляционные детекторы, сцинтилляторы, счетчики, производителей и поставщиков

Справочник покупателя > Товары > сцинтилляционные детекторы

Существуют детекторы ионизирующего излучения (альфа-, бета-, гамма- или нейтронного излучения), основанные на детектировании света от сцинтилляций.Обычно они содержат некоторое количество твердого или жидкого сцинтиллятора и трубку фотоумножителя.

8 поставщиков сцинтилляционных детекторов перечислены в Руководстве покупателя RP Photonics. Зарегистрироваться могут как производители, так и дистрибьюторы.

Чтобы составить список тех поставщиков, которых вы хотите проверить более внимательно, сначала отметьте всех подходящих, нажав на записи (сделав их фон светло-серым). Затем нажмите на эту кнопку:

Скрыть невыбранные записи поставщиков
Для документирования поиска поставщиков вы можете распечатать эту страницу на бумаге или в формате PDF.
от кристаллов до покрытий, обслуживание через Spectrum
Inrad Opticic
181 Legrand Avenue
Northvale, NJ 07647
США
5
Shalom EO предлагает различные сцинтилляцию и PMT Детекторные сборки с передовыми технологиями. Сцинтилляционные материалы включают NaI(Tl), CsI(Tl), CsI(Na), LYSO(Ce), BGO, LaBr ₃ (Ce), LaCl ₃ (Ce), пластиковые сцинтилляторы и т. д.Сцинтилляционные сборки герметично заключены в корпуса из алюминия или нержавеющей стали с окнами из оптического стекла, а наши ФЭУ производятся компаниями Beijing Hamamatsu, ET или другими поставщиками.
Электронные компоненты включают делители напряжения, предусилители и высоковольтные модули. Соединители также доступны по запросу. Наши специалисты и инженеры всегда терпеливо и внимательно отнесутся к вашим потребностям и предложат оптимальные схемы в процессе проектирования электроники. На все электронные модули предоставляется гарантия 12 месяцев.
Поставщики с AD Package
, представляя свои описания продукта
компании Описание продукта
Inrad Optics объединяет сцинтилляционные кристаллы стильбена Scintinel™ в магнитно-экранированном корпусе с фотоумножителем и соответствующей электроникой.Наши сборки детекторов нейтронов рассчитаны на кристаллы диаметром 25 мм, 50 мм, 75 мм и 125 мм.
Hangzhou Shalom Electro-Optics Technology Co., Ltd.
A635, Boke Mansion
No 9 Xiyuan Road
Xihu Road
Xihu Road, Hangzhou 310030
China
Продукция вашей компании здесь отсутствует? Получите наш рекламный пакет , чтобы насладиться этим и многими другими преимуществами!
Все поставщики
Crydet Ltd.
Tessedik Sámuel út 4
2100 Gödöllő
Венгрия
Crytur, SPOL. с р.о.
Palackeho 175
51101 Turnov
Чехия
Корт Kristalle
Am Jägersberg 3
24161 Киль
Германия
За пределами Европы:
Dynasil
200 Baker Avenue
Suite 301
Concord, MA 01742
United States

от кристаллов до покрытий, обслуживание через Spectrum
INRAD OPTICT
181 Legrand Avenue
Northvale, NJ 07647
США
INRAD Оптика объединяет сцинтилляционные кристаллы стильбена Scintinel™ в магнитно-экранированном корпусе с трубкой фотоумножителя и соответствующей электроникой.Наши сборки детекторов нейтронов рассчитаны на кристаллы диаметром 25 мм, 50 мм, 75 мм и 125 мм.
PerkinElmer
940 Winter Street
Waltham
Массачусетс 02451
Соединенные Штаты
Saint-Gobain Crystals
17900 Great Lakes Pkwy
Хирам, OH 44234-9681
Соединенные Штаты Америки
Hangzhou Shalom Electro-optic Technology Co., Ltd.
A635, Особняк Боке
No.9 Xiyuan Road
Xihu District, Hangzhou 310030
China
Shalom EO предлагает широкий выбор сцинтилляционных детекторов и детекторов ФЭУ с использованием передовых технологий. Сцинтилляционные материалы включают NaI(Tl), CsI(Tl), CsI(Na), LYSO(Ce), BGO, LaBr ₃ (Ce), LaCl ₃ (Ce) и пластиковые сцинтилляторы и т. д. Сцинтилляционные сборки герметично заключены в корпуса из алюминия или нержавеющей стали с окнами из оптического стекла, а наши ФЭУ производятся компаниями Beijing Hamamatsu, ET или другими поставщиками.
Электронные компоненты включают делители напряжения, предусилители и высоковольтные модули. Соединители также доступны по запросу. Наши специалисты и инженеры всегда терпеливо и внимательно отнесутся к вашим потребностям и предложат оптимальные схемы в процессе проектирования электроники. На все электронные модули предоставляется гарантия 12 месяцев.
Щелкните запись компании, чтобы отметить ее.
Записи о продуктах поставщиков, имеющих рекламный пакет , отображаются с логотипом, описанием продукта и изображением продукта.
Пользователи: , если какая-либо отображаемая информация неверна (например, указанный поставщик не предлагает такие продукты) или юридически проблематична, сообщите об этом RP Photonics для решения проблемы.
Поставщики: вы можете сообщить об измененных данных, используя форму, которая доступна через кнопку «Редактировать данные профиля» на странице профиля вашей компании. Вы можете получить наш рекламный пакет , чтобы получить значительно улучшенную видимость и гораздо больше потенциальных клиентов.(Расскажите об этом своим маркетологам!)
Сообщите о дополнительных поставщиках этих продуктов!
Сообщить о дополнительных поставщиках для этих продуктов
Если вы являетесь поставщиком и хотите попасть в список, воспользуйтесь регистрационной формой .
Уже зарегистрированный поставщик может использовать индивидуальную форму, чтобы сообщить полный список предлагаемых продуктов фотоники. Эта форма доступна по ссылке в нижней части страницы профиля поставщика.
Любой, а не только сами поставщики, может сообщать о дополнительных поставщиках.Если возможно, укажите веб-адрес, показывающий, что этот поставщик действительно предлагает такие продукты.

© РП Фотоникс Консалтинг ГмбХ контакт, отпечаток, конфиденциальность данных
Стэнфорд: Лаборатория передовой оптической керамики
1. Определение и принцип
Сцинтилляторы представляют собой материалы, способные преобразовывать излучение высокой энергии, такое как рентгеновские или гамма-лучи, в свет, близкий к видимому или видимый. Они широко используются в качестве детекторов в медицинской диагностике, физике высоких энергий и геофизических исследованиях (см.Кнолл). Сцинтилляторы могут быть газообразными, жидкими или твердыми, органическими или неорганическими (стекло, монокристалл, керамика). Детекторы на основе сцинтилляторов (рис. 1) в основном состоят из сцинтилляционного материала и фотодетектора, который может быть либо фотоумножителем (ФЭУ), либо фотодиодом. Роль фотодетектора заключается в преобразовании исходящего света сцинтиллятора в электрический сигнал.
Фотоумножители являются наиболее распространенными фотодетекторами и состоят из фотокатода, за которым следует ряд динодов, как показано на рисунке 1.Световой фотон попадает на фотокатод, заставляя его испускать фотоэлектрон. Фотоэлектроны фокусируются на первый динод. Это создает электроны, которые размножаются на втором диноде, а затем снова на третьем, по всей цепи. Затем усиленный сигнал собирается на аноде и передается в измерительные схемы. Полученный электрический сигнал пропорционален количеству фотоэлектронов N _phe .
_{Рисунок 1: Схематическая диаграмма сцинтилляционного детектора, состоящего из сцинтилляционного материала, соединенного с фотоумножителем.}
2. Механизм сцинтиллятора
Физическое явление сцинтилляции представляет собой сложный процесс, который можно разделить на три основных подпроцесса (рис. 2): преобразование, перенос энергии и люминесценция. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом происходит по трем механизмам: фотоэлектрический эффект, комптоновское рассеяние и рождение электрон-позитронной пары в зависимости от энергии падающего излучения. Фотоэлектрический эффект и комптоновское рассеяние являются доминирующими механизмами для низких (ниже 100 кэВ) и средних энергий (от 100 кэВ до 1 МэВ) соответственно.При энергиях выше 1,02 МэВ взаимодействие излучения с веществом определяется рождением электрон-позитронной пары.
_{Рисунок 2: Механизм сцинтилляции. (Изображение М. Никла)}
Когда излучение поглощается материалом сцинтиллятора, происходит создание первичных электронно-дырочных пар, которые генерируют вторичные пары за счет каскадного эффекта. Когда энергия электронных возбуждений становится ниже порога ионизации, происходит термализация.В конце этой стадии все электроны находятся в нижней части зоны проводимости, а дырки — в верхней части валентной зоны. Этот первый шаг завершается менее чем за пикосекунду.
После стадии термализации свободные электронно-дырочные пары мигрируют через материал, передавая свою энергию люминесцентным центрам. Передача энергии очень быстрая и может быть выполнена за время от 10 ^-12 до 10 ^-8 с. Как только передача энергии завершена, происходит последняя стадия мерцания, а именно люминесценция.Продолжительность свечения зависит от центров свечения и может составлять более 10 ^-10 с.
Энергия испускаемого фотона является важным параметром, позволяющим различать радиоизотопы. Действительно, энергия испускаемых фотонов связана с энергией приходящего излучения. В зависимости от характера этой взаимосвязи можно определить радиоактивный источник. В случае сцинтилляционных материалов фотоэлектрический эффект должен благоприятствовать, поскольку все падающее излучение поглощается средой.Эффект Комптона генерирует фотоны с меньшей энергией, что приводит к источникам ошибок. Для повышения вероятности возникновения фотоэлектрического эффекта предпочтительны материалы с высоким атомным номером Z и высокой фотоэлектрической долей. Фотоэлектрическая доля — это доля входящих фотонов, которые взаимодействуют с веществом за счет фотоэлектрического эффекта.
3. Характеристики сцинтилляторов.
— Световой выход (фотоны/МэВ): количество излучаемых фотонов на поглощенную энергию.
— Энергетическое разрешение (%): Способность материала различать два излучения с немного разными энергиями.
— Время затухания (с): Кинетика светового отклика I(t), характеризуемая тау.
— Послесвечение: Остаточный световой поток, возникающий после времени первичного затухания основных люминесцентных центров.
— Тормозная способность: коэффициент ослабления поглощенного излучения для данной толщины материала.
4. Изготовление сцинтилляторов.
До недавнего времени неорганические сцинтилляторы были в виде монокристаллов. Их обычно производят методами выращивания из расплава, такими как метод Чохральского или метод Бриджмена-Стокбаргера.
_{Рисунки 3 и 4. Аппарат Чохральского (слева) и печь Бриджмена-Стокбаргера (справа).}
Аппарат Чохральского показан на рис. 3. Затравку прикрепляют к нижней части вертикального рычага таким образом, чтобы затравка едва соприкасалась с материалом на поверхности расплава.Рука медленно поднимается, и под ней на границе между кристаллом и расплавом растет кристалл. Обычно кристалл вращают медленно, чтобы неоднородности жидкости не воспроизводились в кристалле. Основываясь на измерениях веса кристалла в процессе вытягивания, управляемые компьютером устройства могут изменять скорость вытягивания для получения любого желаемого диаметра. По мере извлечения семени материал затвердевает, и в конечном итоге получается большая круглая буля. Метод Чохральского обычно используется для материалов с высокой температурой плавления.
Аппарат Бриджмена-Стокбаргера показан на рисунке 4. Метод заключается в нагревании поликристаллического материала в запаянной ампуле, имеющей цилиндрическую форму с коническим нижним концом. Нагреватели поддерживают расплавленное состояние. Когда ампулу медленно опускают в более холодную область (синяя область), в коническом кончике начинает расти кристалл. Ампулу опускают со скоростью, соответствующей росту кристалла, так что граница между кристаллом и расплавом всегда имеет одинаковую температуру.Скорость перемещения ампулы зависит от температуры и материала. При успешном выполнении весь расплавленный материал в ампуле превращается в один большой кристалл. По мере продвижения этой поверхности вверх по расплаву на границе расплава и твердого тела растет слой примесей, и примеси концентрируются в верхней части кристалла. Этот метод хорошо подходит для материалов с низкой температурой плавления и чувствительных к воздуху, таких как йодид стронция.
>>Вернуться на страницу «Основные сведения и сведения»
.

Принцип работы цифровых сцинтилляционных детекторов

Преимущества цифровых детекторов перед аналоговыми

Применение в медицинской диагностике

Перспективные направления развития

Конструкция современных цифровых детекторов

Методы цифровой обработки сигналов

Сравнение характеристик аналоговых и цифровых детекторов

Сцинтилляционные детекторы

Сцинтилляционные детекторы

СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР • Большая российская энциклопедия

Детекторы ионизирующих излучений сцинтилляционные. Метод измерения собственного и приведенного разрешения детектора – РТС-тендер

54199-13: СД2 Детекторы сцинтилляционные — Производители, поставщики и поверители

Назначение

Описание

Технические характеристики

Знак утверждения типа

Комплектность

Поверка

Сведения о методах измерений

Рекомендации к применению

MIPT-NPM laboratory

Детекторы излучений сцинтилляционные — Справочник химика 21

Как работают сцинтилляционные детекторы | АДМ Ядерные Технологии

ПОЛЕЗНА ЛИ ЭТА ИНФОРМАЦИЯ?

Как работают детекторы йодида натрия (сцинтилляционные)?

Что такое сцинтилляторы? Как работает сцинтилляция?

Ионизирующее излучение

Сцинтилляция в три этапа

Зажги

Сцинтилляционный счетчик — Сцинтилляционный детектор

Сцинтилляционный счетчик – принцип действия

Фотоумножитель

Компоненты фотоумножителя

Квантовая эффективность

Фотодиоды – сцинтилляционный счетчик

Обнаружение альфа-, бета- и гамма-излучения с помощью сцинтилляционного счетчика

Гамма-спектроскопия с использованием сцинтилляционного счетчика

Оптимизация монолитных нанокомпозитных и прозрачных керамических сцинтилляционных детекторов для позитронно-эмиссионной томографии

3

-x (1959).

Где купить сцинтилляционные детекторы, сцинтилляторы, счетчики, производителей и поставщиков

Стэнфорд: Лаборатория передовой оптической керамики

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ