Os detectores de cintilação são um dos tipos de equipamentos de medição projetados para detectar partículas elementares. Sua característica é que a leitura ocorre através do uso de sistemas sensíveis à luz. Pela primeira vez esses instrumentos foram usados em 1944 para medir a radiação de urânio. Existem vários tipos de detectores, dependendo do tipo de agente de trabalho.
Destino
Os detectores de cintilação são amplamente utilizados para os seguintes propósitos:
- registro de poluição radioativa do meio ambiente;
- análise de materiais radioativos e outros estudos físicos e químicos;
- use como elemento para lançar sistemas detectores mais complexos;
- estudo espectrométrico de substâncias;
- componente de sinalização em sistemas de proteção radiológica (por exemplo, equipamento dosimétrico destinado a notificar a entrada de um navio em zona de contaminação radioativa).
Os contadores podem produzir registros de qualidaderadiação e medir sua energia.
Arranjo de detectores
A estrutura básica de um detector de radiação de cintilação é mostrada na figura abaixo.
Os principais elementos do equipamento são os seguintes:
- fotomultiplicador;
- cintilador projetado para converter a excitação da rede cristalina em luz visível e transmiti-la ao conversor óptico;
- contato óptico entre os dois primeiros dispositivos;
- estabilizador de tensão;
- sistema eletrônico para registro de impulsos elétricos.
Tipos
Existe a seguinte classificação dos principais tipos de detectores de cintilação de acordo com o tipo de substância que fluoresce quando exposta à radiação:
- Medidores de haletos alcalinos inorgânicos. Eles são usados para registrar radiações alfa, beta, gama e nêutrons. Vários tipos de monocristais são produzidos na indústria: iodeto de sódio, césio, potássio e lítio, sulfeto de zinco, tungstato de metais alcalino-terrosos. Eles são ativados com impurezas especiais.
- Monocristais orgânicos e soluções transparentes. O primeiro grupo inclui: antraceno, tolano, trans-estilbeno, naftaleno e outros compostos, o segundo grupo inclui terfenil, misturas de antraceno com naftaleno, soluções sólidas em plásticos. Eles são usados para medições de tempo e para detectar nêutrons rápidos. Aditivos ativadores em cintiladores orgânicos não sãocontribuir.
- Meio gasoso (He, Ar, Kr, Xe). Tais detectores são usados principalmente para detectar fragmentos de fissão de núcleos pesados. O comprimento de onda da radiação está no espectro ultravioleta, então eles requerem fotodiodos apropriados.
Para detectores de nêutrons de cintilação com energia cinética de até 100 keV, são usados cristais de sulfeto de zinco ativados com um isótopo de boro com número de massa 10 e 6Li. Ao registrar as partículas alfa, o sulfeto de zinco é aplicado em camada fina sobre um substrato transparente.
Entre os compostos orgânicos, os plásticos cintilantes são os mais utilizados. São soluções de substâncias luminescentes em plásticos de alto peso molecular. Na maioria das vezes, os plásticos de cintilação são feitos com base em poliestireno. Placas finas são usadas para registrar a radiação alfa e beta, e placas grossas são usadas para raios gama e X. Eles são produzidos na forma de cilindros polidos transparentes. Comparado a outros tipos de cintiladores, os cintiladores de plástico têm várias vantagens:
- tempo de flash curto;
- resistência a danos mecânicos, umidade;
- constância das características em altas doses de exposição à radiação;
- baixo custo;
- fácil de fazer;
- alta eficiência de registro.
Fotomultiplicadores
O principal componente funcional deste equipamento é um fotomultiplicador. É um sistema de eletrodos montadosem um tubo de vidro. Para proteção contra campos magnéticos externos, é colocado em um invólucro metálico feito de um material com alta permeabilidade magnética. Isso protege a interferência eletromagnética.
No fotomultiplicador, o flash de luz é convertido em impulso elétrico, e a corrente elétrica também é amplificada como resultado da emissão secundária de elétrons. A quantidade de corrente depende do número de dínodos. A focalização dos elétrons ocorre devido ao campo eletrostático, que depende da forma dos eletrodos e do potencial entre eles. As partículas carregadas nocauteadas são aceleradas no espaço intereletrodo e, caindo no próximo dinodo, causam outra emissão. Devido a isso, o número de elétrons aumenta várias vezes.
Detetor de cintilação: como funciona
Os contadores funcionam assim:
- Partícula carregada entra na substância de trabalho do cintilador.
- Ionização e excitação de moléculas de cristal, solução ou gás.
- As moléculas emitem fótons e após milionésimos de segundo retornam ao equilíbrio.
- No fotomultiplicador, o flash de luz é "amplificado" e atinge o ânodo.
- O circuito anódico amplifica e mede a corrente elétrica.
O princípio de funcionamento do detector de cintilação é baseado no fenômeno da luminescência. A principal característica desses dispositivos é a eficiência de conversão - a relação entre a energia de um flash de luz e a energia perdida por uma partícula na substância ativa do cintilador.
Prós e contras
Os benefícios dos detectores de radiação de cintilação incluem:
- alta eficiência de detecção, especialmente para raios gama de ondas curtas de alta energia;
- boa resolução temporal, ou seja, a capacidade de dar uma imagem separada de dois objetos (chega a 10-10 s);
- medição simultânea da energia das partículas detectadas;
- possibilidade de fabricação de balcões de diversos formatos, simplicidade de solução técnica.
A desvantagem desses contadores é a baixa sensibilidade a partículas com baixa energia. Quando são usados como parte de espectrômetros, o processamento dos dados obtidos se torna muito mais complicado, pois o espectro tem uma forma complexa.
