ตัวนับเรืองแสงวาบ: หลักการทำงาน ข้อดีและข้อเสียของอุปกรณ์ บทคัดย่อ: ตัวนับประกายแวววาว

ตัวนับการเรืองแสงวาบประกอบด้วยสององค์ประกอบ: ตัวเรืองแสงวาบ (ฟอสฟอรัส) และตัวคูณชนิดโฟโตอิเล็กตรอน ในการกำหนดค่าพื้นฐาน ผู้ผลิตได้เพิ่มแหล่งพลังงานไฟฟ้าและอุปกรณ์วิทยุให้กับมิเตอร์นี้ ซึ่งทำหน้าที่ขยายและลงทะเบียนพัลส์โฟโตมัลติพลายเออร์ บ่อยครั้งที่การรวมกันขององค์ประกอบทั้งหมดของระบบนี้ดำเนินการโดยใช้ระบบออปติคอล - คู่มือแสง นอกจากนี้ในบทความเราจะพิจารณาหลักการทำงานของตัวนับแวววาว

คุณสมบัติของการทำงาน

การออกแบบตัวนับแสงแวววาวค่อนข้างซับซ้อน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องให้ความสนใจหัวข้อนี้มากขึ้น ความสนใจมากขึ้น. สาระสำคัญของการทำงานของอุปกรณ์นี้มีดังนี้

อนุภาคที่มีประจุเข้าสู่อุปกรณ์ ส่งผลให้เกิดการกระตุ้นของโมเลกุลทั้งหมด วัตถุเหล่านี้จะสงบลงหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง และในกระบวนการนี้พวกมันจะปล่อยสิ่งที่เรียกว่าโฟตอนออกมา กระบวนการทั้งหมดนี้จำเป็นสำหรับโฟตอนบางตัวในการส่งผ่านไปยังโฟโตแคโทด กระบวนการนี้จำเป็นสำหรับการปรากฏตัวของโฟโตอิเล็กตรอน

โฟโตอิเล็กตรอนจะถูกโฟกัสและส่งไปยังอิเล็กโทรดดั้งเดิม การกระทำนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการทำงานของโฟโตมัลติพลายเออร์ที่เรียกว่า ในการกระทำที่ตามมา จำนวนอิเล็กตรอนเดียวกันนี้จะเพิ่มขึ้นหลายเท่า ซึ่งได้รับการอำนวยความสะดวกจากการปล่อยอิเล็กตรอน ผลที่ได้คือความตึงเครียด นอกจากนี้ยังเพิ่มผลทันทีเท่านั้น ระยะเวลาของพัลส์และแอมพลิจูดที่เอาต์พุตถูกกำหนดโดยคุณสมบัติเฉพาะ

ใช้อะไรแทนฟอสฟอรัส?

ในอุปกรณ์นี้ พวกเขาได้คิดค้นการทดแทนองค์ประกอบ เช่น ฟอสฟอรัส โดยทั่วไปแล้ว ผู้ผลิตจะใช้:

• คริสตัลชนิดอินทรีย์
• ของเหลวที่เรืองแสงวาบซึ่งต้องเป็นชนิดอินทรีย์ด้วย
• ตัวเรืองแสงวาบที่เป็นของแข็งซึ่งทำจากพลาสติก
• เครื่องกำเนิดก๊าซที่เรืองแสงวาบ

เมื่อดูข้อมูลการทดแทนฟอสฟอรัส คุณจะเห็นว่าในกรณีส่วนใหญ่ผู้ผลิตใช้เฉพาะสารอินทรีย์เท่านั้น

ลักษณะสำคัญ

ถึงเวลาที่จะพูดถึงคุณสมบัติหลักแล้ว เคาน์เตอร์แวววาว. ประการแรก จำเป็นต้องสังเกตปริมาณแสงที่ปล่อยออกมา การแผ่รังสี องค์ประกอบสเปกตรัมที่เรียกว่า และระยะเวลาของการเรืองแสงวาบ

ในกระบวนการส่งผ่านเครื่องเรืองแสงวาบของอนุภาคมีประจุต่างๆ จะมีการผลิตโฟตอนจำนวนหนึ่งซึ่งพามาที่นี่หรือพลังงานอื่นๆ โฟตอนที่ผลิตได้ส่วนใหญ่จะถูกดูดซับและทำลายในอ่างเก็บน้ำนั่นเอง แทนที่จะเป็นโฟตอนที่ถูกดูดซับ อนุภาคประเภทอื่นจะถูกสร้างขึ้นซึ่งจะเป็นตัวแทนของพลังงานในธรรมชาติที่เล็กกว่าเล็กน้อย จากการกระทำทั้งหมดนี้ โฟตอนจะปรากฏขึ้น ซึ่งมีคุณสมบัติเฉพาะของตัวเรืองแสงวาบเท่านั้น

เอาต์พุตแสง

ต่อไปเราจะพิจารณาตัวนับประกายแวววาวและหลักการทำงานของมัน ทีนี้มาใส่ใจกับเอาท์พุตแสงกันดีกว่า กระบวนการนี้เรียกอีกอย่างว่าประเภทการแปลงประสิทธิภาพ แสงที่ส่งออกไปคืออัตราส่วนที่เรียกว่าอัตราส่วนของพลังงานที่ออกมากับปริมาณพลังงานอนุภาคที่มีประจุที่สูญเสียไปในเครื่องเรืองแสงวาบ

ใน การกระทำนี้จำนวนโฟตอนโดยเฉลี่ยจะออกไปด้านนอกโดยเฉพาะ นี่เรียกอีกอย่างว่าพลังงานอักขระเฉลี่ยของโฟตอน อนุภาคแต่ละตัวที่อยู่ในอุปกรณ์ไม่ได้ส่งสัญญาณพลังงานเดี่ยวออกมา แต่จะส่งสัญญาณออกมาเป็นสเปกตรัมในแถบต่อเนื่องกัน ท้ายที่สุดแล้วนี่คือลักษณะเฉพาะของงานประเภทนี้

จำเป็นต้องให้ความสนใจกับสิ่งที่สำคัญที่สุด เนื่องจากสเปกตรัมของโฟตอนนี้โผล่ออกมาจากตัวเรืองแสงวาบที่เรารู้จักอย่างอิสระ สิ่งสำคัญคือจะต้องเกิดขึ้นพร้อมกันหรืออย่างน้อยก็ทับซ้อนกันบางส่วนกับลักษณะสเปกตรัมของโฟโตมัลติพลายเออร์ การทับซ้อนขององค์ประกอบรังสีชนิดเรืองแสงวาบกับคุณลักษณะอื่นถูกกำหนดโดยค่าสัมประสิทธิ์ที่ตกลงกันโดยผู้ผลิตแต่เพียงผู้เดียว

ในค่าสัมประสิทธิ์นี้ สเปกตรัมของประเภทภายนอกหรือสเปกตรัมของโฟตอนของเราจะออกไปสู่สภาพแวดล้อมภายนอกของอุปกรณ์นี้ ปัจจุบันมีสิ่งที่เรียกว่า "ประสิทธิภาพประกายแวววาว" แสดงถึงการเปรียบเทียบอุปกรณ์กับข้อมูล PMT อื่นๆ

แนวคิดนี้ผสมผสานหลายแง่มุม:

• ประสิทธิภาพคำนึงถึงจำนวนโฟตอนของเราที่ปล่อยออกมาโดยตัวเรืองแสงวาบต่อหน่วยพลังงานที่ดูดซับ ตัวบ่งชี้นี้ยังคำนึงถึงความไวของอุปกรณ์ต่อโฟตอนด้วย
• โดยปกติความมีประสิทธิผลของงานนี้จะได้รับการประเมินโดยการเปรียบเทียบกับประสิทธิภาพการเรืองแสงวาบของตัวเรืองแสงวาบซึ่งถือเป็นมาตรฐาน

การเปลี่ยนแปลงประกายแวววาวต่างๆ

หลักการทำงานของเครื่องนับแบบเรืองแสงวาบยังประกอบด้วยส่วนที่สำคัญไม่แพ้กันดังต่อไปนี้ ความแวววาวอาจมีการเปลี่ยนแปลงบางอย่างได้ คำนวณตามกฎหมายพิเศษ

ในนั้น I 0 หมายถึงตัวบ่งชี้ความเข้มสูงสุดของประกายแวววาวที่เรากำลังพิจารณา สำหรับตัวบ่งชี้ t 0 นี่เป็นค่าคงที่และระบุเวลาของการลดทอนที่เรียกว่า การลดทอนนี้แสดงเวลาที่ความเข้มลดลงตามค่าที่กำหนด (e)

นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องใส่ใจกับจำนวนที่เรียกว่าโฟตอนด้วย ในกฎหมายของเราจะแสดงด้วยตัวอักษร n

จำนวนโฟตอนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการเรืองแสงวาบ โฟตอนเหล่านี้จะถูกปล่อยออกมาในช่วงเวลาหนึ่งและบันทึกไว้ในอุปกรณ์

กระบวนการทำงานของฟอสฟอรัส

ดังที่เราเขียนไว้ก่อนหน้านี้ ตัวนับการเรืองแสงวาบทำงานตามการทำงานขององค์ประกอบ เช่น ฟอสฟอรัส องค์ประกอบนี้ดำเนินกระบวนการที่เรียกว่าการเรืองแสง และแบ่งออกเป็นหลายประเภท:

• ประเภทแรกคือเรืองแสง
• ประเภทที่สองคือเรืองแสง

ทั้งสองประเภทนี้แตกต่างกันตามเวลาเป็นหลัก เมื่อสิ่งที่เรียกว่าการไฮไลต์เกิดขึ้นร่วมกับกระบวนการอื่นหรือในช่วงเวลาประมาณ 10 -8 วินาที นี่เป็นกระบวนการประเภทแรก สำหรับประเภทที่สอง ช่วงเวลานี้จะใหญ่กว่าประเภทก่อนหน้าเล็กน้อย ความคลาดเคลื่อนด้านเวลานี้เกิดขึ้นเนื่องจากช่วงเวลานี้สอดคล้องกับชีวิตของอะตอมในสภาวะกระสับกระส่าย

โดยรวมแล้วระยะเวลาของกระบวนการแรกไม่ได้ขึ้นอยู่กับตัวบ่งชี้ความไม่สงบของอะตอมใดอะตอมหนึ่งเลย แต่สำหรับผลลัพธ์ของกระบวนการนี้ ความตื่นเต้นที่มีอิทธิพลต่อสิ่งนี้ ขององค์ประกอบนี้. นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าในกรณีที่เกิดการรบกวนในผลึกบางชนิด อัตราของเอาต์พุตที่เรียกว่าจะค่อนข้างต่ำกว่าการกระตุ้นด้วยแสง

เรืองแสงคืออะไร?

ข้อดีของเครื่องนับเรืองแสงวาบรวมถึงกระบวนการฟอสฟอรัส ตามแนวคิดนี้ คนส่วนใหญ่เข้าใจเฉพาะการเรืองแสงเท่านั้น ดังนั้นเราจะพิจารณาคุณสมบัติเหล่านี้ตามกระบวนการนี้ กระบวนการนี้คือสิ่งที่เรียกว่ากระบวนการต่อเนื่องหลังจากเสร็จสิ้นงานประเภทใดประเภทหนึ่ง ฟอสฟอรัสของคริสตัลฟอสเฟอร์เกิดขึ้นระหว่างการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนและรูที่สร้างขึ้นระหว่างการกระตุ้น ในวัตถุฟอสฟอรัสบางชนิดเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำให้กระบวนการช้าลงเนื่องจากอิเล็กตรอนและรูของพวกมันตกอยู่ในกับดักที่เรียกว่า พวกมันสามารถปลดปล่อยตัวเองจากกับดักเหล่านี้ได้ด้วยตัวเอง แต่การที่จะทำเช่นนี้ได้ พวกมันก็เหมือนกับสสารอื่น ๆ ที่ต้องได้รับพลังงานเพิ่มเติม

ทั้งนี้ระยะเวลาของกระบวนการยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย หากโมเลกุลอื่นที่มีลักษณะเป็นสารอินทรีย์มีส่วนร่วมในกระบวนการนี้ด้วย กระบวนการของการเรืองแสงจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่ออยู่ในสถานะที่แพร่กระจายได้ และไป สภาพปกติโมเลกุลเหล่านี้ทำไม่ได้ เฉพาะในกรณีนี้เท่านั้นที่เราจะเห็นว่ากระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับความเร็วและอุณหภูมิเอง

คุณสมบัติของเคาน์เตอร์

ตัวนับแสงแวววาวมีทั้งข้อดีและข้อเสียซึ่งเราจะพิจารณาในส่วนนี้ ก่อนอื่นเราจะอธิบายข้อดีของอุปกรณ์เนื่องจากมีข้อดีค่อนข้างมาก

ผู้เชี่ยวชาญเน้นย้ำถึงตัวบ่งชี้ความสามารถชั่วคราวที่ค่อนข้างสูง เวลาหนึ่งพัลส์ที่อุปกรณ์นี้ส่งเสียงไม่เกินสิบวินาที แต่จะเป็นกรณีนี้หากใช้อุปกรณ์บางอย่างเท่านั้น ตัวนับนี้มีตัวบ่งชี้นี้น้อยกว่าอะนาล็อกอื่น ๆ หลายเท่าที่มีการคายประจุอิสระ สิ่งนี้อำนวยความสะดวกในการใช้งานอย่างมากเนื่องจากความเร็วในการนับเพิ่มขึ้นหลายครั้ง

คุณภาพเชิงบวกถัดไปของข้อมูลคือตัวบ่งชี้ที่ค่อนข้างเล็กของแรงกระตุ้นที่ล่าช้า แต่กระบวนการดังกล่าวจะดำเนินการหลังจากอนุภาคผ่านช่วงการลงทะเบียนเท่านั้น นอกจากนี้ยังช่วยให้คุณประหยัดเวลาในการจ่ายพัลส์ของอุปกรณ์ประเภทนี้ได้โดยตรง

นอกจากนี้ ตัวนับการเรืองแสงวาบยังมีการลงทะเบียนอนุภาคบางชนิดในระดับที่ค่อนข้างสูง ซึ่งรวมถึงเซลล์ประสาทและรังสีของพวกมันด้วย เพื่อเพิ่มระดับการลงทะเบียน จำเป็นที่อนุภาคเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับสิ่งที่เรียกว่าเครื่องตรวจจับ

การผลิตอุปกรณ์

ใครเป็นผู้คิดค้นเครื่องนับประกายระยิบระยับ? สิ่งนี้ทำโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Kalman Hartmut Paul ในปี 1947 และในปี 1948 โดยนักวิทยาศาสตร์ คิดค้นการถ่ายภาพรังสีนิวตรอนหลักการทำงานของตัวนับประกายแวววาวช่วยให้สามารถผลิตได้ค่อนข้างมาก ขนาดใหญ่. ทำให้สามารถดำเนินการที่เรียกว่าการวิเคราะห์สุญญากาศได้ค่อนข้างมาก การไหลขนาดใหญ่พลังงานซึ่งรวมถึงรังสีอัลตราไวโอเลต

คุณยังสามารถนำสารบางชนิดเข้าไปในอุปกรณ์ซึ่งนิวตรอนสามารถโต้ตอบได้ค่อนข้างดี ซึ่งแน่นอนว่าเกิดขึ้นทันที ลักษณะเชิงบวกในการผลิตและการใช้งานเคาน์เตอร์ในลักษณะนี้ในอนาคต

ประเภทของการออกแบบ

อนุภาคเคาน์เตอร์ประกายแวววาวจัดให้ งานคุณภาพ. ผู้บริโภคมีข้อกำหนดต่อไปนี้สำหรับการทำงานของอุปกรณ์:

• โฟโตแคโทดที่เรียกว่ามีอัตราการรวบรวมแสงที่ดีที่สุด
• ตามโฟโตแคโทดนี้มีการกระจายแสงที่สม่ำเสมอโดยเฉพาะ
• อนุภาคที่ไม่จำเป็นในอุปกรณ์จะมืดลง
• สนามแม่เหล็กไม่มีผลกระทบต่อกระบวนการพาหะทั้งหมดอย่างแน่นอน
• ค่าสัมประสิทธิ์ใน ในกรณีนี้มีเสถียรภาพ

ข้อเสียของตัวนับแวววาวนั้นมีน้อยมาก เมื่อปฏิบัติงานจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแอมพลิจูดของพัลส์ประเภทสัญญาณสอดคล้องกับแอมพลิจูดประเภทอื่น

บรรจุภัณฑ์เคาน์เตอร์

บ่อยครั้งที่ตัวนับแวววาวถูกบรรจุในภาชนะโลหะที่มีกระจกอยู่ด้านหนึ่ง นอกจากนี้ ม ชั้นของวัสดุพิเศษถูกวางไว้ระหว่างตัวคอนเทนเนอร์กับตัวเรืองแสงวาบซึ่งป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตและความร้อนเข้ามา พลาสติกเรืองแสงวาบไม่จำเป็นต้องบรรจุในภาชนะที่ปิดสนิท แต่ ตัวเรืองแสงวาบทึบทั้งหมดต้องมีหน้าต่างทางออกที่ปลายด้านหนึ่งสิ่งสำคัญมากคือต้องใส่ใจกับบรรจุภัณฑ์ของอุปกรณ์นี้

ข้อดีของเมตร

ข้อดีของตัวนับแวววาวมีดังต่อไปนี้:

• ความไวของอุปกรณ์นี้อยู่ที่ระดับสูงสุดเสมอและประสิทธิภาพในทันทีขึ้นอยู่กับสิ่งนี้โดยตรง
• ความสามารถของอุปกรณ์ประกอบด้วยบริการที่หลากหลาย
• ความสามารถในการแยกแยะระหว่างอนุภาคบางชนิดจะใช้เฉพาะข้อมูลเกี่ยวกับพลังงานเท่านั้น

เนื่องจากตัวบ่งชี้ข้างต้นทำให้มิเตอร์ประเภทนี้แซงหน้าคู่แข่งทั้งหมดและกลายเป็นอุปกรณ์ที่ดีที่สุดในประเภทนี้อย่างถูกต้อง

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าข้อเสียของมันรวมถึงการรับรู้ที่ละเอียดอ่อนของการเปลี่ยนแปลงในอุณหภูมิเฉพาะตลอดจนสภาพแวดล้อม

แล็บ 3

ศึกษาหลักการทำงานของเครื่องตรวจจับความแวววาว

เป้าหมายของการทำงาน: ศึกษาพื้นฐานของวิธีการเรืองแสงวาบในการตรวจจับรังสี ศึกษาอุปกรณ์ของเครื่องตรวจจับแสงวาบและหาประสิทธิภาพในการบันทึกรังสีแกมมาของ Cs - 137

อุปกรณ์ตรวจจับความแวววาว

การแนะนำ

วิธีการตรวจจับอนุภาคแบบเรืองแสงวาบเป็นหนึ่งในวิธีการตรวจจับที่เก่าแก่ที่สุด ย้อนกลับไปในปี 1919 ในการทดลองเกี่ยวกับการกระเจิงของอนุภาคมีประจุบนนิวเคลียส อี. รัทเทอร์ฟอร์ดและเพื่อนร่วมงานของเขาได้บันทึกอนุภาค a โดยการสังเกตแสงวาบใน ZnS (Ag) ด้วยสายตา อย่างไรก็ตาม วิธีการส่องประกายในการตรวจจับอนุภาคได้รับการพัฒนาอย่างกว้างขวางหลังจากการประดิษฐ์หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สามารถตรวจจับแสงวูบวาบเล็กน้อยได้

photomultipliers ตัวแรก ๆ ถูกสร้างขึ้นในสหภาพโซเวียตในช่วงต้นทศวรรษที่ 40 ของศตวรรษที่ยี่สิบ และตั้งแต่ปี 1947 เป็นต้นมา การพัฒนาวิธีการลงทะเบียนแสงแวววาวก็เริ่มขึ้นอย่างเข้มข้น เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูง จึงมีการใช้เครื่องตรวจจับรังสีชนิดเรืองแสงวาบและสเปกโตรมิเตอร์ในฟิสิกส์นิวเคลียร์ ชีววิทยา ธรณีวิทยา การแพทย์ และสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอื่นๆ

องค์ประกอบหลักของเครื่องตรวจจับประกายไฟคือ ตัวเรืองแสงวาบ, ตัวคูณภาพ(พีเอ็มที),ระบบออปติกสำหรับการควบคู่ของรังสีเรืองแสงวาบและโฟโตมัลติพลายเออร์

เมื่อทำปฏิกิริยากับสารเรืองแสงวาบ อนุภาคที่มีประจุจะสูญเสียพลังงานเพื่อกระตุ้นและทำให้อะตอมของตัวกลางแตกตัวเป็นไอออน รังสีแกมมาซึ่งเป็นรังสีไอออไนซ์ทางอ้อมไม่ได้สร้างไอออไนซ์และการกระตุ้นโดยตรง: อะตอมของสารเรืองแสงวาบจะถูกแตกตัวเป็นไอออนและตื่นเต้นโดยอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นระหว่างอันตรกิริยาของรังสี γ กับสารเรืองแสงวาบ การแผ่รังสีที่ปรากฏขึ้นเมื่อกำจัดการกระตุ้นของอะตอมออกจากตัวกลางในรูปของแสงวาบ-แวววาว จำนวนโฟตอนซึ่งขึ้นอยู่กับทั้งคุณสมบัติและขนาดของตัวเรืองแสงวาบ และประเภทของอนุภาคและ พลังงานที่ถ่ายโอนไปยังเครื่องเรืองแสงวาบโดยอนุภาคเหล่านี้

ในการบันทึกการเรืองแสงวาบเหล่านี้ จะใช้โฟโตมัลติพลายเออร์ ซึ่งจะแปลงแสงวาบเป็นพัลส์แรงดันไฟฟ้า แล้วจึงเข้าสู่หน่วยการวัด

ลักษณะสำคัญของซินทิเลเตอร์

โดยทั่วไปแล้วรังสีเรืองแสงจะเรียกว่าสารที่ภายใต้อิทธิพลของรังสีไอออไนซ์ จะปล่อยโฟตอนที่ออกมาในส่วนที่มองเห็นหรืออัลตราไวโอเลตของสเปกตรัม ยิ่งไปกว่านั้น หากมีความเป็นไปได้สูงที่โฟตอนจะถูกปล่อยออกมาจากอะตอมและโมเลกุลในสภาวะที่ตื่นเต้น ความน่าจะเป็นที่จะดูดกลืนโฟตอนที่ปล่อยออกมาเหล่านี้โดยสสารที่ส่องแสงเองก็ควรมีน้อย กล่าวคือ สเปกตรัมการแผ่รังสี รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องเลื่อนสัมพันธ์กับสเปกตรัมการดูดกลืนแสง

สารเรืองแสงทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: ขึ้นอยู่กับสารประกอบอินทรีย์บางชนิด ผลึกอนินทรีย์ และก๊าซ

ในบรรดาสารประกอบอินทรีย์มักใช้สารละลายของเหลวและของแข็งของสารประกอบอะโรมาติกหรือผลึกเดี่ยวของแอนทราซีน, สติลบีน, โทเลน ฯลฯ

สารเรืองแสงวาบที่พบมากที่สุดที่ทำจากผลึกอนินทรีย์คือไอโอไดต์ของโลหะอัลคาไลที่กระตุ้นโดยแทลเลียมและซิงค์ซัลไฟด์ที่กระตุ้นโดยซิลเวอร์: NaJ(Tl), CsJ(Tl), ZnS(Ag) ผลึกบริสุทธิ์ที่ไม่แอคติเวตที่อุณหภูมิห้องไม่มีคุณสมบัติเป็นประกาย

จากมุมมองของการตรวจจับรังสี รังสีเรืองแสงวาบทั้งหมด ทั้งแบบอินทรีย์และอนินทรีย์ จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดบางประการ ทั้งแบบทั่วไปและแบบพิเศษ ซึ่งกำหนดโดยธรรมชาติของอนุภาคที่ตรวจพบ

ประการแรก สสารจะต้องมีแสงส่องสว่างสูง ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของจำนวนโฟตอนโดยเฉลี่ยที่เกิดขึ้นระหว่างการเรืองแสงวาบครั้งหนึ่งต่อพลังงานที่สูญเสียไปโดยอนุภาคที่ตรวจพบในเครื่องเรืองแสงวาบ:

เนื่องจากจำนวนโฟตอนที่ออกจากเครื่องเรืองแสงวาบเป็นที่สนใจในทางปฏิบัติ จึงแนะนำให้แนะนำแนวคิดเรื่องเอาท์พุตแสงจากภายนอก:

โดยที่สัมประสิทธิ์ของโฟตอนที่เอาท์พุตจากตัวเรืองแสงวาบคือ ควรสังเกตว่าปริมาณแสงที่ปล่อยออกมาจากภายนอกขึ้นอยู่กับขนาดของการเปลี่ยนแปลงของสเปกตรัมการแผ่รังสีและการดูดกลืนแสง กล่าวคือ ความโปร่งใสของรังสีเรืองแสงวาบที่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีของมันเอง เช่นเดียวกับความหนาของรังสีเรืองแสงวาบ ของสิ่งเจือปนที่ลดความโปร่งใส สถานะของพื้นผิว ฯลฯ ในเครื่องเรืองแสงวาบในอุดมคติ ความโปร่งใสอย่างแน่นอนต่อการแผ่รังสีของตัวมันเอง =

นอกจากเอาท์พุตแสงแล้ว เรายังสามารถแนะนำแนวคิดของเอาท์พุตพลังงาน x ซึ่งแสดงอัตราส่วนของพลังงานของโฟตอนที่เกิดขึ้นในกระบวนการของการส่องแสงแวววาวหนึ่งครั้งต่อพลังงาน อีหายไปจากอนุภาคที่ตรวจพบในเครื่องเรืองแสงวาบ:

x= ,

โดยที่พลังงานเฉลี่ยของโฟตอนที่เรืองแสงวาบคือ

กระบวนการส่องแสงแวววาวใช้เวลาจำกัด เนื่องจากเวลาที่เพิ่มขึ้นของการเรืองแสงวาบนั้นน้อยกว่าเวลาการสลายตัวอย่างมีนัยสำคัญ (การสลายตัวของแสงวาบ) ดังนั้น ในทางปฏิบัติทุกกรณี ระยะเวลาของการเรืองแสงวาบโดยรวมสามารถระบุได้ด้วยค่าคงที่เวลา t ของการสลายของกระบวนการเท่านั้น:

ค่าที – เวลาที่ความเข้มของการส่องสว่าง เจตกอยู่ใน จครั้งหนึ่ง. ในการทดลองที่ต้องการความละเอียดของเวลาสูง รังสีชนิดเรืองแสงวาบจะถูกเลือกโดยมีเวลาเปิดรับแสงสั้นเพียงพอ

ผลึกอนินทรีย์แวววาวที่ใช้ (NaJ(Tl), CsJ(Tl), LiJ(Sn), LiJ(Tl), ZnS(Ag ) ) มีลักษณะพิเศษคือให้แสงสว่างมากและเวลาส่องสว่าง (ประมาณ 10–4 – 10–7 วินาที) ผลึกอินทรีย์ (สติลบีน แอนทราซีน และอื่นๆ) มีลักษณะเฉพาะไม่เพียงแต่ด้วยแสงที่ส่องสว่างน้อยกว่าผลึกอนินทรีย์เท่านั้น แต่ยังมีเวลาเรืองแสงที่สั้นกว่าด้วย (ประมาณ 10–8 – 10–9 วินาที) ในบรรดาสารละลายแวววาวอินทรีย์ มักใช้พาราเทอร์ฟีนิลในไซลีน

กระบวนการที่เกิดขึ้นในหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์

และลักษณะสำคัญของพวกเขา

พัลส์แสงที่สร้างขึ้นในเครื่องเรืองแสงวาบในระหว่างการผ่านของอนุภาคไอออไนซ์จะถูกแปลงเป็นพัลส์ไฟฟ้าโดยใช้โฟโตมัลติพลายเออร์

หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์คือโฟโตเซลล์ที่มีการขยายหลายเท่า ซึ่งขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ ประกอบด้วยโฟโตแคโทด 4 , อุปกรณ์ปรับโฟกัส 5 , ไดโนดหลายตัว 6 และขั้วบวก 8 (รูปที่ 1) อิเล็กโทรด PMT ทั้งหมดวางอยู่ในกระบอกสุญญากาศสูง โฟโตแคโทดทำในรูปแบบของชั้นโปร่งแสงบาง ๆ และตั้งอยู่บน ข้างในผนังปลายกระบอกแก้ว PMT เพื่อเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยก๊าซทุติยภูมิ ไดโนดจะถูกเคลือบด้วยฟิล์มบางๆ ของสารด้วย งานเล็กๆ น้อยๆทางออกสำหรับอิเล็กตรอน

เมื่อโฟโตมัลติพลายเออร์ทำงาน ความต่างศักย์บางอย่างจะมีผลกับอิเล็กโทรดทั้งหมด เมื่อทะลุผ่านกระจกใส ควอนตัมแสงจะดึงอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งออกจากชั้นไวแสงของโฟโตแคโทด โฟโตอิเล็กตรอนที่โผล่ออกมาด้วยความเร็วที่แตกต่างกันและในมุมที่แตกต่างกันไปยังพื้นผิวแคโทดจะถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้าในสุญญากาศ และจะถูกรวบรวมไว้ที่ไดโนดแรกของตัวคูณโดยใช้ระบบโฟกัส

1 – แหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสี 2 – ประกายไฟ; 3 – คู่มือแสง; 4 – โฟโตแคโทด PMT; 5 – อิเล็กโทรดโฟกัส 6 – ไดโนด; 7 – โฟโตอิเล็กตรอน; 8 – ขั้วบวก; 9 – ตัวแบ่ง PMT; 10 – ความต้านทานโหลด

เมื่ออิเล็กตรอนโจมตีไดโนดตัวแรก การปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิจะเกิดขึ้น อิเล็กตรอนที่ถูกกระแทกออกจากไดโนดตัวแรกจะถูกเร่งอีกครั้งในช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดถัดไป และเมื่อตกลงบนไดโนดที่สอง ในทางกลับกัน จะทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิจากไดโนดที่สอง เพื่อระบุลักษณะการปล่อยอิเล็กตรอน ปริมาณที่เรียกว่าสัมประสิทธิ์การปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ s ถูกนำมาใช้ ซึ่งเป็นจำนวนอิเล็กตรอนทุติยภูมิที่ถูกกระแทกโดยอิเล็กตรอนปฐมภูมิหนึ่งตัว กระบวนการที่อธิบายไว้เกิดขึ้นตามลำดับบนไดโนดทั้งหมด และขึ้นอยู่กับคุณสมบัติและจำนวนของไดโนดสำหรับ s > 1 จำนวนอิเล็กตรอนบนไดโนดตัวสุดท้ายสามารถเกินจำนวนโฟโตอิเล็กตรอนเริ่มต้นได้หลายระดับ อิเล็กตรอนจากไดโนดสุดท้ายจะถูกรวบรวมที่ขั้วบวกของหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์

ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เป็นรากฐานการทำงานของตัวคูณแสง - เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกและการแผ่รังสีอิเล็กตรอนทุติยภูมิ - มีลักษณะทางสถิติ ดังนั้นพารามิเตอร์ PMT จึงมีลักษณะทางสถิติและเมื่อพูดถึงพารามิเตอร์เหล่านี้เราจะหมายถึงค่าเฉลี่ยของพารามิเตอร์เหล่านี้

คุณลักษณะของโฟโตแคโทดจะรวมกลุ่มกันเป็นพารามิเตอร์ PMT ในจำนวนนี้มากที่สุด สำคัญมีผลผลิตควอนตัม คุณลักษณะสเปกตรัม และความไวอินทิกรัล

ผลผลิตควอนตัมโฟโตแคโทด e แสดงถึงความน่าจะเป็นที่โฟโตอิเล็กตรอนตัวหนึ่งจะถูกดีดออกโดยโฟตอนกระทบโฟโตแคโทด นี่หมายความว่าแสงตกกระทบบนโฟโตแคโทดใกล้เคียงกับสีเดียว ผลผลิตควอนตัมขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงตกกระทบ วัสดุของโฟโตแคโทด และความหนาของแสง โดยปกติจะแสดงเป็นตัวเลขเป็นเปอร์เซ็นต์

การพึ่งพาของ e ต่อความยาวคลื่น l ของแสงตกกระทบเรียกว่า ลักษณะสเปกตรัมโฟโตแคโทดและถูกกำหนดให้เป็น e(l)

นัยสำคัญในทางปฏิบัติไม่เพียงแต่จำนวนโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากเครื่องเรืองแสงวาบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระดับของการทับซ้อนกันของสเปกตรัมแสงภายนอกของการเรืองแสงวาบด้วยคุณลักษณะทางสเปกตรัม e(n) ของโฟโตมัลติพลายเออร์ที่กำหนด ซึ่งกำหนดโดยสัมประสิทธิ์การจับคู่:

.

ความไวที่สำคัญโฟโตแคโทดคืออัตราส่วนของโฟโตกระแสต่อฟลักซ์การส่องสว่างที่ตกกระทบบนโฟโตแคโทด เมื่อโฟโตแคโทดได้รับแสงสว่างจากแหล่งกำเนิด แสงสีขาวด้วยอุณหภูมิสีที่แน่นอน

การรวมตัวกันของโฟโตอิเล็กตรอนที่ไดโนดแรกมีลักษณะเฉพาะด้วยสัมประสิทธิ์การสะสม ลซึ่งสามารถรับค่าได้ตั้งแต่ 0 ถึง 100%

ระบบคูณ PMT มีลักษณะเฉพาะ ได้รับเอ็ม. อย่างหลังถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของค่าปัจจุบันที่เอาท์พุตของโฟโตมัลติพลายเออร์ต่อค่าที่อินพุตของระบบคูณ อัตราขยายของโฟโตมัลติพลายเออร์เท่ากับ: โดยที่ a คือสัมประสิทธิ์ที่กำหนดสัดส่วนของอิเล็กตรอนที่ตกลงมาจากไดโนดหนึ่งไปยังอีกไดโนดหนึ่ง – ปัจจัยการปล่อยทุติยภูมิ ฉัน- ไดโนดที่

ควรสังเกตว่าค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยทุติยภูมิ s ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับวัสดุและสถานะของพื้นผิวไดโนดเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับพลังงานของอิเล็กตรอนปฐมภูมิด้วย กล่าวคือ ความต่างศักย์ในการเร่งที่ใช้กับไดโนดสองตัวที่อยู่ติดกัน: ด้วยพลังงานอิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้น จะเพิ่มขึ้นในขั้นแรก จากนั้นพลังงานที่สูงกว่า 100 – 1,000 eV (ขึ้นอยู่กับวัสดุ) ก็จะลดลง ทางกายภาพพฤติกรรมนี้สามารถอธิบายได้ดังนี้ อิเล็กตรอนปฐมภูมิที่เข้าสู่วัสดุไดโนดจะถ่ายโอนพลังงานของพวกมันไปยังอิเล็กตรอนจำนวนมากในตัวกลางอันเป็นผลมาจากการชนแบบยืดหยุ่นและไม่ยืดหยุ่น ยิ่งพลังงานของอิเล็กตรอนปฐมภูมิสูงขึ้นเท่าไร มากกว่าอิเล็กตรอนที่มันถ่ายโอนพลังงาน แต่ยิ่งพลังงานของอิเล็กตรอนปฐมภูมิสูงเท่าไร ก็ยิ่งเจาะลึกได้มากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น ความลึกของวัสดุที่อิเล็กตรอนทุติยภูมิจะได้รับพลังงานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น อย่างหลังสามารถทิ้งวัสดุไดโนดได้ก็ต่อเมื่อมันถูกสร้างขึ้นที่ระดับความลึกที่น้อยกว่าความยาวของเส้นทางในวัสดุนี้

ได้รับการพึ่งพา มจากแรงดันไฟจ่ายจะแสดงในรูป 2 (ข้อมูลวรรณกรรม)

ข้าว. 2.การพึ่งพากำไรจาก PMT

เกี่ยวกับความต่างศักย์ระหว่างไดโนดตามจำนวนไดโนด n= 10 และ σสูงสุด = 10

ที่ ค่าสูงกระแสฉับพลันที่เกิดขึ้นหรือมาก ค่าสัมประสิทธิ์ขนาดใหญ่ได้รับ มหรือความเข้มแสงวาบที่สูงมากนั้นเกิดจากอิทธิพลของประจุอวกาศซึ่งทำให้สนามในบริเวณขั้วบวกและไดโนดสุดท้าย (เส้นประ) บิดเบี้ยว . สำหรับโฟโตมัลติพลายเออร์บางตัว เอฟเฟกต์นี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนที่กระแสแอโนดที่ ~1 mA

ผลคูณของอัตราขยายของ PMT และค่าสัมประสิทธิ์การสะสมของไดโนดตัวแรกและความไวรวมของโฟโตแคโทดเรียกว่า ความไวทั่วไปพีเอ็มที.

แม้ว่าจะไม่มีฟลักซ์แสงตกบนโฟโตแคโทด PMT แต่กระแสบางส่วนที่เรียกว่ากระแสมืด ยังคงถูกตรวจพบที่เอาท์พุต PMT เหตุผลก็คือการปล่อยความร้อนจากพื้นผิวของโฟโตแคโทดและไดโนดตัวแรก การปล่อยความเย็นของอิเล็กตรอนในสนาม กัมมันตภาพรังสีของวัสดุที่ใช้สร้างโฟโตมัลติพลายเออร์ และเหตุผลอื่นๆ อีกหลายประการ

การทำงานของเครื่องตรวจจับความแวววาว

การประกอบเครื่องตรวจจับรังสีชนิดเรืองแสงวาบประกอบด้วยการเชื่อมต่ออย่างมีเหตุผลของรังสีชนิดเรืองแสงวาบและโฟโตมัลติพลายเออร์ ซึ่งจะให้อัตราส่วนสูงสุดของแอมพลิจูดของพัลส์ที่เกิดจากแหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสีและกระแสมืด ซึ่งเป็นความละเอียดที่ดีที่สุดของเครื่องตรวจจับทั้งในแอมพลิจูด และทันเวลา ตัวเรืองแสงวาบซึ่งโดยปกติจะมีรูปทรงทรงกระบอก ติดตั้งอยู่ด้านหน้าโฟโตแคโทดของตัวคูณ (ดูรูปที่ 1) เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงสำหรับตัวเรืองแสงวาบส่วนใหญ่ค่อนข้างสูง ส่วนสำคัญของแสงที่เกิดขึ้นในตัวเรืองแสงวาบจะเกิดการสะท้อนภายในทั้งหมดบนพื้นผิวของมัน ดังนั้น เพื่อให้แน่ใจว่ามีการสัมผัสทางแสงที่ดี (และเพื่อเพิ่มการสะสมของแสง) ชั้นบางๆ ของสารที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่า (ซิลิโคนหรือน้ำมันวาสลีน) จึงถูกนำมาใช้ระหว่างตัวเรืองแสงวาบและโฟโตแคโทด

รังสีกัมมันตภาพรังสีที่ตกลงบนตัวเรืองแสงวาบจะทำให้เกิดแสงวาบในนั้น - แวววาว ควอนตัมแสงที่กระทบโฟโตแคโทด PMT ทำให้โฟโตอิเล็กตรอนหลุดออกไป ซึ่งทำให้เกิดหิมะถล่ม ในขณะที่อิเล็กตรอนถล่มมาถึงขั้วบวก PMT พัลส์แรงดันไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นที่ความต้านทานโหลดเอาท์พุต

ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดมักจะถูกกำหนดโดยใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานไฟฟ้าแรงสูง ด้วยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับตัวแบ่ง อัตราขยายของ PMT สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้าง เมื่อแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวแบ่ง PMT เพิ่มขึ้น อัตราขยายจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เหตุผลนี้คือการเพิ่มขึ้นของค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยก๊าซทุติยภูมิ รวมถึงการปรับปรุงการโฟกัสเล็กน้อย

เมื่อวัดจำนวนอนุภาค พารามิเตอร์ที่สำคัญมากคือระบุลักษณะความน่าจะเป็นของการสร้างพัลส์ไฟฟ้าที่เอาต์พุตของเครื่องตรวจจับเมื่ออนุภาคกระทบกับเครื่องตรวจจับ พารามิเตอร์นี้เรียกว่า ประสิทธิภาพการลงทะเบียนตัวตรวจจับ h หมายถึง อัตราส่วนของจำนวนพัลส์ไฟฟ้าที่บันทึกที่เอาต์พุตของเครื่องตรวจจับต่อหน่วยเวลาต่อจำนวนอนุภาคที่เข้าสู่เครื่องตรวจจับในช่วงเวลาเดียวกัน . ประสิทธิภาพการตรวจจับขึ้นอยู่กับพลังงานและประเภทของรังสีที่กำลังศึกษา รวมถึงขนาดและประเภทของเครื่องตรวจจับ ข้อกำหนดหลักสำหรับเครื่องตรวจจับแบบเรืองแสงวาบ เช่นเดียวกับเครื่องตรวจจับทั้งหมดโดยทั่วไป คือประสิทธิภาพในการลงทะเบียนที่สูง ดังที่ทราบกันดีว่าภาพตัดขวางของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคและเอฟเฟกต์คอมป์ตันจะยิ่งสูงเท่านั้น ซีสาร

ข้อดีของเครื่องตรวจจับรังสีเรืองแสงวาบก็คือประสิทธิภาพการตรวจจับรังสีไอออไนซ์ทางอ้อม (รังสี g, การฉายรังสีเอกซ์) ขอบคุณมาก ซีตัวเรืองแสงวาบเป็นลำดับความสำคัญที่สูงกว่าประสิทธิภาพการบันทึกของตัวนับปล่อยก๊าซ เอกสารระบุว่าในกรณีของการแผ่รังสี γ สำหรับผลึก NaJ(Tl) ขนาดเล็ก จะมีค่าประมาณ 17%

ข้อกำหนดหลักประการหนึ่งสำหรับเครื่องตรวจจับคือระดับต่ำ เวลา สิทธิ์(จะกำหนดช่วงเวลาขั้นต่ำระหว่างอนุภาคสองตัวติดต่อกันที่เครื่องตรวจจับสามารถตรวจจับแยกกันได้) ในเครื่องตรวจจับการเรืองแสงวาบ เมื่อใช้คริสตัลอนินทรีย์ ระยะเวลาการส่องสว่างค่อนข้างยาวและมีค่าเท่ากับหนึ่งในสิบของไมโครวินาทีหรือมากกว่านั้น คุณสมบัติทางเวลาของโฟโตมัลติพลายเออร์แทบไม่มีบทบาทใดๆ เลย และเวลาการแก้ปัญหาของเครื่องตรวจจับการเรืองแสงวาบทั้งหมด จะถูกกำหนดโดยเวลาการส่องสว่างของคริสตัล . เมื่อทำงานกับสารเรืองแสงวาบชนิดอินทรีย์ (และโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับสารละลายของเหลวและของแข็ง) ซึ่งระยะเวลาในการเปิดรับแสงสั้นมาก ระยะเวลาในการแก้ปัญหาของตัวคูณด้วยแสงอาจกลายเป็นว่าเทียบเคียงได้กับเวลาการเปิดรับแสงของรังสีเรืองแสงวาบ และควรนำมาพิจารณาเมื่อทำการคำนวณ ความละเอียดเวลาของเครื่องตรวจจับ

ข้อดีของเครื่องตรวจจับรังสีชนิดเรืองแสงวาบคือเวลาในการแก้ปัญหานั้นมีขนาดที่สั้นกว่าเวลาในการแก้ปัญหาของเครื่องตรวจจับการปล่อยก๊าซหลายลำดับ การใช้เครื่องตรวจจับการเรืองแสงวาบในรูปแบบความบังเอิญที่มีความละเอียดสูงได้เปิดมุมมองใหม่ในการศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นพร้อมกันประเภทต่างๆ

นอกจากนี้ ควรสังเกตว่าเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยก๊าซทุติยภูมิไม่ได้ขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนที่ตกกระทบ PMT จึงเป็น อุปกรณ์เชิงเส้นกล่าวคือ ประจุบนขั้วบวกเป็นสัดส่วนกับจำนวนโฟโตอิเล็กตรอนปฐมภูมิ และความเข้มของแสงวาบที่กระทบขั้วลบตามลำดับ และเนื่องจากโดยปกติแล้วพลังงานที่สูญเสียไปโดยอนุภาคในคริสตัลจะเป็นสัดส่วนกับความเข้มของแสงวาบ แอมพลิจูดของพัลส์ที่เอาท์พุต PMT จึงเป็นสัดส่วนกับพลังงานที่สูญเสียไปของอนุภาค ทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์ต่างๆ โดยใช้เครื่องตรวจจับประกายไฟเพื่อตรวจวัดพลังงานของรังสีกัมมันตภาพรังสี ซึ่งเป็นไปไม่ได้เมื่อใช้เครื่องนับไกเกอร์ และเฉพาะเมื่อพัลส์ที่เอาต์พุต PMT มีขนาดใหญ่เพียงพอเท่านั้นจึงจะสามารถรบกวนความเป็นเชิงเส้นตามที่กล่าวไว้ข้างต้น เนื่องจากการบิดเบือนของสนามโดยประจุอวกาศในบริเวณขั้วบวกและไดโนดตัวสุดท้าย

จุดสำคัญก่อนเริ่มการวัดคือการเลือกแรงดันไฟฟ้า PMT ที่ถูกต้อง . ใน การวัดด้วยเรดิโอเมตริกเมื่อมีการนับพัลส์ ลักษณะการนับมักใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ , กล่าวคือ การขึ้นต่อกันของอัตราการนับพัลส์ที่เอาต์พุตของตัวตรวจจับ nจากแรงดันไฟจ่าย PMT ยู(รูปที่ 3)

ดังที่เห็นได้จากรูป 3 ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ยูขนาด nเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงคงที่ . นี่คือคำอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าด้วยค่าที่น้อย ยู PMT มีมูลค่าเพิ่มขึ้น มยังไม่เพียงพอ เป็นผลให้แอมพลิจูดของพัลส์ที่เอาต์พุต PMT มีขนาดไม่มีนัยสำคัญและอาจต่ำกว่าเกณฑ์ความไวของอุปกรณ์บันทึก ในกรณีนี้พัลส์จะไม่ถูกลงทะเบียน ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ยูได้รับเพิ่มขึ้น มและแอมพลิจูดของพัลส์จะเพิ่มขึ้นมากจนเกินเกณฑ์ความไวของอุปกรณ์บันทึก ในขณะนี้ การนับพัลส์เริ่มต้นจากเครื่องคำนวณใหม่ .

ข้าว. 3.ลักษณะการนับ

เพิ่มขึ้นอีกด้วย ยูสัดส่วนของพัลส์ที่มากขึ้นก็จะมีแอมพลิจูดเกินเกณฑ์ความไวซึ่งจะทำให้อัตราการนับเพิ่มขึ้นมากยิ่งขึ้น n.

แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอีกอาจทำให้อัตราการนับพัลส์กลายเป็น nจะกลายเป็นเกือบคงที่และจะไม่ขึ้นอยู่กับมูลค่า ยูเนื่องจากแอมพลิจูดของพัลส์เกือบทั้งหมดที่มาจากเครื่องตรวจจับเกินเกณฑ์ความไว และพัลส์เกือบทั้งหมดได้รับการบันทึก

ที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก ยูอัตราการนับ nสามารถเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากแอมพลิจูดของพัลส์เสียง PMT ก็มีขนาดใหญ่มากเช่นกัน

เน้นในรูป. 3 บริเวณที่ราบสูงซึ่งมีคุณค่า nขึ้นอยู่กับแรงดันไฟจ่ายเล็กน้อย ยูใช้สำหรับเลือกแรงดันไฟฟ้า โดยปกติแล้วแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานจะถูกเลือกไว้ตรงกลางที่ราบสูง

เกณฑ์สำหรับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่เหมาะสมที่สุด สเปกโตรเมตริก การวัดมีความละเอียดของพลังงานสูง เป็นที่ทราบกันดีว่ายิ่งได้รับ PMT มากเท่าใด ความละเอียดของพลังงานของเครื่องตรวจจับก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น มกล่าวคือยิ่งแรงดันไฟฟ้าจ่ายมากขึ้น ยู.

การลงทะเบียนก-ควอนต้า

เครื่องตรวจจับความแวววาว

เมื่อทำงานร่วมกับเครื่องตรวจจับแสงวาบที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาทางกายภาพโดยเฉพาะ ควรคำนึงถึงสถานการณ์เฉพาะที่สำคัญมากประการหนึ่ง: เนื่องจากคุณสมบัติของรังสีที่จะบันทึกในกรณีใดกรณีหนึ่งอาจแตกต่างกันอย่างมากจึงต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับ การเลือกอย่างมีเหตุผลของตัวเรืองแสงวาบ คุณสมบัติเฉพาะซึ่งควรเหมาะสมกับงานที่ทำอยู่มากที่สุด โดยปกติจะไม่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับตัวคูณด้วยแสงที่เกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะของรังสีที่บันทึกเอง

เมื่อลงทะเบียนรังสี g ทางเลือกของรังสีเรืองแสงวาบจะถูกกำหนดโดยข้อกำหนดของประสิทธิภาพสูง เนื่องจากรังสี g ทะลุผ่านรังสี สำหรับลำแสงเดี่ยวที่มีพลังงานเดี่ยวขนานแคบของรังสีเอกซ์ที่ตกกระทบตามปกติบนตัวเรืองแสงวาบที่มีความหนา เอ็กซ์ประสิทธิภาพการลงทะเบียน η หมายถึงอัตราส่วนของจำนวนอนุภาคที่ลงทะเบียนต่อจำนวนอนุภาคที่ตกกระทบบนเครื่องตรวจจับ:

โดยที่ t คือสัมประสิทธิ์การดูดซับของ g-quanta ในสารเรืองแสงวาบ ขึ้นอยู่กับพลังงานการแผ่รังสีและประจุที่มีประสิทธิผลโดยเฉลี่ยของสารเรืองแสงวาบ ซี.

เมื่อ t เพิ่มขึ้น ค่าของ t (และด้วยเหตุนี้ η) จะลดลง ด้วยมูลค่าที่เพิ่มขึ้น ซีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของ g-quanta t (และดังนั้น ประสิทธิภาพการลงทะเบียน η ) การเจริญเติบโต ดังนั้น เครื่องตรวจจับรังสีแกมมาจึงใช้ผลึกอนินทรีย์ที่มีเลขอะตอมสูงเป็นหลักในการตรวจจับรังสีแกมมา ซี .

ส่วนทดลอง

ขั้นตอนการดำเนินการทดลอง

ในรูป รูปที่ 4 แสดงแผนภาพการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีของไอโซโทป Cs-137 ที่ใช้ในห้องปฏิบัติการนี้

รูปที่ 4.แผนภาพแสดงการสลายกัมมันตภาพรังสีของไอโซโทป Cs-137

แอมพลิจูดสเปกตรัมที่วัดระหว่างการทดลองโดยใช้ไอโซโทป Cs-137 มีรูปแบบที่แสดงในรูปที่ 1 5.

หากเลือกโหมดการทำงานของสเปกโตรมิเตอร์ไม่ถูกต้อง รูปร่างของสเปกตรัมเหล่านี้อาจบิดเบี้ยวได้อย่างมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกระดับพลังงาน PMT อย่างระมัดระวัง ยู, อัตราขยายของเครื่องขยายเสียง เคเกณฑ์บนและล่างของตัวแบ่งแยก TLD และ DNU

เมื่อแรงดันไฟจ่าย PMT เปลี่ยนแปลง ยูกำไรของมันเปลี่ยนแปลงไป ม. เป็นผลให้แอมพลิจูดของสัญญาณเอาท์พุตเปลี่ยนไป กและด้วยเหตุนี้ตำแหน่งของค่าสูงสุดของค่าการดูดกลืนแสงทั้งหมด ดังนั้นเพื่อศึกษาการพึ่งพาแอมพลิจูดของพัลส์ที่เอาต์พุตของเครื่องตรวจจับ กค่าของแรงดันไฟจ่าย PMT สามารถลดลงได้เพื่อศึกษาการขึ้นต่อกันของตำแหน่งสูงสุดของยอดการดูดกลืนแสงรวมกับค่าของแรงดันไฟจ่าย

ข้าว. 5.สเปกตรัมแอมพลิจูดของพัลส์ที่เอาต์พุตของตัวตรวจจับ

เปิดคอมพิวเตอร์. เปิดหน่วยสเปกโตรมิเตอร์ เปิดโปรแกรมสเปกตรัม

หลังจากลงทะเบียนแล้ว ให้เข้าสู่โหมดสเปกโตรมิเตอร์และตั้งค่าโหมดการทำงานบนแผงควบคุม

ตั้งเวลาสะสมคลื่นความถี่ ที= 150 วิ รวบรวมสเปกตรัมแอมพลิจูดของพัลส์เอาต์พุตที่ค่าต่าง ๆ ของแรงดันไฟฟ้า PMT

เขียนสเปกตรัมลงในไฟล์

ผลการวัดจะถูกบันทึกลงในดิสก์ D เส้นทางที่คุณสามารถค้นหาข้อมูลที่บันทึกไว้มีดังนี้ : ดิสก์ D® โฟลเดอร์ "หลักสูตรที่ 3"® โฟลเดอร์ "ข้อมูล"® โฟลเดอร์ "นักเรียน"® โฟลเดอร์ที่มีชื่อของนักเรียน® หมายเลขงานห้องปฏิบัติการ® หมายเลขงาน® หมายเลขสเปกตรัม

กำลังประมวลผลผลลัพธ์

การศึกษาการพึ่งพาแอมพลิจูด

พัลส์เอาต์พุตของเครื่องตรวจจับ

แรงดันไฟจ่าย PMT

ภารกิจที่ 1 ป้อนไฟล์ข้อมูลด้วยสเปกตรัมลงใน Mathcad ส 001–ส 010. ตั้งชื่อให้กับตัวแปรเวกเตอร์ที่อธิบายสเปกตรัม กำหนดหมายเลขช่องสัญญาณเป็นตัวแปรจัดอันดับ เคเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ 0 ถึง 1,023 สร้างสเปกตรัมแอมพลิจูด

ภารกิจที่ 2 ระบุยอดการดูดกลืนแสงทั้งหมดในสเปกตรัมที่ได้รับ ใช้การดำเนินการติดตาม ทำการประมาณคร่าวๆ สำหรับตำแหน่งสูงสุดของจุดสูงสุดของการดูดกลืนแสงทั้งหมดตามขนาดแอมพลิจูด การกระจายตัว ขอบเขตด้านซ้ายและด้านขวาของจุดสูงสุด ประมาณพื้นที่ใต้ยอดเขา

ภารกิจที่ 3 ประมาณค่าพีคของการดูดกลืนแสงทั้งหมดด้วยฟังก์ชันเกาส์เซียน ค้นหาค่าที่แน่นอนของหมายเลขช่องที่สอดคล้องกับตำแหน่งสูงสุดของยอดการดูดกลืนแสงทั้งหมด

ภารกิจที่ 4 สร้างการพึ่งพาค่าของแรงดันไฟฟ้า PMT ยู(ดูรูปที่ 6); อธิบายการพึ่งพาแรงดันไฟฟ้า เปรียบเทียบกับข้อมูลวรรณกรรม เลือกแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของโฟโตมัลติพลายเออร์เพื่อดำเนินการต่อไป

ข้าว. 6.การขึ้นอยู่กับตำแหน่งสูงสุดของจุดสูงสุดของการดูดกลืนแสงทั้งหมด เค 0

ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย ยู

คำนิยามประสิทธิภาพการลงทะเบียนของเครื่องตรวจจับรังสีγ

ภารกิจที่ 5 การใช้สเปกตรัมที่วัดได้ เช่น ที่ระดับพลังงาน PMT ยู= 550 V และได้รับ เค= 1 คำนวณพื้นที่ใต้สเปกตรัมทั้งหมด รและค้นหาจำนวนพัลส์ที่เครื่องตรวจจับลงทะเบียนใน 1 วินาที: n = ป/150.

ภารกิจที่ 6 การรู้กิจกรรมของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี Cs-137 ที่ใช้กำหนดประสิทธิภาพของการบันทึกรังสี Cs-137 γ:

โดยที่จำนวนรังสี γ ตกกระทบบนพื้นผิวของรังสีเรืองแสงวาบใน 1 วินาทีคือที่ไหน

มีการใช้หมายเลข 0.85 เพื่อแก้ไขรูปแบบการสลายตัว (ดูรูปแบบการสลายตัวที่แสดงในรูปที่ 5) – กิจกรรมของแหล่งกัมมันตภาพรังสี = 120 กิโลไบต์ โอห์ม – มุมทึบสัมพัทธ์ที่เครื่องตรวจจับถูกฉายรังสีจากแหล่งกำเนิด มุมนี้ขึ้นอยู่กับรัศมีของตัวเรืองแสงวาบ สและระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดกับตัวเรืองแสงวาบ ชม.

.

ประเมินผลลัพธ์ที่ได้รับ เปรียบเทียบกับข้อมูลวรรณกรรม

การกำหนดประสิทธิภาพของภาพถ่ายและการลงทะเบียน

ภารกิจที่ 7 ระบุจุดสูงสุดของการดูดซึมทั้งหมด สเปกตรัมแอมพลิจูดใช้ในภารกิจที่ 5 คำนวณพื้นที่ กำหนดโฟโตพาร์ทเป็นอัตราส่วนของพื้นที่ใต้โฟโตพีคต่อพื้นที่ภายใต้สเปกตรัมทั้งหมด ร(ความหมาย รรับจากภารกิจที่ 5)

ภารกิจที่ 8 พิจารณาประสิทธิภาพแสงของการลงทะเบียนรังสีγเป็นผลคูณของประสิทธิภาพการลงทะเบียนคูณด้วยโฟโตพาร์ท:

.

คำถามควบคุม

1. อธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นในเครื่องเรืองแสงวาบ และแสดงรายการพารามิเตอร์หลักของเครื่องเรืองแสงวาบ

2. สองอันไหน? ปรากฏการณ์ทางกายภาพขึ้นอยู่กับการทำงานของหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์?

3. แสดงรายการพารามิเตอร์หลักของตัวคูณโฟโตอิเล็กทริค

4. ประสิทธิภาพการลงทะเบียนของเครื่องตรวจจับเป็นเท่าใด? พารามิเตอร์ของเครื่องตรวจจับและการแผ่รังสีขึ้นอยู่กับอะไร? การแยกแสงและประสิทธิภาพของแสงคืออะไร?

5. อธิบายคุณลักษณะของการลงทะเบียนรังสีγ

- หลักการทำงานของเครื่องนับแสงแวววาว

- ซินทิลเลเตอร์

- หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์

- การออกแบบเคาน์เตอร์แวววาว

- คุณสมบัติของเคาน์เตอร์เรืองแสง

- ตัวอย่างการใช้เครื่องนับประกายแวววาว

- รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

เคาน์เตอร์แวววาว

วิธีการตรวจจับอนุภาคมีประจุโดยการนับแสงวูบวาบที่เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคเหล่านี้ชนกับตะแกรงซิงค์ซัลไฟด์ (ZnS) เป็นหนึ่งในวิธีแรกๆ ในการตรวจจับรังสีนิวเคลียร์

ย้อนกลับไปในปี 1903 Crookes และคนอื่นๆ แสดงให้เห็นว่าหากตรวจสอบตะแกรงสังกะสีซัลไฟด์ที่ถูกฉายรังสีด้วยอนุภาค a ผ่านแว่นขยายในห้องมืด เราจะสังเกตเห็นลักษณะของแสงวูบวาบในระยะสั้นแต่ละครั้ง ซึ่งก็คือแสงแวววาว พบว่าแต่ละแสงแวววาวเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยอนุภาคที่แยกจากกันซึ่งกระทบกับหน้าจอ Crookes ได้สร้างอุปกรณ์ง่ายๆ ที่เรียกว่า Crookes spinthariscope ซึ่งออกแบบมาเพื่อนับอนุภาค

ต่อมาวิธีการเรืองแสงวาบด้วยการมองเห็นถูกนำมาใช้เพื่อตรวจจับอนุภาค a และโปรตอนที่มีพลังงานหลายล้านอิเล็กตรอนโวลต์เป็นหลัก ไม่สามารถตรวจจับอิเล็กตรอนเร็วแต่ละตัวได้ เนื่องจากพวกมันทำให้เกิดการแวววาวที่อ่อนมาก บางครั้ง เมื่อตะแกรงซิงค์ซัลไฟด์ถูกฉายรังสีด้วยอิเล็กตรอน ก็เป็นไปได้ที่จะสังเกตการกะพริบ แต่สิ่งนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีอิเล็กตรอนจำนวนมากเพียงพอกระทบกับผลึกซิงค์ซัลไฟด์เดียวกันพร้อมกัน

รังสีแกมมาไม่ทำให้เกิดแสงวาบบนหน้าจอ ทำให้เกิดเพียงแสงทั่วไปเท่านั้น ทำให้สามารถตรวจจับอนุภาค a เมื่อมีรังสี g รุนแรงได้

วิธีการฉายแสงแวววาวทำให้สามารถบันทึกภาพได้มาก จำนวนน้อยอนุภาคต่อหน่วยเวลา เงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการนับประกายแวววาวจะได้มาเมื่อตัวเลขอยู่ระหว่าง 20 ถึง 40 ต่อนาที แน่นอนว่าวิธีการส่องแสงแวววาวนั้นขึ้นอยู่กับแต่ละบุคคล และผลลัพธ์จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติส่วนบุคคลของผู้ทดลองในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่ง

แม้จะมีข้อบกพร่อง แต่วิธีการส่องแสงแวววาวก็มีบทบาทอย่างมากในการพัฒนาฟิสิกส์นิวเคลียร์และอะตอม ด้วยความช่วยเหลือของมัน Rutherford บันทึกอนุภาค a ขณะที่พวกมันกระจัดกระจายไปตามอะตอม การทดลองเหล่านี้เองที่ทำให้รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบนิวเคลียส นับเป็นครั้งแรกที่วิธีการมองเห็นทำให้สามารถตรวจจับโปรตอนเร็วที่ถูกกระแทกออกจากนิวเคลียสไนโตรเจนเมื่อถูกอนุภาค a โจมตี เช่น การแยกตัวของนิวเคลียร์ประดิษฐ์ครั้งแรก

วิธีการส่องประกายแวววาวก็มี ความสำคัญอย่างยิ่งจนถึงวัยสามสิบเมื่อการมาถึงของวิธีการใหม่ในการบันทึกรังสีนิวเคลียร์ทำให้เขาถูกลืมไประยะหนึ่ง วิธีการลงทะเบียนแวววาวได้รับการฟื้นฟูอีกครั้งในช่วงปลายทศวรรษที่สี่สิบของศตวรรษที่ 20 บนพื้นฐานใหม่ มาถึงตอนนี้ หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (PMT) ได้รับการพัฒนาขึ้นซึ่งทำให้สามารถตรวจจับแสงวาบที่อ่อนมากได้ ตัวนับประกายแวววาวได้ถูกสร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือซึ่งคุณสามารถเพิ่มอัตราการนับได้ 10 8 หรือมากกว่านั้นเมื่อเทียบกับวิธีการมองเห็น และยังเป็นไปได้ที่จะบันทึกและวิเคราะห์พลังงานของทั้งอนุภาคที่มีประจุ นิวตรอน และ รังสีเอกซ์

§ 1. หลักการทำงานของเครื่องนับแสงแวววาว

ตัวนับการเรืองแสงวาบคือการรวมกันของสารเรืองแสงวาบ (ฟอสฟอรัส) และหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (PMT) ตัวนับยังมีแหล่งจ่ายไฟสำหรับตัวคูณด้วยแสงและอุปกรณ์วิทยุที่ให้การขยายและการลงทะเบียนพัลส์ด้วยตัวคูณด้วยแสง บางครั้งการรวมกันของฟอสฟอรัสกับ PMT ก็ทำได้ด้วยวิธีพิเศษ ระบบออปติคัล(คู่มือแสง)

หลักการทำงานของตัวนับเรืองแสงวาบมีดังนี้ อนุภาคที่มีประจุเข้าสู่ตัวเรืองแสงวาบจะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนและการกระตุ้นโมเลกุลของมัน ซึ่งหลังจากช่วงเวลาอันสั้นมาก (10 -6 - 10 -9 วินาที ) เปลี่ยนเป็นสถานะเสถียรปล่อยโฟตอนออกมา เกิดแสงวาบ (แวววาว) โฟตอนบางส่วนชนโฟโตแคโทดของโฟโตมัลติพลายเออร์และทำให้โฟโตอิเล็กตรอนหลุดออกมา หลังภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับโฟโตมัลติพลายเออร์จะถูกโฟกัสและมุ่งตรงไปยังอิเล็กโทรดตัวแรก (ไดโนด) ของตัวคูณอิเล็กตรอน นอกจากนี้ ผลจากการปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ จำนวนอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นเหมือนหิมะถล่ม และพัลส์แรงดันไฟฟ้าปรากฏขึ้นที่เอาท์พุตของโฟโตมัลติพลายเออร์ ซึ่งจากนั้นจะถูกขยายและบันทึกโดยอุปกรณ์วิทยุ

แอมพลิจูดและระยะเวลาของพัลส์เอาท์พุตถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของทั้งตัวเรืองแสงวาบและตัวคูณแสง

ต่อไปนี้ใช้เป็นฟอสฟอรัส:

คริสตัลอินทรีย์,

ตัวเรืองแสงวาบอินทรีย์เหลว

ตัวเรืองแสงที่เป็นพลาสติกแข็ง,

เครื่องกำเนิดก๊าซเรืองแสง

ลักษณะสำคัญของรังสีเรืองแสงวาบคือ: แสงที่ปล่อยออกมา องค์ประกอบสเปกตรัมของการแผ่รังสี และระยะเวลาของการเรืองแสงวาบ

เมื่ออนุภาคมีประจุผ่านเครื่องเรืองแสงวาบ จะมีโฟตอนจำนวนหนึ่งที่มีพลังงานอย่างใดอย่างหนึ่งปรากฏขึ้น โฟตอนเหล่านี้บางส่วนจะถูกดูดซับในปริมาตรของตัวเรืองแสงวาบเอง และโฟตอนอื่นๆ ที่มีพลังงานน้อยกว่าเล็กน้อยจะถูกปล่อยออกมาแทน จากผลของกระบวนการดูดซับกลับ โฟตอนจะออกมา ซึ่งเป็นสเปกตรัมซึ่งเป็นลักษณะของตัวเรืองแสงวาบที่กำหนด

ประสิทธิภาพแสงที่ส่งออกหรือการแปลงของรังสีชนิดเรืองแสงวาบ c คืออัตราส่วนของพลังงานแสงวาบ , ออกมาเป็นปริมาณพลังงาน อีอนุภาคที่มีประจุหายไปในเครื่องเรืองแสงวาบ
ที่ไหน - จำนวนโฟตอนที่ออกมาโดยเฉลี่ย - พลังงานโฟตอนเฉลี่ย ตัวเรืองแสงวาบแต่ละตัวไม่ปล่อยควอนตัมที่มีพลังงานเดี่ยวออกมา แต่เป็นคุณลักษณะสเปกตรัมต่อเนื่องของตัวเรืองแสงวาบนี้

เป็นสิ่งสำคัญมากที่สเปกตรัมของโฟตอนที่โผล่ออกมาจากตัวเรืองแสงวาบเกิดขึ้นพร้อมกันหรืออย่างน้อยก็ซ้อนทับบางส่วนกับคุณลักษณะทางสเปกตรัมของตัวคูณแสง

ระดับของการทับซ้อนของสเปกตรัมแสงวาบภายนอกกับคุณลักษณะสเปกตรัม ของตัวคูณแสงที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยสัมประสิทธิ์การจับคู่ โดยที่สเปกตรัมภายนอกของรังสีเรืองแสงวาบหรือสเปกตรัมของโฟตอนที่โผล่ออกมาจากรังสีเรืองแสงวาบ ในทางปฏิบัติ เมื่อทำการเปรียบเทียบตัวเรืองแสงวาบรวมกับข้อมูล PMT จะมีการนำแนวคิดของประสิทธิภาพการเรืองแสงวาบมาใช้ ซึ่งถูกกำหนดโดยนิพจน์ต่อไปนี้:

ที่ไหน ฉัน 0 - ค่าสูงสุดของความเข้มของการเรืองแสงวาบ; ที 0 - ค่าคงที่เวลาการสลายตัว ซึ่งกำหนดเป็นเวลาในระหว่างที่ความเข้มของการเรืองแสงวาบลดลง จครั้งหนึ่ง.

จำนวนโฟตอนของแสง n , ปล่อยออกมาในช่วงเวลา ทีหลังจากชนอนุภาคที่ตรวจพบจะแสดงเป็นสูตร

โดยที่คือจำนวนโฟตอนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการเรืองแสงวาบ

กระบวนการเรืองแสง (luminescence) ของฟอสฟอรัสแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ สารเรืองแสง และสารเรืองแสง หากการเรืองแสงเกิดขึ้นโดยตรงระหว่างการกระตุ้นหรือในช่วงเวลาประมาณ 10 -8 วินาที,กระบวนการนี้เรียกว่าการเรืองแสง ช่วง 10 -8 วินาทีถูกเลือกเพราะมันมีขนาดเท่ากันตามอายุการใช้งานของอะตอมในสภาวะตื่นเต้นสำหรับสิ่งที่เรียกว่าการเปลี่ยนผ่านที่อนุญาต

แม้ว่าสเปกตรัมและระยะเวลาของการเรืองแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับประเภทของการกระตุ้น แต่ผลผลิตของฟลูออเรสเซนซ์ก็ขึ้นอยู่กับมันอย่างมาก ดังนั้น เมื่อคริสตัลถูกกระตุ้นด้วยอนุภาค a ปริมาณการเรืองแสงจึงแทบจะน้อยกว่าในระหว่างการกระตุ้นด้วยแสง

เรืองแสงหมายถึงการเรืองแสงที่ดำเนินต่อไปเป็นเวลานานหลังจากการหยุดการกระตุ้น แต่ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเรืองแสงและเรืองแสงไม่ใช่ระยะเวลาของแสงระเรื่อ ฟอสฟอรัสของคริสตัลฟอสเฟอร์เกิดขึ้นระหว่างการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนและรูที่สร้างขึ้นระหว่างการกระตุ้น ในผลึกบางชนิด แสงระเรื่ออาจล่าช้าเนื่องจากอิเล็กตรอนและรูถูกจับใน "กับดัก" ซึ่งสามารถปล่อยออกมาได้หลังจากได้รับพลังงานที่จำเป็นเพิ่มเติมเท่านั้น ดังนั้นการขึ้นอยู่กับระยะเวลาของฟอสฟอรัสกับอุณหภูมิจึงชัดเจน ในกรณีของโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน การเรืองแสงมีความเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของพวกมันในสถานะที่แพร่กระจายได้ ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงจากสถานะพื้นดินอาจต่ำ และในกรณีนี้จะสังเกตการขึ้นอยู่กับอัตราการสลายตัวของฟอสฟอรัสต่ออุณหภูมิ

ตัวนับการเรืองแสงวาบคือการรวมกันของสารเรืองแสงวาบ (ฟอสฟอรัส) และหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (PMT) ตัวนับยังมีแหล่งจ่ายไฟสำหรับตัวคูณด้วยแสงและอุปกรณ์วิทยุที่ให้การขยายและการลงทะเบียนพัลส์ด้วยตัวคูณด้วยแสง บางครั้งการรวมกันของฟอสฟอรัสกับโฟโตมัลติพลายเออร์ทำได้ผ่านระบบออพติคอลพิเศษ (ตัวนำแสง) หลักการทำงานของตัวนับประกายแวววาวมีดังนี้: อนุภาคที่มีประจุผ่านตัวเรืองแสงวาบพร้อมกับการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมและโมเลกุลจะกระตุ้นพวกมัน เมื่อกลับสู่สถานะไม่ตื่นเต้น (พื้นดิน) อะตอมจะปล่อยโฟตอนออกมา . แสงที่ปล่อยออกมาจะถูกรวบรวมไปยังเครื่องตรวจจับแสง (ในช่วงสเปกตรัมของตัวเรืองแสงวาบ) อย่างหลังมักเป็นหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (PMT) หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์เป็นทรงกระบอกแก้ว อพยพออกไปจนมีความดันตกค้างไม่เกิน 10-6 มม. ปรอท ศิลปะ. ในตอนท้ายจะมีหน้าต่างแบนโปร่งใสบนพื้นผิวซึ่งชั้นบาง ๆ ของสารที่มีฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนต่ำ (โฟโตแคโทด) จะถูกนำไปใช้ที่ด้านข้างของปริมาตรการอพยพซึ่งโดยปกติจะขึ้นอยู่กับ พลวงและซีเซียม ถัดไปในพื้นที่อพยพจะมีอิเล็กโทรดจำนวนหนึ่ง - ไดโนดซึ่งมีการจ่ายความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟ ไดโนด PMT ทำมาจากสารที่มีฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนต่ำ เมื่อถูกโจมตีด้วยอิเล็กตรอน พวกมันสามารถปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิในปริมาณที่มากกว่าจำนวนปฐมภูมิหลายเท่า ไดโนดสุดท้ายคือ PMT แอโนด พารามิเตอร์หลักของ PMT คืออัตราขยายในโหมดจ่ายไฟบางโหมด โดยทั่วไปแล้ว โฟโตมัลติพลายเออร์ประกอบด้วยไดโนดตั้งแต่เก้าตัวขึ้นไป และการขยายกระแสหลักจะสูงถึง 10 5 – 10 10 เท่าสำหรับตัวคูณต่างๆ ซึ่งทำให้สามารถรับสัญญาณไฟฟ้าที่มีแอมพลิจูดตั้งแต่โวลต์ถึงสิบโวลต์

ข้าว. 1.9. บล็อกไดอะแกรมของตัวนับประกายแวววาว

โฟตอนชนโฟโตแคโทด PMT ทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมาอันเป็นผลมาจากโฟโตอิเล็กทริค , เป็นผลให้พัลส์ไฟฟ้าปรากฏที่ขั้วบวกของโฟโตมัลติพลายเออร์ ซึ่งถูกขยายเพิ่มเติมโดยระบบไดโนดเนื่องจากกลไกการปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ สัญญาณกระแสแอโนดของ PMT - ผ่านเครื่องขยายเสียงหรือโดยตรง - จะถูกป้อนไปยังอินพุตของอุปกรณ์ตรวจวัด - ตัวนับพัลส์, ออสซิลโลสโคป, ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล ฯลฯ แอมพลิจูดและระยะเวลาของพัลส์เอาท์พุตถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของทั้งตัวเรืองแสงวาบและตัวคูณแสง

ในหลายกรณี มีการสังเกตพัลส์จำนวนมาก (โดยปกติจะมีแอมพลิจูดขนาดเล็ก) ที่เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการตรวจจับอนุภาคนิวเคลียร์ กล่าวคือ พัลส์ของเสียงรบกวนในตัวเองของโฟโตมัลติพลายเออร์และตัวเร่ง เพื่อกำจัดเสียงรบกวนระหว่างแอมพลิฟายเออร์และตัวนับพัลส์ ตัวแบ่งแอมพลิจูดแบบอินทิกรัลจะเปิดขึ้น โดยส่งผ่านเฉพาะพัลส์ที่มีแอมพลิจูดมากกว่าค่าแรงดันเกณฑ์ที่กำหนด การตรวจจับอนุภาคที่เป็นกลาง (นิวตรอน γ-ควอนตา) เกิดขึ้นผ่านอนุภาคที่มีประจุทุติยภูมิที่เกิดขึ้นระหว่างอันตรกิริยาของนิวตรอนและ γ-ควอนตากับอะตอมของรังสีชนิดเรืองแสงวาบ

ข้อดีของเครื่องนับการเรืองแสงวาบ: ประสิทธิภาพสูงในการลงทะเบียนอนุภาคต่างๆ ผลงาน; ความเป็นไปได้ในการผลิตตัวเรืองแสงวาบ ขนาดที่แตกต่างกันและการกำหนดค่า ความน่าเชื่อถือสูงและต้นทุนค่อนข้างต่ำ เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ ตัวนับการเรืองแสงวาบจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิสิกส์นิวเคลียร์ (ตัวอย่างเช่น สำหรับการวัดอายุการใช้งานของสถานะตื่นเต้นของนิวเคลียส การวัดภาคตัดขวางของฟิชชัน การบันทึกชิ้นส่วนฟิชชันด้วยตัวนับการเรืองแสงวาบของแก๊ส) ฟิสิกส์ อนุภาคมูลฐานและรังสีคอสมิก (เช่น การทดลองการตรวจจับนิวตริโน) , ในอุตสาหกรรม (การตรวจจับข้อบกพร่องของแกมมา การตรวจติดตามรังสี) การวัดปริมาณรังสี (การวัดฟลักซ์รังสีγที่ปล่อยออกมาจากมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ) การวัดด้วยรังสี , ธรณีวิทยา การแพทย์ ฯลฯ ข้อเสียของตัวนับการเรืองแสงวาบ: ความไวต่ำต่ออนุภาคพลังงานต่ำ (1 เควี), ความละเอียดพลังงานต่ำ . ฟอสเฟอร์เกือบทั้งหมดเหมาะสำหรับการบันทึกอนุภาคที่มีประจุด้วยตัวนับการเรืองแสงวาบ ฟอสเฟอร์ที่เป็นของแข็ง เช่น ผลึกเดี่ยวหรือพลาสติกอินทรีย์จะสะดวกกว่า ปัญหาหลักที่เกิดขึ้นเมื่อลงทะเบียนอนุภาคที่มีประจุและโดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคที่มีน้ำหนักมากคือการทำให้มั่นใจว่าอนุภาคจะเข้าสู่ฟอสฟอรัส

ฟอสฟอรัสมักจะบรรจุในภาชนะโลหะ ผนังที่อาจไม่อนุญาตให้อนุภาคทะลุผ่านได้ ดังนั้น อนุภาคหนักมักจะถูกบันทึกด้วยเครื่องตรวจจับที่ง่ายกว่า เช่น ห้องไอออไนซ์หรือเครื่องนับสัดส่วน อิเล็กตรอนจะถูกบันทึกด้วยตัวนับการเรืองแสงวาบในกรณีที่ต้องใช้เวลาในการแยกสารที่ดี ฟอสเฟอร์หลักมักเป็นผลึกเดี่ยวอินทรีย์ของแอนทราซีน สติลบีน หรือพลาสติก ประสิทธิภาพในการตรวจจับอนุภาคที่มีประจุด้วยตัวนับการเรืองแสงวาบอยู่ใกล้ 100% ตัวนับการเรืองแสงวาบถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการบันทึกรังสี γ นอกจากจะมีเวลาในการแยกค่าที่ดีแล้ว อุปกรณ์ตรวจวัดดังกล่าวยังมีประสิทธิภาพสำหรับรังสี γ สูงกว่าเครื่องนับ Geiger-Müller มาก ในบางกรณี สามารถตรวจสอบการแผ่รังสี γ ได้เกือบ 100% ประสิทธิภาพของเครื่องนับรังสีแกมมาจะขึ้นอยู่กับวัสดุและความหนาของฟอสฟอรัส ปฏิสัมพันธ์ของ γ-ควอนต้ากับสสารฟอสฟอรัสถูกกำหนดโดยความหนาแน่นของอิเล็กตรอนและพลังงานของ γ-ควอนต้า ดังนั้น รังสี γ จะถูกบันทึกอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดโดยตัวนับรังสีเรืองแสงวาบด้วยฟอสเฟอร์ที่มีความหนาแน่นสูงและมีเลขอะตอมเฉลี่ยสูง Z ฟอสเฟอร์ดังกล่าวประกอบด้วยผลึกเดี่ยวอนินทรีย์ NaI(Tl), CsI(Tl), KI(Tl) ด้วยประสิทธิภาพที่น้อยลง รังสี γ จะถูกบันทึกโดยฟอสเฟอร์เหลวและพลาสติก อันเป็นผลมาจากอันตรกิริยาของนิวตรอนกับนิวเคลียสของอะตอม ในการลงทะเบียนปฏิกิริยาที่ช้าจะใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์: การแยกนิวเคลียสของแสงภายใต้อิทธิพลของนิวตรอน [ 10V(ไม่มี,α )7ลี, 6Li(น,α )3ชมและ 3He(n, p)1H ] ด้วยการลงทะเบียนอนุภาค a และโปรตอน ฟิชชันของนิวเคลียสหนักด้วยการลงทะเบียนชิ้นส่วนฟิชชัน การจับนิวตรอนด้วยรังสีโดยนิวเคลียส (n, γ) ด้วยการลงทะเบียน γ-ควอนตัม เช่นเดียวกับการกระตุ้นของกัมมันตภาพรังสีเทียม ในการลงทะเบียนอนุภาค a โปรตอน และชิ้นส่วนฟิชชัน มีการใช้ห้องไอออไนเซชันและเครื่องนับสัดส่วนซึ่งเต็มไปด้วยก๊าซ BF3 และก๊าซอื่นๆ ที่มี B หรือ 3H หรือผนังของพวกมันถูกปกคลุมด้วยชั้นบางๆ ของของแข็ง B, Li หรือสารฟิสไซล์ . การออกแบบและขนาดของกล้องและมาตรวัดดังกล่าวแตกต่างกันไป เมตรตามสัดส่วนสามารถเข้าถึงเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มม. และยาว 2 ม. เครื่องตรวจจับนิวตรอนที่มี 10B หรือ 3He มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับนิวตรอนความร้อน ตัวนับการเรืองแสงวาบยังใช้ในการลงทะเบียนนิวตรอนช้าอีกด้วย (บนผลึก LiI ที่มีส่วนผสมของ Eu, บนแก้วลิเธียมที่เป็นประกายไฟ หรือส่วนผสมของสารที่มีโบรอนและตัวเรืองแสงวาบ ZnS) ประสิทธิภาพการตรวจจับของนิวตรอนเร็วด้วยเครื่องตรวจจับที่ระบุไว้นั้นน้อยกว่าหลายร้อยเท่า ดังนั้นนิวตรอนเร็วจึงถูกชะลอความเร็วลงในบล็อกพาราฟินที่อยู่รอบๆ เครื่องตรวจจับนิวตรอนก่อน รูปร่างและขนาดที่เลือกมาเป็นพิเศษของบล็อกทำให้สามารถตรวจจับนิวตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพเกือบคงที่ในช่วงพลังงานตั้งแต่หลาย keV ถึง 20 MeV (ตัวนับคลื่นทั้งหมด) เมื่อตรวจจับนิวตรอนโดยตรงด้วยพลังงานประมาณ 100 keV โดยปกติจะใช้การกระเจิงของนิวตรอนแบบยืดหยุ่นในไฮโดรเจนหรือฮีเลียม หรือตรวจพบนิวเคลียสหดตัว เนื่องจากพลังงานของอย่างหลังขึ้นอยู่กับพลังงานของนิวตรอน เครื่องตรวจจับนิวตรอนดังกล่าวจึงทำให้สามารถวัดสเปกตรัมพลังงานของนิวตรอนได้ เครื่องตรวจจับนิวตรอนแบบเรืองแสงวาบยังสามารถตรวจจับนิวตรอนเร็วจากโปรตอนที่หดตัวในเครื่องเรืองแสงวาบชนิดอินทรีย์และของเหลวที่มีไฮโดรเจน นิวเคลียสหนักบางชนิด เช่น 238U และ 232Th จะเกิดฟิชชันภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนเร็วเท่านั้น ทำให้สามารถสร้างเครื่องตรวจจับเกณฑ์ที่ใช้ในการลงทะเบียนนิวตรอนเร็วกับพื้นหลังของนิวเคลียสที่มีความร้อนได้_อิมัลชันภาพถ่ายนิวเคลียร์ยังใช้ในการลงทะเบียนผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานิวเคลียร์ของนิวตรอนด้วยนิวเคลียส B และ Li โปรตอนหดตัวและชิ้นส่วนฟิชชัน วิธีนี้สะดวกเป็นพิเศษในการวัดปริมาณรังสี เนื่องจากช่วยให้สามารถระบุจำนวนนิวตรอนทั้งหมดในระหว่างการฉายรังสีได้ ในระหว่างการแยกตัวของนิวเคลียร์ พลังงานของชิ้นส่วนมีมากจนทำให้เกิดความเสียหายทางกลที่เห็นได้ชัดเจน วิธีหนึ่งในการตรวจจับพวกมันมีพื้นฐานมาจากสิ่งนี้: เศษฟิชชันจะถูกทำให้ช้าลงในแก้ว ซึ่งจากนั้นจะถูกกัดด้วยกรดไฮโดรฟลูออริก เป็นผลให้สามารถสังเกตร่องรอยของชิ้นส่วนได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ การกระตุ้นกัมมันตภาพรังสีเทียมโดยนิวตรอนใช้ในการตรวจจับนิวตรอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อตรวจวัดความหนาแน่นของนิวตรอนฟลักซ์ เนื่องจากจำนวนการสลายตัว (กิจกรรม) จะเป็นสัดส่วนกับฟลักซ์นิวตรอนที่ผ่านสาร (การวัดกิจกรรมสามารถทำได้หลังจากการฉายรังสีนิวตรอนหยุดแล้ว) มีอยู่ จำนวนมากไอโซโทปต่างๆ ที่ใช้เป็นตัวบ่งชี้กัมมันตภาพรังสีของนิวตรอนที่มีพลังงานต่างกัน อี. ในช่วงพลังงานความร้อน 55Mn, 107Ag, 197Au เป็นเรื่องธรรมดาที่สุด: 55Mn ( อี= 300 eV), 59Co ( อี=100 eV), 103Rh, 115นิ้ว ( อี= 1.5 eV), 127I ( อี= 35 eV), 107Ag, 197Au ( อี= 5 อีวี) ในพื้นที่พลังงานสูง จะใช้เครื่องตรวจจับเกณฑ์ 12C ( อี= 20 MeV), 32S ( อี= 0.9 MeV) และ 63Cu ( อี= 10 เมฟ)._

วิธีการตรวจจับอนุภาคมีประจุโดยการนับแสงวูบวาบที่เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคเหล่านี้ชนกับตะแกรงซิงค์ซัลไฟด์ (ZnS) ถือเป็นวิธีแรกๆ ในการตรวจจับรังสีนิวเคลียร์

วิธีการนี้มีดังนี้

แสงวูบวาบคือการกะพริบระยะสั้นของแสงแต่ละดวงที่สามารถมองเห็นได้โดยการสังเกตพื้นผิวของตะแกรงซิงค์ซัลไฟด์ที่ถูกฉายรังสีด้วยอนุภาคผ่านแว่นขยาย แสงแวววาวแต่ละดวงเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยอนุภาคเอที่ตกลงบนหน้าจอแยกจากกัน ปรากฏการณ์เหล่านี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1903 โดย Crookes และคนอื่นๆ เพื่อให้สามารถนับอนุภาคได้ Crookes ได้คิดค้นอุปกรณ์ที่เรียกว่า Crookes spinthariscope

ต่อจากนั้น ใช้วิธีการส่องประกายแวววาวเพื่อลงทะเบียนอนุภาค a และโปรตอนที่มีพลังงานหลายล้านอิเล็กตรอนโวลต์เป็นหลัก ซึ่งไม่สามารถตรวจจับได้ เนื่องจากอิเล็กตรอนเร็วแต่ละตัวทำให้เกิดการแวววาวที่อ่อนมาก จึงไม่สามารถตรวจพบพวกมันได้

ความจริงที่ว่ารังสีแกมมาไม่ก่อให้เกิดแสงวาบบนหน้าจอ ซึ่งทำให้เกิดเพียงแสงทั่วไปเท่านั้น ทำให้สามารถบันทึกอนุภาค a ในที่ที่มีรังสี g รุนแรงได้

เฉพาะเมื่อมีอิเล็กตรอนจำนวนมากเพียงพอกระทบกับผลึกซิงค์ซัลไฟด์เดียวกันเท่านั้นจึงจะสามารถสังเกตการกะพริบได้เมื่อตัวกรองซิงค์ซัลไฟด์ถูกฉายรังสีด้วยอิเล็กตรอน

วิธีการเรืองแสงวาบนั้นขึ้นอยู่กับแต่ละบุคคล และผลลัพธ์จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติส่วนบุคคลของผู้ทดลองในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่ง แต่จะช่วยให้สามารถบันทึกอนุภาคจำนวนน้อยมากต่อหน่วยเวลาได้ เงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการนับประกายแวววาวจะได้มาเมื่อตัวเลขอยู่ระหว่าง 20 ถึง 40 ต่อนาที

รัทเทอร์ฟอร์ดใช้วิธีส่องประกายแวววาวเพื่อบันทึกอนุภาค a ขณะที่กระจัดกระจายอยู่บนอะตอม การทดลองเหล่านี้ทำให้รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบนิวเคลียส นับเป็นครั้งแรกที่วิธีการมองเห็นทำให้สามารถตรวจจับโปรตอนเร็วที่ถูกกระแทกออกจากนิวเคลียสไนโตรเจนเมื่อถูกอนุภาค a โจมตี เช่น การแยกตัวของนิวเคลียร์ประดิษฐ์ครั้งแรก ดังนั้นแม้จะมีข้อบกพร่อง แต่วิธีการส่องแสงแวววาวก็มีบทบาทอย่างมากในการพัฒนาฟิสิกส์นิวเคลียร์และอะตอมและมีความสำคัญอย่างยิ่งจนถึงช่วงทศวรรษที่สามสิบจนกระทั่งการมาถึงของวิธีการใหม่ในการบันทึกรังสีนิวเคลียร์ทำให้นักวิจัยลืมไประยะหนึ่ง

ในช่วงปลายทศวรรษที่สี่สิบของศตวรรษที่ 20 วิธีการลงทะเบียนประกายแวววาวได้รับการฟื้นฟูบนพื้นฐานใหม่ มาถึงตอนนี้ หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (PMT) ได้รับการพัฒนาขึ้นซึ่งทำให้สามารถตรวจจับแสงวาบที่อ่อนมากได้ ตัวนับประกายแวววาวได้ถูกสร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือซึ่งคุณสามารถเพิ่มอัตราการนับได้ 10 8 หรือมากกว่านั้นเมื่อเทียบกับวิธีการมองเห็น และยังเป็นไปได้ที่จะบันทึกและวิเคราะห์พลังงานของทั้งอนุภาคที่มีประจุ นิวตรอน และ รังสีเอกซ์

การรวมกันของสารเรืองแสงวาบ (ฟอสฟอรัส) และหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (PMT) ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าสำหรับ PMT และอุปกรณ์วิทยุที่ให้การขยายและการลงทะเบียนพัลส์ PMT เรียกว่าตัวนับการเรืองแสงวาบ บางครั้งการรวมกันของฟอสฟอรัสกับโฟโตมัลติพลายเออร์ทำได้ผ่านระบบออพติคอลพิเศษ (ตัวนำแสง)

สิ่งต่อไปนี้ใช้ในเคาน์เตอร์เรืองแสง:

• ตัวเรืองแสงวาบอินทรีย์เหลว,
• ตัวเรืองแสงวาบพลาสติกแข็ง,
• คริสตัลอินทรีย์,
• เครื่องกำเนิดก๊าซที่เรืองแสงวาบ

พิจารณาหลักการทำงานของตัวนับแวววาว

เมื่ออนุภาคที่มีประจุเข้าสู่เครื่องเรืองแสงวาบ มันจะแตกตัวเป็นไอออนและกระตุ้นโมเลกุลของมัน หลังจากนั้นไม่นานนัก (10-6 - 10 -9 วินาที ) โมเลกุลเหล่านี้เข้าสู่สถานะเสถียรโดยปล่อยโฟตอนออกมา - มีแสงวาบเกิดขึ้น (แวววาว) โฟตอนบางส่วนตกบนโฟโตแคโทดของโฟโตมัลติพลายเออร์และทำให้โฟโตอิเล็กตรอนหลุดออกมา ซึ่งภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับโฟโตมัลติพลายเออร์ จะถูกโฟกัสและมุ่งตรงไปที่อิเล็กโทรดตัวแรก (ไดโนด) ของตัวคูณอิเล็กตรอน อันเป็นผลมาจากการปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ จำนวนอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นเหมือนหิมะถล่ม และพัลส์แรงดันไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นที่เอาท์พุตของโฟโตมัลติพลายเออร์ ซึ่งขยายและบันทึกโดยอุปกรณ์วิทยุ

คุณสมบัติของทั้งรังสีเรืองแสงวาบและโฟโตมัลติพลายเออร์เป็นตัวกำหนดแอมพลิจูดและระยะเวลาของพัลส์เอาท์พุต

มีความจำเป็นที่สเปกตรัมของโฟตอนที่โผล่ออกมาจากตัวเรืองแสงเรืองแสงวาบตรงกันหรืออย่างน้อยก็ทับซ้อนกันบางส่วนกับคุณลักษณะสเปกตรัมของตัวคูณแสง

ระดับของการทับซ้อนของสเปกตรัมแสงวาบภายนอกกับคุณลักษณะสเปกตรัม ของตัวคูณแสงที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยสัมประสิทธิ์การจับคู่

โดยที่สเปกตรัมภายนอกของรังสีเรืองแสงวาบหรือสเปกตรัมของโฟตอนที่โผล่ออกมาจากรังสีเรืองแสงวาบ

4) ประสิทธิภาพการแวววาว

เมื่อเปรียบเทียบตัวเรืองแสงวาบรวมกับข้อมูล PMT จะมีการนำแนวคิดของประสิทธิภาพการเรืองแสงวาบมาใช้ ซึ่งพิจารณาจำนวนโฟตอนที่ปล่อยออกมาโดยตัวเรืองแสงวาบต่อหน่วยพลังงานที่ดูดซับ และความไวของ PMT ที่กำหนดให้ต่อโฟตอนเหล่านี้ และถูกกำหนดโดยนิพจน์ต่อไปนี้ : :

ในทางปฏิบัติ ประสิทธิภาพการเรืองแสงวาบของรังสีเรืองแสงวาบที่กำหนดให้ถูกกำหนดหาโดยการเปรียบเทียบกับประสิทธิภาพการเรืองแสงวาบของรังสีชนิดเรืองแสงวาบที่นำมาเป็นมาตรฐาน

5) ความเข้มของประกายแวววาว

ความเข้มของแสงแวววาวเปลี่ยนแปลงแบบทวีคูณตามเวลา

ที่ไหน ฉัน 0 - ค่าสูงสุดของความเข้มของการเรืองแสงวาบ; เสื้อ 0 -ค่าคงที่เวลาการสลายตัว ซึ่งกำหนดเป็นเวลาในระหว่างที่ความเข้มของการเรืองแสงวาบลดลง จครั้งหนึ่ง.

จำนวนโฟตอนของแสง เอ็น,ปล่อยออกมาในช่วงเวลา ทีหลังจากชนอนุภาคที่ตรวจพบจะแสดงเป็นสูตร

โดยที่คือจำนวนโฟตอนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการเรืองแสงวาบ

กระบวนการเรืองแสง (luminescence) ของฟอสฟอรัส แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ เรืองแสง (เรืองแสงเกิดขึ้นโดยตรงในระหว่างการกระตุ้นหรือในช่วงเวลาประมาณ 10 -8 วินาที,ช่วง 10 -8 วินาทีถูกเลือกเพราะมันมีขนาดเท่ากันตามขนาดอายุการใช้งานของอะตอมในสถานะตื่นเต้นสำหรับการเปลี่ยนแปลงที่เรียกว่าอนุญาต) และเรืองแสง (การเรืองแสงที่ดำเนินต่อไปเป็นระยะเวลานานหลังจากการหยุดการกระตุ้น)

ฟอสฟอรัสของคริสตัลฟอสเฟอร์เกิดขึ้นระหว่างการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนและรูที่เกิดขึ้นระหว่างการกระตุ้น ในผลึกบางชนิด แสงระเรื่ออาจยืดเยื้อต่อไปได้เนื่องจากอิเล็กตรอนและรูถูกจับโดย "กับดัก" ซึ่งสามารถปล่อยออกมาได้หลังจากได้รับพลังงานที่จำเป็นเพิ่มเติมเท่านั้น ดังนั้นการขึ้นอยู่กับระยะเวลาของฟอสฟอรัสกับอุณหภูมิจึงชัดเจน ในกรณีของโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน การเรืองแสงมีความเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของพวกมันในสถานะที่แพร่กระจายได้ ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงจากสถานะพื้นดินอาจต่ำ และในกรณีนี้จะสังเกตการขึ้นอยู่กับอัตราการสลายตัวของฟอสฟอรัสต่ออุณหภูมิ

ระยะเวลาของการเรืองแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับชนิดของการกระตุ้น แต่ผลผลิตของการเรืองแสงขึ้นอยู่กับมันอย่างมาก ดังนั้น เมื่อคริสตัลถูกกระตุ้นด้วยอนุภาค a ปริมาณการเรืองแสงจึงแทบจะน้อยกว่าในระหว่างการกระตุ้นด้วยแสง

ในการลงทะเบียนจีควอนตัมหรือนิวตรอน จำเป็นต้องทำปฏิกิริยากับสารตัวตรวจจับ ในกรณีนี้ อนุภาคที่มีประจุรองที่ได้จะต้องได้รับการลงทะเบียนโดยเครื่องตรวจจับ แน่นอนว่า ยิ่งมีสารอยู่ในเส้นทางของรังสีเอกซ์หรือนิวตรอนมากเท่าไร ความน่าจะเป็นของการดูดซับก็จะยิ่งมากขึ้น ประสิทธิภาพในการลงทะเบียนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในปัจจุบัน เมื่อใช้รังสีชนิดเรืองแสงวาบขนาดใหญ่ จะสามารถบรรลุประสิทธิภาพการตรวจจับรังสีเกรย์ได้หลายสิบเปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพของการตรวจจับนิวตรอนด้วยรังสีเรืองแสงวาบที่มีสารที่นำมาใช้เป็นพิเศษ (10 V, 6 Li ฯลฯ) ยังเหนือกว่าประสิทธิภาพของการตรวจจับพวกมันโดยใช้เครื่องนับปล่อยก๊าซอีกด้วย

ระยะเวลาของพัลส์ ขึ้นอยู่กับตัวเรืองแสงวาบที่ใช้ ช่วงตั้งแต่ 10 -6 ถึง 10 -9 วินาที,เหล่านั้น. หลายคำสั่งที่มีขนาดน้อยกว่าเคาน์เตอร์ที่มีการคายประจุเอง ซึ่งทำให้มีอัตราการนับที่สูงกว่ามาก ลักษณะเวลาที่สำคัญอีกประการหนึ่งของตัวนับการเรืองแสงวาบคือความล่าช้าของพัลส์เล็กน้อยหลังจากอนุภาคที่ตรวจพบผ่านฟอสฟอรัส (10 -9 -10 -8 วินาที).ซึ่งช่วยให้สามารถใช้แผนการบังเอิญโดยใช้เวลาแก้ไขสั้น (<10 -8 วินาที)และดังนั้นจึงทำการวัดความบังเอิญภายใต้โหลดที่มีขนาดใหญ่กว่ามากในแต่ละช่องสัญญาณโดยมีจำนวนความบังเอิญเพียงเล็กน้อย

นี่หมายถึงความเป็นไปได้ในการบันทึกและการวิเคราะห์พลังงานของอนุภาคที่มีพลังงานสูงมาก (รังสีคอสมิก) รวมถึงอนุภาคที่มีปฏิกิริยากับสสารอย่างอ่อน (นิวตริโน)

ในการลงทะเบียนนิวตรอนช้า จะใช้ฟอสเฟอร์ LiJ(Tl), LiF, LiBr เมื่อนิวตรอนช้ามีปฏิกิริยากับ 6 Li จะเกิดปฏิกิริยา 6 Li(n,a) 3 H โดยจะปล่อยพลังงาน 4.8 ออกมา Mev.

ในความเป็นจริง สำหรับอนุภาคที่มีประจุแสง (อิเล็กตรอน) ความเข้มของแสงวาบในเครื่องเรืองแสงวาบจะเป็นสัดส่วนกับพลังงานที่สูญเสียไปโดยอนุภาคในเครื่องเรืองแสงวาบนี้

การใช้ตัวนับการเรืองแสงวาบที่แนบมากับเครื่องวิเคราะห์แอมพลิจูด ทำให้สามารถศึกษาสเปกตรัมของอิเล็กตรอนและรังสีเอกซ์ได้ สถานการณ์ค่อนข้างแย่ลงด้วยการศึกษาสเปกตรัมของอนุภาคมีประจุหนัก (อนุภาค a ฯลฯ) ซึ่งสร้างไอออนไนซ์ที่มีความจำเพาะสูงในตัวเรืองแสงวาบ ในกรณีเหล่านี้ สัดส่วนของความเข้มของแสงวาบของพลังงานที่สูญเสียไปจะไม่ถูกสังเกตที่พลังงานอนุภาคทั้งหมดและจะปรากฏเฉพาะที่ค่าพลังงานที่มากกว่าค่าที่กำหนดเท่านั้น ความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นระหว่างแอมพลิจูดของพัลส์และพลังงานของอนุภาคจะแตกต่างกันสำหรับฟอสเฟอร์ที่ต่างกันและสำหรับอนุภาคประเภทต่างๆ แสดงตัวอย่างด้วยกราฟในรูปที่ 1 และ 2

ผลึกอินทรีย์ต่อไปนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบันทึกรังสีนิวเคลียร์: แอนทราซีน, สติลบีน, แนฟทาลีน แอนทราซีนมีกำลังแสงค่อนข้างสูง (~4%) และระยะเวลาการส่องสว่างสั้น (3 10 -8 วินาที).แต่เมื่อตรวจพบอนุภาคที่มีประจุหนัก การพึ่งพาเชิงเส้นตรงของความเข้มของการเรืองแสงวาบจะสังเกตได้เฉพาะที่พลังงานอนุภาคที่ค่อนข้างสูงเท่านั้น แม้ว่า stilbene จะให้แสงสว่างน้อยกว่าแอนทราซีนเล็กน้อย แต่ระยะเวลาการแวววาวของมันก็สั้นกว่ามาก (7 10 -9 วินาที),กว่าแอนทราซีนซึ่งทำให้สามารถนำมาใช้ในการทดลองที่ต้องการการลงทะเบียนรังสีที่รุนแรงมากได้

เนื่องจากเมื่อเปรียบเทียบกับแรงที่กระทำในผลึกอนินทรีย์ แรงยึดเหนี่ยวของโมเลกุลในผลึกอินทรีย์มีขนาดเล็ก โมเลกุลที่ทำปฏิกิริยากันในทางปฏิบัติจะไม่รบกวนระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ของกันและกัน และกระบวนการเรืองแสงของผลึกอินทรีย์ก็เป็นลักษณะเฉพาะกระบวนการของแต่ละโมเลกุล

ในสถานะอิเล็กทรอนิกส์กราวด์ โมเลกุลมีระดับการสั่นสะเทือนหลายระดับ ภายใต้อิทธิพลของรังสีที่ตรวจพบ โมเลกุลจะเข้าสู่สถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่ตื่นเต้น ซึ่งสอดคล้องกับระดับการสั่นสะเทือนหลายระดับด้วย ไอออนไนซ์และการแยกตัวของโมเลกุลก็เป็นไปได้เช่นกัน จากการรวมตัวกันอีกครั้งของโมเลกุลที่แตกตัวเป็นไอออน มักจะก่อตัวในสภาวะตื่นเต้น โมเลกุลที่ถูกกระตุ้นตั้งแต่แรกสามารถอยู่ที่ระดับการกระตุ้นสูงและหลังจากช่วงเวลาสั้นๆ (~10 -11 วินาที)ปล่อยโฟตอนที่พลังงานสูงออกมาซึ่งถูกดูดซับโดยโมเลกุลอื่น และพลังงานกระตุ้นส่วนหนึ่งของโมเลกุลนี้สามารถนำไปใช้ในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนได้ และโฟตอนที่ปล่อยออกมาในเวลาต่อมาจะมีพลังงานน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับอันก่อนหน้า หลังจากการปล่อยและการดูดซึมหลายรอบ โมเลกุลจะก่อตัวขึ้นที่ระดับความตื่นเต้นแรก ซึ่งจะปล่อยโฟตอนออกมา ซึ่งพลังงานอาจไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นโมเลกุลอื่นๆ อีกต่อไป ดังนั้น คริสตัลจึงจะโปร่งใสต่อรังสีที่เกิดขึ้น

ในรูป รูปที่ 2 แสดงกราฟของการพึ่งพาเอาต์พุตแสง c (ในหน่วยใดก็ได้) กับพลังงานของอิเล็กตรอน 1 โปรตอน 2 , ดิวเทอรอน 3 ตัว และอนุภาคเอ 4 ตัว .

ข้าว. 2. การพึ่งพาแสงที่ส่งออก

แอนทราซีนจากพลังงานสำหรับอนุภาคต่างๆ

เนื่องจากพลังงานกระตุ้นส่วนใหญ่ถูกใช้ไปในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน แสงที่ส่งออก (ประสิทธิภาพการแปลง) ของคริสตัลจึงค่อนข้างน้อยและคิดเป็นหลายเปอร์เซ็นต์

สารเรืองแสงวาบอนินทรีย์คือผลึกของเกลืออนินทรีย์

การใช้งานจริงในเทคโนโลยีการเรืองแสงวาบส่วนใหญ่เป็นสารประกอบเฮไลด์ของโลหะอัลคาไลบางชนิด

ลองจินตนาการถึงกระบวนการเกิดประกายแวววาวโดยใช้ทฤษฎีวงดนตรีของของแข็ง

ในแต่ละอะตอมที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมอื่น อิเล็กตรอนจะมีระดับพลังงานแยกกันที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ในของแข็ง อะตอมจะตั้งอยู่ในระยะใกล้และมีปฏิสัมพันธ์กับพวกมันค่อนข้างแรง ต้องขอบคุณปฏิสัมพันธ์นี้ ระดับของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกจึงแยกออกและสร้างแถบที่แยกออกจากกันด้วยช่องว่างของแถบ แถบเวเลนซ์เป็นแถบที่อยู่นอกสุดที่อนุญาตซึ่งเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน ด้านบนเป็นเขตปลอดอากร - โซนการนำไฟฟ้า ระหว่างแถบเวเลนซ์กับแถบการนำไฟฟ้าจะมีช่องว่างของแถบ ความกว้างของพลังงานคืออิเล็กตรอนหลายโวลต์

หากมีข้อบกพร่อง การรบกวนของโครงตาข่าย หรืออะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ในคริสตัล ระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ในแถบความถี่อาจปรากฏขึ้น อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่จากแถบเวเลนซ์ไปยังแถบการนำไฟฟ้าได้ภายใต้อิทธิพลภายนอก ตัวอย่างเช่น เมื่ออนุภาคที่มีประจุเร็วผ่านคริสตัล พื้นที่ว่างจะยังคงอยู่ในแถบเวเลนซ์ ซึ่งมีคุณสมบัติของอนุภาคที่มีประจุบวกโดยมีประจุเป็นหน่วย และเรียกว่าหลุม เราได้อธิบายกระบวนการกระตุ้นของคริสตัลแล้ว

โดยการเปลี่ยนอิเล็กตรอนแบบย้อนกลับจากแถบการนำไฟฟ้าไปเป็นแถบเวเลนซ์ แนะนำให้ใช้อิเล็กตรอนและรู และการกระตุ้นจะถูกลบออก ในผลึกหลายชนิด การเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนจากแถบการนำไฟฟ้าไปเป็นแถบเวเลนซ์เกิดขึ้นผ่านจุดศูนย์กลางการเรืองแสงที่อยู่ตรงกลาง ซึ่งระดับจะอยู่ในช่องว่างของแถบ จุดศูนย์กลางเหล่านี้เกิดจากการมีข้อบกพร่องหรืออะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ในคริสตัล เมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนสถานะเป็นสองขั้น โฟตอนที่มีพลังงานน้อยกว่าช่องว่างของแถบจะถูกปล่อยออกมา สำหรับโฟตอนดังกล่าว ความน่าจะเป็นของการดูดซับในคริสตัลนั้นมีน้อย ดังนั้นแสงที่ปล่อยออกมาจากคริสตัลจึงมากกว่าคริสตัลบริสุทธิ์ที่บริสุทธิ์มาก

ในการเพิ่มแสงสว่างของรังสีเรืองแสงวาบอนินทรีย์ จึงมีการใช้สารเจือปนพิเศษขององค์ประกอบอื่นๆ ที่เรียกว่าแอคติเวเตอร์ ตัวอย่างเช่น แทลเลียมถูกนำเข้าไปในผลึกโซเดียมไอโอไดด์เพื่อเป็นตัวกระตุ้น

เครื่องเรืองแสงวาบที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของคริสตัล NaJ(Tl) ให้แสงสว่างสูงและมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเมื่อเทียบกับเครื่องนับที่เติมก๊าซ: ประสิทธิภาพการลงทะเบียนของรังสีเอกซ์ที่มากขึ้น (ด้วยคริสตัลขนาดใหญ่ ประสิทธิภาพการลงทะเบียนสามารถเข้าถึงสิบเปอร์เซ็นต์) ระยะเวลาการแวววาวสั้น (2.5 10 -7 วินาที) และความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างแอมพลิจูดของพัลส์และปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปโดยอนุภาคที่มีประจุ

การปล่อยแสงของรังสีชนิดเรืองแสงวาบขึ้นอยู่กับการสูญเสียพลังงานจำเพาะของอนุภาคที่มีประจุ

ข้าว. 1. การพึ่งพาแสงที่ส่งออก

NaJ crystal (T1) เกี่ยวกับพลังงานอนุภาค

การรบกวนที่สำคัญในโครงผลึกของตัวเรืองแสงวาบซึ่งเป็นไปได้ที่ค่าที่สูงมาก นำไปสู่การปรากฏของศูนย์ดับในท้องถิ่น ซึ่งอาจส่งผลให้กำลังแสงที่ส่งออกลดลง ข้อเท็จจริงจากการทดลองระบุว่าสำหรับอนุภาคหนัก ผลผลิตจะไม่เป็นเชิงเส้น และการพึ่งพาเชิงเส้นเริ่มปรากฏเฉพาะเมื่อมีพลังงานหลายล้านอิเล็กตรอนโวลต์เท่านั้น รูปที่ 1 แสดงเส้นโค้งของ c เทียบกับ จ:เส้นโค้งที่ 1 สำหรับอิเล็กตรอน เส้นโค้งที่ 2 สำหรับอนุภาค

นอกเหนือจากตัวเรืองแสงวาบอัลคาไลเฮไลด์ที่ระบุแล้ว บางครั้งยังใช้ผลึกอนินทรีย์อื่นๆ: ZnS (Tl), CsJ (Tl), CdS (Ag), CaWO 4, CdWO 4 เป็นต้น

ตัวเรืองแสงวาบพลาสติกเป็นสารละลายแข็งของสารประกอบอินทรีย์เรืองแสงในสารโปร่งใสที่เหมาะสม (สารละลายของแอนทราซีนหรือสติลบีนในโพลีสไตรีนหรือเพล็กซี่กลาส) ความเข้มข้นของสารฟลูออเรสเซนต์ที่ละลายมักจะน้อยและมีค่าสองสามในสิบของเปอร์เซ็นต์หรือหลายเปอร์เซ็นต์ ดังนั้น เนื่องจากมีตัวทำละลายมากกว่าตัวเรืองแสงวาบที่ละลายอยู่มาก ตามธรรมชาติแล้ว อนุภาคที่ตรวจพบจะกระตุ้นโมเลกุลของตัวทำละลายเป็นหลัก ต่อจากนั้น พลังงานกระตุ้นถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุลของรังสีชนิดเรืองแสงวาบ สารละลายกลายเป็นสารโปร่งใสในทางปฏิบัติต่อการแผ่รังสีของรังสีชนิดเรืองแสงวาบที่เกิดขึ้น เนื่องจากความเข้มข้นของรังสีชนิดเรืองแสงวาบต่ำ

ตัวเรืองแสงวาบพลาสติกที่เตรียมโดยการละลายแอนทราซีนในโพลีสไตรีนมีแสงสว่างสูงสุด สารละลายสติลบีนในโพลีสไตรีนก็มีคุณสมบัติที่ดีเช่นกัน

สเปกตรัมการแผ่รังสีของตัวทำละลายจะต้องแข็งแกร่งกว่าสเปกตรัมการดูดซับของตัวถูกละลายหรือตรงกัน

ข้อเท็จจริงจากการทดลองแสดงให้เห็นว่าพลังงานกระตุ้นของตัวทำละลายถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุลของรังสีเรืองแสงวาบผ่านกลไกโฟโตนิก กล่าวคือ โมเลกุลของตัวทำละลายจะปล่อยโฟตอน ซึ่งจากนั้นจะถูกดูดซับโดยโมเลกุลของตัวถูกละลาย

เมื่อเปรียบเทียบกับตัวเรืองแสงวาบแบบผลึกอินทรีย์ ตัวเรืองแสงวาบแบบพลาสติกมีข้อได้เปรียบที่สำคัญ:

• ความเป็นไปได้ของการใช้พลาสติกเรืองแสงวาบในสุญญากาศ

• ความเป็นไปได้ของการนำเครื่องผสมสเปกตรัมเข้าไปในเครื่องเรืองแสงวาบเพื่อให้บรรลุการจับคู่ที่ดีขึ้นของสเปกตรัมการเรืองแสงกับคุณลักษณะสเปกตรัมของโฟโตแคโทด
• ความสามารถในการผลิตรังสีเรืองแสงวาบที่มีขนาดใหญ่มาก

• ความเป็นไปได้ในการแนะนำสารต่างๆ ที่จำเป็นในการทดลองพิเศษ (เช่น เมื่อศึกษานิวตรอน) เข้าสู่ตัวเรืองแสงวาบ

ตัวเรืองแสงวาบอินทรีย์เหลวคือสารละลายของสารเรืองแสงวาบอินทรีย์ในตัวทำละลายอินทรีย์ของเหลวบางชนิด กลไกของการเรืองแสงในตัวเรืองแสงวาบของเหลวนั้นคล้ายคลึงกับกลไกที่เกิดขึ้นในสารละลายตัวเรืองแสงวาบที่เป็นของแข็ง

ในบรรดาสารของเหลว ไซลีน โทลูอีน และฟีนิลไซโคลเฮกเซนกลายเป็นตัวทำละลายที่เหมาะสมที่สุด และ p-terphenyl, diphenyloxazole และ tetraphenylbutadiene เป็นสารที่แวววาว ทำโดยการละลาย p-terphenyl ในไซลีนที่ความเข้มข้นของตัวถูกละลายเท่ากับ 5 กรัม/ลิตรตัวเรืองแสงวาบมีกำลังส่องสว่างสูงสุด .

ข้อดีหลักของเครื่องเรืองแสงวาบเหลว:

• ระยะเวลาแฟลชสั้น (~3 10 -9 วินาที).
• ความเป็นไปได้ในการผลิตปริมาณมาก
• ความเป็นไปได้ของการแนะนำสารเรืองแสงวาบที่จำเป็นในการทดลองพิเศษ;

การปรากฏตัวของประกายไฟถูกสังเกตเมื่ออนุภาคมีประจุผ่านก๊าซต่างๆ ก๊าซเรืองแสงวาบมีความไวต่อรังสี g ต่ำ ก๊าซมีตระกูลหนัก (ซีนอนและคริปทอน) รวมถึงส่วนผสมของซีนอนและฮีเลียม มีแสงสว่างสูงสุด การมีซีนอน 10% ในฮีเลียมให้แสงสว่างที่ส่องสว่างมากกว่าซีนอนบริสุทธิ์ (รูปที่ 3) ส่วนผสมที่มีขนาดเล็กไม่มีนัยสำคัญของก๊าซอื่น ๆ จะลดความเข้มของแสงแวววาวในก๊าซมีตระกูลได้อย่างมาก

ข้าว. 3. การพึ่งพาการปล่อยแสงของก๊าซ

ตัวเรืองแสงวาบในอัตราส่วนของส่วนผสมของฮีเลียมและซีนอน

ระยะเวลาของการลุกเป็นไฟในก๊าซมีตระกูลสั้น (10 -9 -10 -8 วินาที),และความเข้มของแสงแฟลร์ในช่วงกว้างจะเป็นสัดส่วนกับพลังงานที่สูญเสียไปของอนุภาคที่ตรวจพบ และไม่ขึ้นอยู่กับมวลและประจุของอนุภาคเหล่านั้น

เพื่อให้ตรงกับความไวสเปกตรัมของตัวคูณแสง จึงมีการใช้ตัวแปลงแสง เนื่องจากส่วนหลักของสเปกตรัมการเรืองแสงอยู่ในภูมิภาคอัลตราไวโอเลตไกล คอนเวอร์เตอร์แบบเบาต้องมีค่าสัมประสิทธิ์การแปลงสูง มีความโปร่งใสทางแสงในชั้นบางๆ ความดันไออิ่มตัวต่ำ รวมถึงความเสถียรทางกลและทางเคมี สารประกอบอินทรีย์หลายชนิดส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัสดุสำหรับตัวแปลงไฟ เช่น ไดฟีนิลสติลบีน (ประสิทธิภาพการแปลงประมาณ 1) พี 1 พี'-ควอเทอร์ฟีนิล (~1), แอนทราซีน (0.34) ฯลฯ มีการใช้ตัวแปลงแสงในชั้นบางๆ กับโฟโตแคโทดของ PMT พารามิเตอร์ที่สำคัญของตัวแปลงไฟคือเวลาในการส่องสว่าง ในเรื่องนี้ คอนเวอร์เตอร์แบบออร์แกนิกค่อนข้างน่าพอใจ (10 -9 วินาทีหรือหลายหน่วยต่อ 10 -9 วินาที).เพื่อเพิ่มการสะสมแสง ผนังด้านในของห้องเรืองแสงวาบมักจะเคลือบด้วยตัวสะท้อนแสง (MgO, เคลือบฟันที่มีไททาเนียมออกไซด์, ฟลูออโรเรซิ่น, อลูมิเนียมออกไซด์ ฯลฯ)

โฟโตแคโทด, ระบบโฟกัส, ระบบคูณ (ไดโนด), แอโนด (ตัวสะสม) เป็นองค์ประกอบหลักของโฟโตมัลติพลายเออร์ องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้อยู่ในกระบอกแก้ว อพยพไปยังสุญญากาศสูง (10 -6 มิลลิเมตรปรอท.)

โฟโตแคโทดมักจะอยู่ที่พื้นผิวด้านในของปลายแบนของหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์เพื่อวัตถุประสงค์ในการแผ่รังสีนิวเคลียร์ สารที่มีความไวเพียงพอต่อแสงที่ปล่อยออกมาจากรังสีเรืองแสงวาบถูกเลือกเป็นวัสดุโฟโตแคโทด ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือโฟโตแคโทดพลวง-ซีเซียม ซึ่งมีความไวสเปกตรัมสูงสุดอยู่ที่ l = 3900–4200 A ซึ่งสอดคล้องกับสเปกตรัมเรืองแสงสูงสุดของตัวเรืองแสงวาบหลายตัว

ข้าว. 4. แผนผังของโฟโตมัลติพลายเออร์

คุณสมบัติของโฟโตแคโทดยังมีลักษณะเฉพาะด้วยความไวรวมซึ่งเป็นอัตราส่วนของโฟโตปัจจุบัน (มกะ) ถึงเหตุการณ์ฟลักซ์แสงบนโฟโตแคโทด (LM)

อัตราผลตอบแทนควอนตัมของแคโทด กล่าวคือ ความน่าจะเป็นที่โฟโตอิเล็กตรอนจะถูกฉีกออกโดยโฟตอนที่ชนโฟโตแคโทด ก็เป็นคุณลักษณะอย่างหนึ่งเช่นกัน ค่าของ e สามารถเข้าถึง 10-20%

โฟโตแคโทดถูกนำไปใช้กับกระจกในรูปแบบของชั้นโปร่งแสงบาง ๆ ความหนาของชั้นนี้มีความสำคัญ ในอีกด้านหนึ่ง สำหรับการดูดกลืนแสงสูงจะต้องมีนัยสำคัญ ในทางกลับกัน โฟโตอิเล็กตรอนที่ได้ซึ่งมีพลังงานต่ำมาก จะไม่สามารถออกจากชั้นหนาได้ และผลผลิตควอนตัมที่มีประสิทธิภาพอาจกลายเป็นน้อย ดังนั้นจึงเลือกความหนาที่เหมาะสมของโฟโตแคโทด สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าโฟโตแคโทดมีความหนาสม่ำเสมอ เพื่อให้ความไวของโฟโตแคโทดเท่ากันทั่วทั้งพื้นที่

ในสเปกโตรเมทรีรังสีเอกซ์แบบเรืองแสงวาบ มักจำเป็นต้องใช้ตัวเรืองแสงวาบแข็งที่มีขนาดใหญ่ ทั้งความหนาและเส้นผ่านศูนย์กลาง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องผลิตโฟโตมัลติพลายเออร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางโฟโตแคโทดขนาดใหญ่

โฟโตแคโทดในโฟโตมัลติพลายเออร์ในประเทศนั้นผลิตขึ้นโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่หลายเซนติเมตรจนถึง15ธ20 ซม.โฟโตอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากโฟโตแคโทดจะต้องมุ่งเน้นไปที่อิเล็กโทรดคูณตัวแรก สำหรับสิ่งนี้ มีการใช้ระบบเลนส์ไฟฟ้าสถิต ซึ่งเป็นชุดไดอะแฟรมโฟกัส เพื่อให้ได้คุณลักษณะจังหวะเวลาที่ดีของตัวคูณแสง สิ่งสำคัญคือต้องสร้างระบบโฟกัสเพื่อให้อิเล็กตรอนตกบนไดโนดตัวแรกโดยมีการกระจายเวลาน้อยที่สุด

ลักษณะสำคัญของ PMT คือปัจจัยการคูณ ม.หากค่า s สำหรับไดโนดทั้งหมดเท่ากัน (โดยมีจำนวนอิเล็กตรอนบนไดโนดครบชุด) และจำนวนไดโนดจะเท่ากัน เอ็น,ที่

A และ B มีค่าคงที่ u คือพลังงานอิเล็กตรอน ตัวคูณการคูณ มไม่เท่ากับได้รับ เอ็ม"ซึ่งแสดงลักษณะอัตราส่วนของกระแสที่เอาต์พุต PMT ต่อกระแสที่ออกจากแคโทด

ม" = ซม.

ที่ไหน กับ<1 - ค่าสัมประสิทธิ์การสะสมอิเล็กตรอน แสดงถึงประสิทธิภาพของการสะสมโฟโตอิเล็กตรอนที่ไดโนดแรก

กำไรอย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งสำคัญมาก เอ็ม" PMT ทั้งในเวลาและการเปลี่ยนแปลงจำนวนอิเล็กตรอนที่ออกจากโฟโตแคโทด สถานการณ์หลังนี้ทำให้สามารถใช้เครื่องนับการเรืองแสงวาบเป็นสเปกโตรมิเตอร์รังสีนิวเคลียร์ได้

อิเล็กโทรดคูณเรียกว่าไดโนด ไดนาดถูกสร้างขึ้นจากวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยก๊าซทุติยภูมิมากกว่าเอกภาพ (s>1) ในโฟโตมัลติพลายเออร์ในประเทศ ไดโนดถูกผลิตขึ้นทั้งในรูปแบบของรางน้ำ (รูปที่ 4) หรือในรูปแบบของมู่ลี่ ในทั้งสองกรณี ไดโนดจะถูกจัดเรียงเป็นเส้น นอกจากนี้ยังสามารถจัดเรียงไดโนดรูปวงแหวนได้อีกด้วย PMT ที่มีระบบไดโนดรูปวงแหวนมีลักษณะเฉพาะของเวลาที่ดีกว่า ชั้นที่เปล่งแสงของไดโนดคือชั้นของพลวงและซีเซียมหรือชั้นของโลหะผสมพิเศษ

โฟโตอิเล็กตรอนมุ่งเน้นไปที่ไดโนดตัวแรก โดยจะผลักอิเล็กตรอนทุติยภูมิออกไป จำนวนอิเล็กตรอนที่ออกจากไดโนดตัวแรกนั้นมากกว่าจำนวนโฟโตอิเล็กตรอนหลายเท่า ทั้งหมดจะถูกส่งไปยังไดโนดตัวที่สอง ซึ่งพวกมันยังทำให้อิเล็กตรอนทุติยภูมิหลุดออกไปด้วย ฯลฯ จากไดโนดหนึ่งไปอีกไดโนด จำนวนอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น s เท่า เมื่อผ่านไดโนดทั้งระบบ การไหลของอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น 5-7 ลำดับความสำคัญและไปถึงขั้วบวก - อิเล็กโทรดสะสมของโฟโตมัลติพลายเออร์ หากโฟโตมัลติพลายเออร์ทำงานในโหมดปัจจุบัน อุปกรณ์ที่ขยายและวัดกระแสจะรวมอยู่ในวงจรแอโนด เมื่อบันทึกรังสีนิวเคลียร์ มักจะจำเป็นต้องวัดจำนวนพัลส์ที่เกิดจากอนุภาคไอออไนซ์ เช่นเดียวกับแอมพลิจูดของพัลส์เหล่านี้ ในกรณีเหล่านี้ ความต้านทานจะเชื่อมต่อกับวงจรแอโนดซึ่งเกิดพัลส์แรงดันไฟฟ้า

รูปที่ 4 แสดงการออกแบบแผนผังของโฟโตมัลติพลายเออร์ ไฟฟ้าแรงสูงที่จ่ายให้กับโฟโตมัลติพลายเออร์นั้นเชื่อมต่อกับแคโทดด้วยขั้วลบและกระจายระหว่างอิเล็กโทรดทั้งหมด ความต่างศักย์ระหว่างแคโทดและไดอะแฟรมทำให้มั่นใจได้ว่าโฟโตอิเล็กตรอนจะโฟกัสไปที่อิเล็กโทรดตัวคูณตัวแรก

ค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยทุติยภูมิที่ค่อนข้างดีคือ s= 5 ค่าสูงสุดของ s สำหรับตัวปล่อยพลวง-ซีเซียมจะได้ที่พลังงานอิเล็กตรอน 350ø400 ทุกๆวันและสำหรับตัวปล่อยโลหะผสม - ที่500ธ550 ev.ในกรณีแรก s= 12э14 ในกรณีที่สอง s=7э10 ในโหมดการทำงานของโฟโตมัลติพลายเออร์ ค่า s จะน้อยกว่าเล็กน้อย

ข้อกำหนดต่อไปนี้ใช้กับการออกแบบเครื่องนับแสงแวววาว:

• การกระจายแสงสม่ำเสมอตามโฟโตแคโทด
• ไม่มีอิทธิพลของสนามแม่เหล็ก
• คอลเลกชันที่ดีที่สุดของแสงแวววาวที่โฟโตแคโทด
• ความมืดจากแสงจากแหล่งภายนอก
• เสถียรภาพของกำไร PMT

เมื่อใช้ตัวนับรังสีเรืองแสงวาบ จำเป็นอย่างยิ่งเสมอที่จะได้อัตราส่วนสูงสุดของแอมพลิจูดของพัลส์สัญญาณต่อแอมพลิจูดของพัลส์สัญญาณรบกวน ซึ่งบังคับให้ใช้ความเข้มของแสงวาบที่เกิดขึ้นในเครื่องเรืองแสงวาบอย่างเหมาะสมที่สุด

PMT ได้รับพลังงานโดยใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้สามารถนำศักย์ที่สอดคล้องกันไปใช้กับอิเล็กโทรดแต่ละตัวได้ ขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟเชื่อมต่อกับโฟโตแคโทดและที่ปลายด้านหนึ่งของตัวแบ่ง ขั้วบวกและปลายอีกด้านของตัวกั้นจะต่อสายดิน ความต้านทานของตัวแบ่งจะถูกเลือกในลักษณะที่ทำให้ได้โหมดการทำงานที่เหมาะสมที่สุดของ PMT เพื่อความเสถียรที่มากขึ้น กระแสที่ไหลผ่านตัวแบ่งควรมีลำดับความสำคัญสูงกว่ากระแสอิเล็กตรอนที่ไหลผ่าน PMT

ข้าว. 6. การเชื่อมต่อโฟโตมัลติพลายเออร์กับตัวเรืองแสงวาบชนิดของเหลว

1-สารเรืองแสงวาบชนิดของเหลว;

เคสป้องกันแสง 3 ดวง

เมื่อตัวนับแสงแวววาวทำงานในโหมดพัลส์ ค่าจะสั้น (~10 -8 วินาที)พัลส์ซึ่งแอมพลิจูดอาจเป็นหลายหน่วยหรือหลายสิบโวลต์ ในกรณีนี้ ศักย์ที่ไดโนดตัวสุดท้ายอาจประสบกับการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน เนื่องจากกระแสที่ผ่านตัวแบ่งไม่มีเวลาที่จะเติมประจุที่อิเล็กตรอนพาออกไปจากน้ำตก เพื่อหลีกเลี่ยงความผันผวนที่อาจเกิดขึ้น ความต้านทานสองสามตัวสุดท้ายของตัวแบ่งจะถูกปัดด้วยตัวเก็บประจุ โดยการเลือกศักย์ไฟฟ้าบนไดโนด เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยจะถูกสร้างขึ้นเพื่อรวบรวมอิเล็กตรอนบนไดโนดเหล่านี้ กล่าวคือ มีการใช้ระบบออปติกอิเล็กตรอนเฉพาะที่สอดคล้องกับโหมดที่เหมาะสมที่สุด

ในระบบออปติกอิเล็กตรอน วิถีโคจรของอิเล็กตรอนไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนของศักย์ไฟฟ้าที่อิเล็กโทรดทั้งหมดที่สร้างระบบออปติกอิเล็กตรอนนี้ ในทำนองเดียวกันในตัวคูณ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายเปลี่ยนแปลง เฉพาะค่าเกนเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง แต่คุณสมบัติทางแสงของอิเล็กตรอนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

เมื่อศักยภาพของไดโนด PMT เปลี่ยนแปลงอย่างไม่เป็นสัดส่วน เงื่อนไขในการโฟกัสอิเล็กตรอนในบริเวณที่สัดส่วนถูกละเมิดจะเปลี่ยนไป สถานการณ์นี้ใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพของกำไรจากตัวคูณแสงด้วยตนเอง เพื่อจุดประสงค์นี้จึงมีศักยภาพ

ข้าว. 7. ส่วนหนึ่งของวงจรแบ่ง

ไดโนดตัวใดตัวหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับศักยภาพของไดโนดตัวก่อนหน้านั้นจะถูกตั้งค่าคงที่ ไม่ว่าจะด้วยความช่วยเหลือของแบตเตอรี่เพิ่มเติมหรือด้วยความช่วยเหลือของตัวแบ่งที่เสถียรเพิ่มเติม รูปที่ 7 แสดงส่วนหนึ่งของวงจรตัวแบ่งซึ่งมีการเชื่อมต่อแบตเตอรี่เพิ่มเติมระหว่างไดโนด D 5 และ D 6 (คุณ ข = 90 วี)เพื่อให้ได้ผลการรักษาเสถียรภาพในตัวเองที่ดีที่สุด จำเป็นต้องเลือกค่าความต้านทาน อาร์".โดยปกติ อาร์"มากกว่า ร 3-4 ครั้ง.

แม้ว่าไม่มีการฉายรังสีภายนอกในตัวนับการเรืองแสงวาบ ก็อาจมีพัลส์จำนวนมากปรากฏขึ้นที่เอาต์พุต PMT พัลส์เหล่านี้มักจะมีแอมพลิจูดเล็กและเรียกว่าพัลส์เสียง

พัลส์สัญญาณรบกวนจำนวนมากที่สุดเกิดจากการปรากฏของอิเล็กตรอนเทอร์โมนิกจากโฟโตแคโทดหรือแม้แต่จากไดโนดตัวแรก เพื่อลดเสียงรบกวนของโฟโตมัลติพลายเออร์ มักใช้การระบายความร้อน เมื่อลงทะเบียนการแผ่รังสีที่สร้างพัลส์แอมพลิจูดขนาดใหญ่ ตัวแยกแยะจะรวมอยู่ในวงจรการบันทึกที่ไม่อนุญาตให้พัลส์เสียงผ่าน

ข้าว. 5. วงจรลดสัญญาณรบกวน PMT

ลองพิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้:

ในการบันทึกพัลส์ที่มีแอมพลิจูดเทียบได้กับพัลส์เสียง มีเหตุผลที่จะใช้ตัวเรืองแสงวาบหนึ่งตัวที่มีโฟโตมัลติพลายเออร์สองตัวรวมอยู่ในวงจรบังเอิญ (รูปที่ 5)

จากนั้นจะมีการเลือกพัลส์ชั่วคราวที่เกิดจากอนุภาคที่ตรวจพบ - แสงวาบที่เกิดขึ้นในตัวเรืองแสงวาบจากอนุภาคที่ตรวจพบจะกระทบกับโฟโตแคโทดของโฟโตมัลติพลายเออร์ทั้งสองพร้อมกัน และพัลส์จะปรากฏขึ้นที่เอาท์พุตพร้อมกัน ส่งผลให้วงจรบังเอิญทำงาน อนุภาคจะถูกลงทะเบียน พัลส์สัญญาณรบกวนในโฟโตมัลติพลายเออร์แต่ละตัวจะปรากฏแยกจากกัน และส่วนใหญ่มักจะไม่ถูกบันทึกโดยวงจรบังเอิญ วิธีการนี้ทำให้สามารถลดพื้นหลังที่แท้จริงของตัวคูณแสงได้ 2-3 ลำดับความสำคัญ

จำนวนพัลส์สัญญาณรบกวนขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และเพิ่มขึ้นตามการเติบโตในตอนแรกค่อนข้างช้าจากนั้นการเพิ่มขึ้นจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สาเหตุของการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในพื้นหลังนี้คือการปล่อยสนามจากขอบแหลมของอิเล็กโทรดและการเกิดปฏิกิริยาป้อนกลับไอออนระหว่างไดโนดสุดท้ายและโฟโตแคโทดของโฟโตมัลติพลายเออร์

การเรืองแสงของทั้งก๊าซและวัสดุโครงสร้างที่ตกค้างเกิดขึ้นได้ในบริเวณขั้วบวก การเรืองแสงที่อ่อนแอที่เกิดขึ้นรวมถึงการป้อนกลับแบบไอออนิกทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าพัลส์ประกอบซึ่งเว้นระยะห่างจากพัลส์หลัก 10 -8 ธ 10 -7 วินาที

เครื่องเรืองแสงวาบไม่สามารถวางโดยตรงบนโฟโตแคโทดของโฟโตมัลติพลายเออร์ในการทดลองบางอย่าง ตัวอย่างเช่น เมื่อทำการวัดในสุญญากาศ ในสนามแม่เหล็ก ในสนามแรงของการแผ่รังสีไอออไนซ์ จากนั้นตัวนำแสงจะถูกนำมาใช้เพื่อส่งแสงจากเครื่องเรืองแสงวาบไปยัง โฟโตแคโทด แท่งขัดเงาที่ทำจากวัสดุโปร่งใส เช่น Lucite, ลูกแก้ว, โพลีสไตรีน รวมถึงท่อโลหะหรือลูกแก้วที่เติมของเหลวใสใช้เป็นตัวนำแสง การสูญเสียแสงในตัวนำแสงขึ้นอยู่กับขนาดทางเรขาคณิตและวัสดุ การทดลองบางอย่างจำเป็นต้องใช้ตัวนำทางแสงแบบโค้ง ควรใช้ตัวนำทางแสงที่มีรัศมีความโค้งมาก เส้นนำแสงยังทำให้สามารถเชื่อมต่อตัวเรืองแสงวาบและตัวคูณแสงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันได้ ในกรณีนี้จะใช้ท่อไฟรูปทรงกรวย PMT ถูกควบคู่กับเครื่องเรืองแสงวาบชนิดของเหลวโดยผ่านตัวนำแสงหรือโดยการสัมผัสโดยตรงกับของเหลว รูปที่ 6 แสดงตัวอย่างของการควบคู่โฟโตมัลติพลายเออร์กับตัวเรืองแสงวาบชนิดของเหลว ในโหมดการทำงานต่างๆ PMT จะได้รับแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 1,000 ถึง 2,500 วี.เนื่องจากอัตราขยายของ PMT ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าอย่างมาก แหล่งจ่ายกระแสไฟจึงต้องมีความเสถียรอย่างดี นอกจากนี้ยังสามารถรักษาเสถียรภาพในตัวเองได้

โดยทั่วไป สารเรืองแสงวาบถูกบรรจุในภาชนะโลหะที่ปลายด้านหนึ่งปิดด้วยกระจกแบน ระหว่างภาชนะและตัวเรืองแสงวาบจะมีชั้นของวัสดุที่สะท้อนแสงและช่วยให้หลุดออกได้อย่างสมบูรณ์ที่สุด แมกนีเซียมออกไซด์ (0.96), ไทเทเนียมไดออกไซด์ (0.95), ยิปซั่ม (0.85-0.90) มีการสะท้อนแสงมากที่สุด; อลูมิเนียมก็ใช้ (0.55-0.85)

ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับบรรจุภัณฑ์อย่างระมัดระวังของสารเรืองแสงวาบดูดความชื้น ตัวอย่างเช่น ฟอสฟอรัส NaJ (Tl) ที่ใช้กันมากที่สุดนั้นมีความสามารถในการดูดความชื้นได้มากและเมื่อความชื้นแทรกซึมเข้าไปในฟอสฟอรัส NaJ (Tl) จะกลายเป็นสีเหลืองและสูญเสียคุณสมบัติการเป็นประกายแวววาว ตัวเรืองแสงวาบพลาสติกไม่จำเป็นต้องบรรจุในภาชนะสุญญากาศ แต่เพื่อเพิ่มการสะสมของแสง คุณสามารถล้อมรอบตัวเรืองแสงวาบด้วยตัวสะท้อนแสงได้ ของแข็งเรืองแสงวาบทั้งหมดต้องมีหน้าต่างทางออกที่ปลายด้านใดด้านหนึ่ง ซึ่งเชื่อมต่อกับโฟโตแคโทดของ PMT อาจสูญเสียความเข้มของแสงแวววาวที่จุดเชื่อมต่ออย่างมีนัยสำคัญ เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียเหล่านี้ น้ำมันบัลซัม น้ำมันแร่ หรือซิลิโคนของแคนาดาจึงถูกนำมาใช้ระหว่างตัวเรืองแสงวาบและ PMT และสร้างหน้าสัมผัสทางแสงขึ้น

เป็นครั้งแรกที่มีการถ่ายภาพร่องรอยของอนุภาคไอออไนซ์ในสารเรืองแสงโดยใช้ตัวแปลงอิเล็กตรอน-ออปติคอล (EOCs) ที่มีความไวสูง ดำเนินการในปี 1952 โดยนักฟิสิกส์โซเวียต Zavoisky การทดลองครั้งแรกดำเนินการโดยใช้ผลึก CsJ(Tl)

วิธีการตรวจจับอนุภาคนี้เรียกว่ากล้องฟลูออเรสเซนต์ ซึ่งมีความละเอียดของเวลาสูง

ทุกวันนี้ เพื่อสร้างห้องเรืองแสงนั้น มีการใช้ตัวเรืองแสงที่เป็นพลาสติกในรูปแบบของแท่งยาวบาง (เกลียว) ซึ่งเรียงซ้อนกันเป็นแถวเพื่อให้เกลียวในสองแถวที่อยู่ติดกันนั้นอยู่ในมุมฉากซึ่งกันและกัน สิ่งนี้ทำให้มีความเป็นไปได้ของการสังเกตสามมิติเพื่อสร้างวิถีโคจรเชิงพื้นที่ของอนุภาคขึ้นมาใหม่ รูปภาพจากแต่ละกลุ่มของเธรดที่ตั้งฉากกันทั้งสองกลุ่มจะถูกส่งไปยังตัวแปลงออปติคัลอิเล็กตรอนที่แยกจากกัน ด้ายยังทำหน้าที่เป็นตัวนำแสงด้วย แสงจะได้รับจากเส้นด้ายเหล่านั้นที่อนุภาคตัดผ่านเท่านั้น แสงนี้ส่องออกมาจากปลายด้ายที่ถ่ายไว้ ระบบผลิตขึ้นโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวแต่ละตัวตั้งแต่ 0.5 ถึง 1.0 มม.

การศึกษาคุณลักษณะควอนตัมของสถานะตื่นเต้นของนิวเคลียสเป็นหนึ่งในภารกิจหลักของฟิสิกส์นิวเคลียร์ นิวเคลียสที่เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีหรือในปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่างๆ มักจะพบว่าตัวเองอยู่ในสภาวะตื่นเต้น ลักษณะที่สำคัญมากของสภาวะตื่นเต้นของนิวเคลียสคืออายุการใช้งานของมัน ทีการรู้ค่านี้จะทำให้ได้รับข้อมูลมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของนิวเคลียส

นิวเคลียสของอะตอมสามารถอยู่ในสถานะตื่นเต้นได้ในเวลาที่ต่างกัน มีวิธีการต่างๆ ในการวัดเวลาเหล่านี้ เครื่องนับการเรืองแสงวาบได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสะดวกมากในการวัดอายุการใช้งานของระดับนิวเคลียร์ตั้งแต่หลายวินาทีไปจนถึงเสี้ยววินาทีที่น้อยมาก

เพื่อเป็นตัวอย่างของการใช้เครื่องนับซินทิลเลชันเพื่อวัดอายุการใช้งานของสภาวะตื่นเต้นของนิวเคลียส เราจะพิจารณาวิธีการเกิดเหตุการณ์บังเอิญแบบล่าช้า

ปล่อยให้นิวเคลียส A (ดูรูปที่ 10) เปลี่ยนเป็นนิวเคลียสโดยการสลายตัวของ b ในในสภาวะตื่นเต้น ซึ่งจะปล่อยพลังงานส่วนเกินให้กับการปล่อย g-quanta สองตัวตามลำดับ (g 1,g 2) จำเป็นต้องกำหนดอายุการใช้งานของสภาวะตื่นเต้น ฉัน.

สารเตรียมที่มีไอโซโทป A ได้รับการติดตั้งระหว่างเคาน์เตอร์สองตัวที่มีผลึก NaJ(Tl) (รูปที่ 8) พัลส์ที่สร้างขึ้นที่เอาต์พุต PMT จะถูกป้อนไปยังวงจรบังเอิญที่รวดเร็วด้วยเวลาการแก้ไขที่ ~10 -8 -10 -7 วินาทีนอกจากนี้ พัลส์ยังถูกป้อนไปยังแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้น จากนั้นจึงป้อนไปยังเครื่องวิเคราะห์แอมพลิจูด หลังได้รับการกำหนดค่าในลักษณะที่ส่งพัลส์ของแอมพลิจูดที่แน่นอน เพื่อจุดประสงค์ของเราคือ เพื่อจุดประสงค์ในการวัดอายุการใช้งานของระดับ ฉัน(ดูรูปที่ 10) เครื่องวิเคราะห์แอมพลิจูด เอไอจะต้องผ่านเฉพาะพัลส์ที่สอดคล้องกับพลังงานของควอนตัม g 1 และเครื่องวิเคราะห์ AAII-g 2 .

รูปที่ 8. แผนผังสำหรับการพิจารณา

ตลอดชีวิตของสภาวะตื่นเต้นของนิวเคลียส

ถัดไป พัลส์จากเครื่องวิเคราะห์ รวมถึงจากวงจรความบังเอิญที่รวดเร็ว จะถูกป้อนไปยังพัลส์ที่ช้า (t~10 -6 วินาที)รูปแบบความบังเอิญสามเท่า การทดลองนี้เป็นการศึกษาการขึ้นต่อกันของจำนวนความบังเอิญสามเท่ากับค่าการหน่วงเวลาของพัลส์ที่รวมอยู่ในช่องแรกของวงจรความบังเอิญแบบเร็ว โดยปกติแล้ว พัลส์จะหน่วงเวลาโดยใช้สิ่งที่เรียกว่าเส้นหน่วงเวลาแปรผัน LZ (รูปที่ 8) เส้นหน่วงเวลาจะต้องเชื่อมต่อกับช่องสัญญาณที่ตรวจพบควอนตัม g 1 พอดี เนื่องจากมันปล่อยออกมาก่อนควอนตัม g 2 จากผลการทดลองจะมีการสร้างกราฟกึ่งลอการิทึมของการพึ่งพาจำนวนความบังเอิญสามครั้งกับเวลาหน่วงเวลา (รูปที่ 9) และจากนี้ไป อายุการใช้งานของระดับความตื่นเต้นจะถูกกำหนด ฉัน(เหมือนกับเมื่อพิจารณาครึ่งชีวิตโดยใช้เครื่องตรวจจับตัวเดียว)

การใช้เครื่องนับเรืองแสงวาบกับคริสตัล NaJ(Tl) และรูปแบบความบังเอิญที่ถือว่าเร็ว-ช้า ทำให้สามารถวัดอายุการใช้งานที่ 10 -7 -10 -9 วินาทีหากคุณใช้ซินทิเลเตอร์อินทรีย์ที่เร็วขึ้น คุณสามารถวัดอายุการใช้งานที่สั้นลงของสภาวะตื่นเต้นได้ (มากถึง 10 -11 วินาที).

รูปที่ 9. ขึ้นอยู่กับจำนวนการแข่งขันกับค่าความล่าช้า

คุณสมบัติเกือบทั้งหมดของนิวทริโนซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานที่ลึกลับที่สุดได้มาจากข้อมูลทางอ้อม

นิวตริโนสามารถเดินทางผ่านสสารที่มีความหนามหาศาลโดยไม่ต้องมีปฏิสัมพันธ์กับมัน ในระหว่างการสลายตัวของนิวเคลียสของกัมมันตรังสี นิวตริโนสองชนิดจะถูกปล่อยออกมา ดังนั้น ในระหว่างการสลายตัวของโพซิตรอน นิวเคลียสจะปล่อยโพซิตรอน (แอนติพาร์ติคัล) และนิวตริโน (n-อนุภาค) ในระหว่างการสลายตัวของอิเล็กตรอน จะปล่อยอิเล็กตรอน (อนุภาค) และแอนตินิวตริโน (`n-ปฏิติคัล) ออกมา

การทดลองบางอย่างแนะนำว่า... ทฤษฎีสมัยใหม่ของการสลายตัวของบีสันนิษฐานว่ามวลนิวตริโน mn เป็นศูนย์ การหมุนของนิวตริโนคือ 1/2 โมเมนต์แม่เหล็ก<10 -9 магнетона Бора. Электрический заряд равен нулю.

ความหวังในการตรวจหาแอนตินิวตริโนได้รับแรงบันดาลใจจากการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งมีนิวเคลียสจำนวนมากที่มีนิวตรอนส่วนเกินเกิดขึ้น นิวเคลียสที่มีนิวตรอนอุดมด้วยนิวตรอนทั้งหมดจะสลายตัวไปตามการปล่อยอิเล็กตรอน และเป็นผลให้แอนตินิวตริโนเกิดขึ้น ใกล้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีกำลังหลายแสนกิโลวัตต์ ฟลักซ์แอนตินิวตริโนคือ 10 13 ซม. -2 วินาที -1 -การไหลที่มีความหนาแน่นมหาศาล และโดยการเลือกเครื่องตรวจจับแอนตินิวตริโนที่เหมาะสม เราสามารถลองตรวจจับพวกมันได้ ความพยายามดังกล่าวเกิดขึ้นโดย Raines และ Cowan ในปี 1954 ผู้เขียนใช้ปฏิกิริยาต่อไปนี้:

n+ p ® n + e + (1)

ผลิตภัณฑ์อนุภาคของปฏิกิริยานี้คือโพซิตรอนและนิวตรอน ซึ่งสามารถลงทะเบียนได้

สารเรืองแสงวาบชนิดเหลว ปริมาตร ~1 ม. 3โดยมีปริมาณไฮโดรเจนสูง อิ่มตัวด้วยแคดเมียมซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องตรวจจับและในขณะเดียวกันก็เป็นเป้าหมายของไฮโดรเจน โพซิตรอนที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยา (1) ถูกทำลายออกเป็นสองกรัมควอนตัมด้วยพลังงาน 511 เควีแต่ละครั้งทำให้เกิดแสงแวววาวอันแรกปรากฏขึ้น นิวตรอนเคลื่อนที่ช้าลงภายในไม่กี่วินาทีและถูกจับโดยแคดเมียม ระหว่างการจับโดยแคดเมียมนี้ มีรังสีเกรย์หลายตัวถูกปล่อยออกมาโดยมีพลังงานรวมประมาณ 9 Mev.ผลก็คือ เกิดวาบครั้งที่สองในเครื่องเรืองแสงวาบ วัดความบังเอิญที่ล่าช้าของพัลส์ทั้งสอง ในการบันทึกแสงวาบ เครื่องเรืองแสงวาบชนิดเหลวถูกล้อมรอบด้วยตัวคูณแสงจำนวนมาก

อัตราการนับของเหตุบังเอิญที่ล่าช้าคือสามครั้งต่อชั่วโมง จากข้อมูลเหล่านี้พบว่าหน้าตัดของปฏิกิริยา (รูปที่ 1) s = (1.1 ± 0.4) 10 -43 ซม. 2,ซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่คำนวณได้

ปัจจุบันมีการใช้เครื่องนับการเรืองแสงวาบขนาดใหญ่มากในการทดลองจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการทดลองเกี่ยวกับการวัดฟลักซ์รังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาจากมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ

ตัวนับการแวววาวของแก๊สกลายเป็นเรื่องสะดวกมากสำหรับการบันทึกชิ้นส่วนฟิชชัน คุณสมบัติที่สำคัญมากของตัวนับการเรืองแสงวาบของแก๊สคือความไวต่ำต่อรังสีเอกซ์ เนื่องจากลักษณะของอนุภาคที่มีประจุหนักมักจะมาพร้อมกับฟลักซ์รังสีเอกซ์ที่รุนแรง

การทดลองเพื่อศึกษาภาคตัดขวางของฟิชชันเกิดขึ้นดังนี้: ชั้นขององค์ประกอบที่กำลังศึกษาถูกนำไปใช้กับสารตั้งต้นบางส่วนและฉายรังสีด้วยฟลักซ์นิวตรอน แน่นอนว่า ยิ่งใช้วัสดุฟิสไซล์มากเท่าไร เหตุการณ์ฟิชชันก็จะยิ่งเกิดขึ้นมากขึ้นเท่านั้น แต่เนื่องจากโดยปกติแล้วสารฟิสไซล์ (เช่น ธาตุทรานยูเรเนียม) เป็นตัวปล่อยรังสี การใช้สารเหล่านี้ในปริมาณมากจึงเป็นเรื่องยากเนื่องจากมีพื้นหลังขนาดใหญ่จากอนุภาค a และถ้ามีการศึกษาเหตุการณ์ฟิชชันโดยใช้ห้องไอออไนเซชันแบบพัลส์ ก็เป็นไปได้ที่จะซ้อนพัลส์จากอนุภาค a บนพัลส์ที่เกิดจากชิ้นส่วนฟิชชัน

เฉพาะอุปกรณ์ที่มีความละเอียดเวลาดีกว่าเท่านั้นที่จะอนุญาตให้ใช้วัสดุฟิสไซล์ปริมาณมากโดยไม่ต้องวางพัลส์ทับกัน ในเรื่องนี้ ตัวนับการเรืองแสงวาบของแก๊สมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือห้องไอออไนเซชันแบบพัลส์ เนื่องจากระยะเวลาของพัลส์ของห้องหลังคือ 2-3 ลำดับความสำคัญนานกว่าของตัวนับความแวววาวของแก๊ส

แอมพลิจูดของพัลส์จากชิ้นส่วนฟิชชันมีขนาดใหญ่กว่าแอมพลิจูดจากอนุภาค a มาก ดังนั้นจึงสามารถแยกออกได้อย่างง่ายดายโดยใช้เครื่องวิเคราะห์แอมพลิจูด

มีการใช้เทคโนโลยีการแผ่รังสีนิวเคลียร์ซึ่งมีพลังทะลุทะลวงสูงมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องในท่อ ราง และบล็อกโลหะขนาดใหญ่อื่นๆ

เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ จะใช้แหล่งกำเนิดรังสีจีและเครื่องตรวจจับรังสีเกรย์ เครื่องตรวจจับที่ดีที่สุดในกรณีนี้คือเครื่องนับการเรืองแสงวาบ ซึ่งมีประสิทธิภาพในการลงทะเบียนสูง

การทดลองประเภทนี้มีการนำเสนอดังนี้ แหล่งกำเนิดรังสีถูกวางไว้ในภาชนะตะกั่ว ซึ่งมีลำแสงสีเทาแคบๆ โผล่ออกมาผ่านรูคอลลิเมเตอร์ ทำให้หลอดส่องสว่างที่ด้านตรงข้ามซึ่งมีการติดตั้งตัวนับการเรืองแสงวาบไว้ แหล่งกำเนิดและตัวนับวางอยู่บนกลไกที่เคลื่อนย้ายได้ซึ่งช่วยให้สามารถเคลื่อนย้ายไปตามท่อและหมุนรอบแกนของมันด้วย เมื่อผ่านวัสดุท่อ ลำแสงรังสีเอกซ์จะถูกดูดซับบางส่วน ถ้าไปป์เป็นเนื้อเดียวกัน การดูดซับจะเท่ากันทุกที่ และเครื่องนับจะบันทึกจำนวน g-quanta ที่เท่ากัน (โดยเฉลี่ย) ต่อหน่วยเวลาเสมอ แต่หากมีเปลือกอยู่ในบางจุดของไปป์ ดังนั้น g -รังสีจะถูกดูดซับในบริเวณนี้น้อยลง และความเร็วในการนับจะเพิ่มขึ้น ตำแหน่งของอ่างล้างจานจะถูกเปิดเผย

นอกเหนือจากที่แสดงรายการไว้ข้างต้น สามารถให้ตัวอย่างมากมายของการใช้ตัวนับรังสีเรืองแสงวาบดังกล่าวได้

วรรณกรรม:

1. เจ.เบิร์คส์. เคาน์เตอร์ประกาย ม. อิลลินอยส์ 2498
2. V.O. Vyazemsky, I.I. โลโมโนซอฟ, วี.เอ. รูซิน. วิธีการเรืองแสงวาบในการวัดด้วยรังสี ม. โกซาโตมิซดาต 2504.
3. ยอ. เอโกรอฟ วิธีการกลั่นรังสีแกมมาและสเปกโตรเมทรีนิวตรอนเร็ว ม., อะตอมมิสดาต, 1963.
4. ป.ล. ทิชกิน. วิธีทดลองฟิสิกส์นิวเคลียร์ (เครื่องตรวจจับรังสีนิวเคลียร์)

สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเลนินกราด, 2513

5 จี.เอส. ลันด์สเบิร์ก. หนังสือเรียนฟิสิกส์เบื้องต้น (เล่ม 3) M., Nauka, 1971