เคาน์เตอร์ประกาย เคาน์เตอร์ประกาย

ซินทิลเลเตอร์- สารที่มีความสามารถในการเปล่งแสงเมื่อดูดซับรังสีไอออไนซ์ (แกมมาควอนต้า, อิเล็กตรอน, อนุภาคอัลฟา ฯลฯ ) ตามกฎแล้ว จำนวนโฟตอนที่ปล่อยออกมาสำหรับรังสีประเภทหนึ่งๆ จะเป็นสัดส่วนโดยประมาณกับพลังงานที่ดูดซับ ซึ่งช่วยให้สามารถรับสเปกตรัมพลังงานของรังสีนั้นได้ เครื่องตรวจจับรังสีนิวเคลียร์แบบเรืองแสงวาบเป็นการใช้งานหลักของตัวเรืองแสงวาบ ในเครื่องตรวจจับแสงวาบ แสงที่ปล่อยออกมาในระหว่างการส่องแสงแวววาวจะถูกรวบรวมไว้ที่เครื่องตรวจจับแสง (ตามกฎแล้ว นี่คือโฟโตแคโทดของหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ - PMT; โฟโตไดโอดและเครื่องตรวจจับแสงอื่น ๆ จะถูกใช้บ่อยน้อยกว่ามาก) แปลงเป็นพัลส์ปัจจุบัน ขยายและ บันทึกโดยระบบบันทึกอย่างใดอย่างหนึ่ง

ลักษณะของรังสีเรืองแสงวาบ

เอาต์พุตแสง

แสงที่ส่งออกไปคือจำนวนโฟตอนที่ปล่อยออกมาโดยตัวเรืองแสงวาบเมื่อมีการดูดซับพลังงานจำนวนหนึ่ง (โดยปกติแล้ว 1 มีวี). เอาท์พุตแสงขนาดใหญ่ถือเป็น 50-70,000 โฟตอนต่อ MeV อย่างไรก็ตาม ในการตรวจจับอนุภาคพลังงานสูง ก็สามารถใช้รังสีชนิดเรืองแสงวาบที่มีเอาต์พุตแสงน้อยกว่ามาก (เช่น ตะกั่ว tungstate) ได้เช่นกัน

สเปกตรัมการส่องสว่าง

สเปกตรัมการแผ่รังสีจะต้องปรับให้เหมาะสมที่สุดกับความไวแสงของเครื่องตรวจจับแสงที่ใช้ เพื่อไม่ให้สูญเสียแสงส่วนเกิน สเปกตรัมการส่องสว่างซึ่งไม่สอดคล้องกับความไวของเครื่องรับ ส่งผลเสียต่อความละเอียดของพลังงาน

ความละเอียดของพลังงาน

แม้ว่าอนุภาคที่มีพลังงานเท่ากันจะถูกดูดซับ แอมพลิจูดของพัลส์ที่เอาท์พุตของเครื่องตรวจจับแสงของเครื่องตรวจจับแสงวาบจะแตกต่างกันไปในแต่ละเหตุการณ์ นี่เป็นเพราะ 1) ลักษณะทางสถิติของกระบวนการรวบรวมโฟตอนที่เครื่องตรวจจับแสงและการขยายที่ตามมา 2) ถึง ความน่าจะเป็นที่แตกต่างกันการส่งโฟตอนไปยังเครื่องตรวจจับแสงจากจุดต่างๆ ของตัวเรืองแสงวาบ 3) ด้วยการแพร่กระจายของจำนวนโฟตอนที่ปล่อยออกมา ด้วยเหตุนี้ ในสเปกตรัมที่รวบรวมไว้ เส้น (ซึ่งสำหรับตัวตรวจจับในอุดมคติจะเป็นตัวแทนของฟังก์ชันเดลต้า) กลับกลายเป็นเบลอ ซึ่งมักจะแสดงเป็นเกาส์เซียนที่มีการกระจาย σ 2 ความละเอียดของพลังงานของเครื่องตรวจจับวัดโดยซิกมา (รากที่สองของการกระจายตัว) และบ่อยครั้งกว่านั้นคือวัดความกว้างเต็มที่ที่ครึ่งหนึ่งสูงสุด (FWHM) ความกว้างเต็มบนครึ่งสูงสุด; บางครั้งเรียกว่าครึ่งความกว้าง) หมายถึงค่ามัธยฐานของเส้นและแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ FWHM เกาส์เซียน อิน 2 2 ln ⁡ 2 data 2 , 355 (\displaystyle 2(\sqrt (2\ln 2))\ประมาณ 2.355)มากกว่า σ เท่า เนื่องจากความละเอียดของพลังงานขึ้นอยู่กับพลังงาน (โดยปกติจะเป็นสัดส่วนกับ อี−1/2) ควรระบุเป็นพลังงานเฉพาะ ส่วนใหญ่แล้ว ความละเอียดจะแสดงถึงพลังงานของเส้นแกมมาซีเซียม-137 (661.7 keV)

เวลากระพริบ

กราฟการปล่อยรังสีโดยทั่วไปของตัวเรืองแสงวาบอนินทรีย์ที่ถูกกระตุ้นโดยการดูดซับอนุภาคที่มีประจุเร็ว หลังจากเกิดแสงวาบสว่างในระยะสั้น แสงเรืองแสงจะจางลงค่อนข้างช้า

เวลาที่พลังงานที่ดูดซับไว้ในเครื่องเรืองแสงวาบซึ่งตื่นเต้นจากการผ่านของอนุภาคที่มีประจุเร็วถูกแปลงเป็นการแผ่รังสีแสงเรียกว่าเวลาในการเปล่งแสง การขึ้นอยู่กับการเรืองแสงของรังสีเรืองแสงวาบตรงเวลาจากช่วงเวลาของการดูดกลืนอนุภาค (กราฟเรืองแสง) โดยปกติสามารถแสดงเป็นเลขชี้กำลังที่ลดลง หรือในกรณีทั่วไป เป็นผลรวมของเลขชี้กำลังที่ลดลงหลายรายการ:

I ∼ ∑ i A i exp ⁡ (− t / τ i) (\displaystyle \displaystyle I\sim \sum _(i)A_(i)\exp(-t/\tau _(i)))

คำศัพท์ในสูตรด้วย ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดแอมพลิจูด A i (\displaystyle \displaystyle A_(i))และเวลาคงที่ τ ฉัน (\displaystyle \tau _(i))แสดงคุณลักษณะของเวลารวมของการส่องสว่างของรังสีชนิดเรืองแสงวาบ หลังจากการส่องสว่างอย่างรวดเร็ว ตัวเรืองแสงวาบเกือบทั้งหมดจะมี "หาง" ของแสงระเรื่อที่ค่อยๆ สลายตัว ซึ่งมักเป็นผลเสียในแง่ของความละเอียดของเวลา และอัตราการนับอนุภาคที่ตรวจพบ

โดยทั่วไป ผลรวมของเลขยกกำลังหลายรายการในสูตรข้างต้นสามารถแสดงได้ด้วยความแม่นยำที่เพียงพอสำหรับการฝึกหัด โดยเป็นผลรวมของเลขยกกำลัง 2 รายการ:

I = A exp ⁡ (− t τ f) + B exp ⁡ (− t τ s) (\displaystyle I=A\exp \left(-(\frac (t)((\tau )_(f))) \right)+B\exp \left(-(\frac (t)((\tau )_(s)))\right))

ที่ไหน τ f (\displaystyle \tau _(f))ค่าคงที่เวลาของการส่องสว่าง "เร็ว" τ s (\displaystyle \tau _(s))ค่าคงที่เวลาของการส่องสว่าง "ช้า" เอ (\displaystyle A)และ B (\รูปแบบการแสดงผล B)- แอมพลิจูดของการเรืองแสงและแสงระเรื่อ ตามลำดับ

แอมพลิจูดของการเรืองแสงและแสงระเรื่อขึ้นอยู่กับพลังงานที่ดูดซับไว้ในตัวเรืองแสงวาบ ความสามารถในการแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาคเร็วและรังสีแกมมา ตัวอย่างเช่น ในรังสีชนิดเรืองแสงวาบที่ทำจากแบเรียมฟลูออไรด์เจือ แอมพลิจูดของการเรืองแสงที่เกิดจากการดูดกลืนควอนตัมแกมมาจะเกินกว่าแอมพลิจูดของการเรืองแสงที่เกิดจากการดูดกลืนอนุภาคอัลฟาอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อดูดซับ ซึ่งในทางกลับกัน ความกว้างของแสงระเรื่อมีชัย ปรากฏการณ์นี้ทำให้สามารถแยกแยะลักษณะของรังสีไอออไนซ์ได้

เวลาเปิดรับแสงโดยทั่วไปสำหรับรังสีเรืองแสงวาบอนินทรีย์มีตั้งแต่หลายร้อยนาโนวินาทีไปจนถึงสิบไมโครวินาที สารเรืองแสงวาบอินทรีย์ (พลาสติกและของเหลว) จะส่องสว่างภายในนาโนวินาที

ความแรงของรังสี

สารเรืองแสงวาบที่ถูกฉายรังสีจะค่อยๆ ลดลง ปริมาณรังสีที่รังสีเรืองแสงวาบสามารถทนได้โดยไม่ทำให้คุณสมบัติลดลงอย่างมีนัยสำคัญเรียกว่าความแรงของรังสี

ปัจจัยการดับ

อนุภาค จากธรรมชาติที่แตกต่างกันแต่ด้วยพลังงานเท่าเดิมเมื่อถูกดูดซับในตัวเรืองแสงวาบ แสงเหล่านี้จะให้แสงที่แตกต่างกันออกไป อนุภาคที่มีความหนาแน่นของไอออไนเซชันสูง (โปรตอน อนุภาคอัลฟา ไอออนหนัก เศษฟิชชัน) จะผลิตโฟตอนในตัวเรืองแสงวาบส่วนใหญ่น้อยกว่ารังสีแกมมา อนุภาคบีตา มิวออน หรือรังสีเอกซ์ อัตราส่วนของแสงที่ส่องสว่างของอนุภาคที่กำหนดต่อแสงที่ปล่อยออกมาของรังสีแกมมาที่มีพลังงานเท่ากันเรียกว่าปัจจัยการดับ (จากการดับภาษาอังกฤษ - "การดับ") ปัจจัยดับของอิเล็กตรอน (อนุภาคเบต้า) มักจะใกล้เคียงกับความสามัคคี ปัจจัยการดับของอนุภาคอัลฟาเรียกว่าอัตราส่วน α/β; สำหรับสารเรืองแสงวาบอินทรีย์หลายตัวมีค่าใกล้เคียง 0.1

ตัวเรืองแสงวาบอนินทรีย์

ส่วนใหญ่แล้ว ผลึกเดี่ยวอนินทรีย์ถูกใช้เป็นสารเรืองแสงวาบ บางครั้ง เพื่อเพิ่มแสงสว่าง จะมีการใส่สารกระตุ้น (หรือสารเจือปน) เข้าไปในคริสตัล ดังนั้น ในเครื่องเรืองแสงวาบ NaI(Tl) เมทริกซ์ผลึกของโซเดียม ไอโอไดด์จึงมีศูนย์กลางที่กระตุ้นการทำงานของแทลเลียม (สิ่งเจือปนที่ระดับหนึ่งในร้อยของเปอร์เซ็นต์) เรียกว่าแสงแวววาวที่เรืองแสงโดยไม่มีตัวกระตุ้น เป็นเจ้าของ.

ซินทิลเลเตอร์

	เวลา เน้น, เอ็มเคเอส	ขีดสุด สเปกตรัมการส่องสว่าง, นาโนเมตร	ค่าสัมประสิทธิ์ ประสิทธิภาพ (เกี่ยวข้องกับ ถึงแอนทราซีน)	บันทึก
นะ()	0,25	410	2,0	ดูดความชื้น
ซีเอสไอ()	0,5	560	0,6	เรืองแสง
ลี่()	1,2	450	0,2	ดูดความชื้นมาก
ลี่()				ดูดความชื้นมาก
สังกะสี()	1,0	450	2,0	ผง
ซีดีเอส()	1,0	760	2,0	เล็ก คริสตัลเดี่ยว

ตัวเรืองแสงเซรามิกอนินทรีย์

ตัวเรืองแสงวาบเซรามิกโปร่งใสได้มาจากวัสดุเซรามิกโปร่งใสโดยใช้ออกไซด์ Al 2 O 3 (Lukalox), Y 2 O 3 (Ittralox) และอนุพันธ์ของออกไซด์ Y 3 Al 5 O 12 และ YAlO 3 รวมถึง MgO, BeO

ตัวเรืองแสงวาบอินทรีย์

สารเรืองแสงชนิดอินทรีย์โดยปกติเป็นของผสมที่มีส่วนประกอบสองหรือสามองค์ประกอบ ศูนย์ฟลูออเรสเซนต์ปฐมภูมิรู้สึกตื่นเต้นเนื่องจากการสูญเสียพลังงานจากอนุภาคที่ตกกระทบ เมื่อสภาวะที่ตื่นเต้นเหล่านี้สลายไป แสงก็จะส่องเข้ามา

เคาน์เตอร์ประกายแวววาว,อุปกรณ์สำหรับบันทึกรังสีนิวเคลียร์และอนุภาคมูลฐาน (โปรตอน, นิวตรอน, อิเล็กตรอน, g-quanta, มีซอน ฯลฯ ) องค์ประกอบหลักซึ่งเป็นสารที่เรืองแสงภายใต้อิทธิพลของอนุภาคที่มีประจุ (ตัวเรืองแสงวาบ) และ หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (FEU) การสังเกตแสงวาบ (แวววาว) ด้วยสายตาภายใต้อิทธิพลของอนุภาคไอออไนซ์ (อนุภาค a, ชิ้นส่วนนิวเคลียร์ฟิชชัน) เป็นวิธีการหลักของฟิสิกส์นิวเคลียร์เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 (ซม. สปินทาริสโคป ). ต่อมา ส.ส. ถูกแทนที่อย่างสมบูรณ์ ห้องไอออไนเซชัน และ เคาน์เตอร์สัดส่วน. การกลับมาสู่ฟิสิกส์นิวเคลียร์ของเขาเกิดขึ้นในช่วงปลายทศวรรษที่ 40 เมื่อมีตัวคูณแสงแบบหลายขั้นตอนด้วย ค่าสัมประสิทธิ์ขนาดใหญ่การปรับปรุงความสามารถในการตรวจจับแสงวาบที่อ่อนมาก

หลักการทำงานของส.ส. มีลักษณะดังนี้: อนุภาคที่มีประจุที่ผ่านตัวเรืองแสงวาบ พร้อมด้วยไอออนไนซ์ของอะตอมและโมเลกุล กระตุ้นให้พวกมันตื่นเต้น เมื่อกลับสู่สถานะไม่ตื่นเต้น (พื้นดิน) อะตอมจะปล่อยโฟตอนออกมา (ดู การเรืองแสง ). โฟตอนกระทบกับแคโทด PMT ทำให้อิเล็กตรอนกระเด็นออกไป (ดู การปล่อยโฟโตอิเล็กตรอน ), เป็นผลให้พัลส์ไฟฟ้าปรากฏขึ้นที่ขั้วบวกของโฟโตมัลติพลายเออร์ ซึ่งจะถูกขยายและบันทึกเพิ่มเติม (ดูรูปที่ 1) ข้าว. ). การตรวจจับอนุภาคที่เป็นกลาง (นิวตรอน รังสีแกมมา) เกิดขึ้นผ่านอนุภาคที่มีประจุทุติยภูมิที่เกิดขึ้นระหว่างอันตรกิริยาของนิวตรอนและรังสีแกมมากับอะตอมของรังสีความร้อน

สารต่างๆ (ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ) ถูกใช้เป็นสารเรืองแสง พลาสติกที่ง่ายต่อการผลิต แปรรูปด้วยเครื่องจักร และก่อให้เกิดการเรืองแสงที่รุนแรงได้กลายเป็นที่แพร่หลาย คุณลักษณะที่สำคัญของรังสีเรืองแสงวาบคือเศษส่วนของพลังงานของอนุภาคที่ตรวจพบซึ่งถูกแปลงเป็นพลังงานแสง (ประสิทธิภาพการแปลง h) ค่าที่ใหญ่ที่สุดมีตัวเรืองแสงเป็นผลึก: NaI, Tl ที่ถูกกระตุ้น, แอนทราซีนและ ZnS ดร. คุณลักษณะที่สำคัญคือเวลาการปล่อยก๊าซ t ซึ่งถูกกำหนดโดยอายุการใช้งานในระดับที่ตื่นเต้น ความเข้มของการเรืองแสงหลังจากการผ่านของอนุภาคเปลี่ยนแปลงแบบทวีคูณ: , ที่ไหน ฉัน 0 - ความเข้มเริ่มต้น สำหรับรังสีเรืองแสงวาบส่วนใหญ่ จะอยู่ในช่วง 10 –9 - 10 –5 วินาที ในช่วงเวลาสั้นๆพลาสติกแสดงการเรืองแสง (ตารางที่ 1) ยิ่ง t เล็ก ระบบก็จะยิ่งทำงานเร็วขึ้นเท่านั้น

เพื่อให้แสงวาบถูกลงทะเบียนโดย PMT มีความจำเป็นที่สเปกตรัมการแผ่รังสีของรังสีชนิดเรืองแสงวาบเกิดขึ้นพร้อมกันกับบริเวณสเปกตรัมของความไวของโฟโตแคโทดของ PMT และวัสดุรังสีเรืองแสงวาบต้องโปร่งใสต่อการแผ่รังสีของมันเอง สำหรับการลงทะเบียน นิวตรอนช้า Li หรือ B ถูกเติมเข้าไปในตัวเรืองแสงวาบ ในการตรวจจับนิวตรอนเร็ว จะใช้ตัวเรืองแสงวาบที่มีไฮโดรเจนอยู่ (ดู เครื่องตรวจจับนิวตรอน ). สำหรับสเปกโตรเมตรีของ g-quanta และอิเล็กตรอนพลังงานสูง จะใช้ Nal (Tl) ซึ่งมีความหนาแน่นสูงและเลขอะตอมที่มีประสิทธิภาพสูง (ดู รังสีแกมมา ).

ส.ส. ทำด้วยตัวเรืองแสงวาบ ขนาดที่แตกต่างกัน- ปริมาณตั้งแต่ 1-2 มม 3 ต่อ 1-2 ม 3 . เพื่อไม่ให้ "สูญเสีย" แสงที่ปล่อยออกมาจึงเป็นสิ่งจำเป็น การติดต่อที่ดี PMT ด้วยรังสีชนิดเรืองแสงวาบ ในส. ไม่ ขนาดใหญ่สารเรืองแสงวาบถูกเชื่อมต่อโดยตรงกับโฟโตแคโทดของโฟโตมัลติพลายเออร์ ด้านอื่นๆ ทั้งหมดถูกปกคลุมด้วยชั้นของสารสะท้อนแสง (เช่น MgO, TiO 2) ในส. ขนาดใหญ่ใช้ คู่มือแสง (มักทำจากแก้วออร์แกนิกขัดเงา)

โฟโตมัลติพลายเออร์ที่มีไว้สำหรับตัวคูณโฟโตโวลตาอิกจะต้องมีประสิทธิภาพโฟโตแคโทดสูง (สูงถึง 2.5%) อัตราขยายสูง (10 8 -10 8) และเวลาในการรวบรวมอิเล็กตรอนสั้น (10 -8 วินาที) ด้วยความมั่นคงสูงในครั้งนี้ อย่างหลังทำให้สามารถบรรลุความละเอียดเวลา S. 10 –9 ปอนด์ วินาทีอัตราขยายที่สูงของตัวคูณด้วยแสง ร่วมกับระดับสัญญาณรบกวนภายในที่ต่ำ ทำให้สามารถบันทึกอิเล็กตรอนแต่ละตัวที่หลุดออกจากโฟโตแคโทดได้ สัญญาณที่ขั้วบวก PMT สามารถเข้าถึง 100 วี.

โต๊ะ 1. - คุณลักษณะของตัวเรืองแสงวาบที่เป็นของแข็งและของเหลวบางชนิด

ใช้ในเคาน์เตอร์เรืองแสง

สาร	ความหนาแน่น, กรัม/ซม.3	เวลาการส่องสว่าง, t, 10 -9 วินาที	ประสิทธิภาพการแปลง h, % (สำหรับอิเล็กตรอน)
คริสตัล
แอนทราซีน C 14 H 10
สติลเบเน C 14 H 12



ของเหลว
สารละลาย ร-เทอร์ฟีนิลในไซลีน (5 กรัม/ลิตร) โดยเติม POPOP 1 (0.1 กรัม/ลิตร)
สารละลาย ร-เทอร์ฟีนิลในโทลูอีน (4 กรัม/ลิตร) โดยเติม POPOP (0.1 กรัม/ลิตร)
พลาสติก
โพลีสไตรีนที่มีการเติม ร-เทอร์ฟีนิล (0.9%) และ a-NPO 2 (0.05 wt%)
โพลีไวนิลโทลูอีนด้วยการเติม 3.4% ร-เทอร์ฟีนิล และป๊อปป๊อป 0.1 % โดยน้ำหนัก

1 POPOR - 1,4-ได-เบนซีน 2 NPO - 2-(1-แนพทิล)-5-ฟีนิลลอกซาโซล

ข้อดีของระบบ: ประสิทธิภาพสูงในการลงทะเบียนอนุภาคต่างๆ (เกือบ 100%); ผลงาน; ความสามารถในการผลิตรังสีชนิดเรืองแสงวาบที่มีขนาดและโครงร่างที่แตกต่างกัน ความน่าเชื่อถือสูงและต้นทุนค่อนข้างต่ำ ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ S. s. ใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิสิกส์นิวเคลียร์ ฟิสิกส์อนุภาค และ รังสีคอสมิก, ในอุตสาหกรรม (การตรวจติดตามรังสี) ปริมาณรังสี, รังสีวิทยา, ธรณีวิทยา การแพทย์ ฯลฯ ข้อเสียของ S. s.: ความไวต่ำต่ออนุภาคพลังงานต่ำ (1 ปอนด์) เควี), ความละเอียดพลังงานต่ำ (ดู สเปกโตรมิเตอร์แบบเรืองแสง ).

เพื่อศึกษาอนุภาคที่มีประจุพลังงานต่ำ (< 0,1 Mev) และชิ้นส่วนนิวเคลียร์ฟิชชัน ก๊าซถูกใช้เป็นรังสีเรืองแสง (ตารางที่ 2) ก๊าซมีการพึ่งพาเชิงเส้นตรงของขนาดสัญญาณกับพลังงานของอนุภาคในช่วงพลังงานที่กว้าง ความเร็วของการกระทำ และความสามารถในการเปลี่ยนกำลังหยุดโดยการเปลี่ยนความดัน นอกจากนั้น แหล่งกำเนิดสามารถใส่เข้าไปในปริมาตรของแก๊สเรืองแสงวาบได้ อย่างไรก็ตาม เครื่องกำเนิดก๊าซเรืองแสงวาบต้องการก๊าซที่มีความบริสุทธิ์สูงและ PMT พิเศษที่มีหน้าต่างควอทซ์ (ส่วนสำคัญของแสงที่ปล่อยออกมานั้นอยู่ในบริเวณอัลตราไวโอเลต)

โต๊ะ 2. - ลักษณะของก๊าซบางชนิดที่ใช้เป็น

ตัวเรืองแสงวาบในตัวนับแสงแวววาว (ที่ความดัน 740 มม

rt. ศิลปะ.,สำหรับอนุภาคที่มีพลังงาน 4.7 Mev)

เวลาส่องสว่าง t,	ความยาวคลื่นที่ค่าสูงสุดของสเปกตรัม	ประสิทธิภาพการแปลง n, %



3× 10 –9

ความหมาย: Birke J., ตัวนับประกายระยิบระยับ, ทรานส์. จากภาษาอังกฤษ ม. 2498; Kalashnikova V.I. , Kozodaev M.S. , เครื่องตรวจจับอนุภาคมูลฐานในหนังสือ: วิธีการทดลองของฟิสิกส์นิวเคลียร์, M. , 1966; Ritson D. วิธีการทดลองทางฟิสิกส์พลังงานสูง ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ ม. 2507

สารานุกรมแห่งสหภาพโซเวียตผู้ยิ่งใหญ่ M.: " สารานุกรมโซเวียต", 1969-1978

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

ในบางกรณีจะสังเกตเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ จำนวนมากพัลส์ (โดยปกติจะมีแอมพลิจูดเล็ก) ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการลงทะเบียนของอนุภาคนิวเคลียร์ กล่าวคือ พัลส์ของสัญญาณรบกวนในตัวเองของตัวคูณแสงและตัวเร่ง เพื่อกำจัดเสียงรบกวนระหว่างแอมพลิฟายเออร์และตัวนับพัลส์ ตัวแบ่งแอมพลิจูดแบบอินทิกรัลจะเปิดขึ้น โดยส่งผ่านเฉพาะพัลส์ที่มีแอมพลิจูดมากกว่าค่าแรงดันเกณฑ์ที่กำหนด การตรวจจับอนุภาคที่เป็นกลาง (นิวตรอน γ-ควอนตา) เกิดขึ้นผ่านอนุภาคที่มีประจุทุติยภูมิที่เกิดขึ้นระหว่างอันตรกิริยาของนิวตรอนและ γ-ควอนตากับอะตอมของรังสีชนิดเรืองแสงวาบ

ข้อดีของเครื่องนับการเรืองแสงวาบ: ประสิทธิภาพสูงในการลงทะเบียนอนุภาคต่างๆ ผลงาน; ความสามารถในการผลิตรังสีชนิดเรืองแสงวาบที่มีขนาดและโครงร่างที่แตกต่างกัน ความน่าเชื่อถือสูงและต้นทุนค่อนข้างต่ำ เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ ตัวนับการเรืองแสงวาบจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิสิกส์นิวเคลียร์ (ตัวอย่างเช่น สำหรับการวัดอายุการใช้งานของสถานะตื่นเต้นของนิวเคลียส การวัดภาคตัดขวางของฟิชชัน การบันทึกชิ้นส่วนฟิชชันด้วยตัวนับการเรืองแสงวาบของแก๊ส) ฟิสิกส์ของอนุภาค และรังสีคอสมิก (ตัวอย่างเช่น การทดลองตรวจหานิวตริโน) , 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)._

หลักการดำเนินงานและขอบเขต

ในเคาน์เตอร์ที่แวววาว รังสีไอออไนซ์ทำให้เกิดแสงวาบในตัวเรืองแสงวาบที่สอดคล้องกันซึ่งสามารถเป็นของแข็งหรือของเหลวก็ได้ แฟลชนี้จะถูกส่งไปยังหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นพัลส์ กระแสไฟฟ้า. พัลส์ปัจจุบันจะถูกขยายในระยะ PMT ต่อมาเนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยก๊าซทุติยภูมิสูง

แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วในการทำงานกับเครื่องนับแบบเรืองแสงวาบ โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนกว่า เครื่องนับเหล่านี้มีข้อได้เปรียบเหนือเครื่องนับ Geiger-Müller อย่างมาก

1. ประสิทธิภาพในการนับรังสีเอกซ์และรังสีแกมมานั้นยิ่งใหญ่กว่ามาก ภายใต้สถานการณ์ที่เอื้ออำนวยจะถึง 100%

2. การปล่อยแสงในรังสีเรืองแสงวาบบางชนิดแปรผันตามพลังงานของอนุภาคหรือควอนตัมที่น่าตื่นเต้น

3. ความละเอียดของเวลาจะสูงกว่า

เครื่องนับการเรืองแสงวาบจึงเป็นเครื่องตรวจจับที่เหมาะสำหรับการตรวจจับรังสีความเข้มต่ำ สำหรับการวิเคราะห์การกระจายพลังงานโดยไม่ต้องใช้ความละเอียดสูงเกินไป และสำหรับการตรวจวัดความบังเอิญที่ความเข้มรังสีสูง

B) เรืองแสงวาบ

1) โปรตอนและอนุภาคไอออไนซ์สูงอื่นๆ หากเรากำลังพูดถึงเฉพาะการลงทะเบียนของอนุภาคเหล่านี้ รังสีชนิดเรืองแสงวาบทุกประเภทก็มีความเหมาะสมเท่าเทียมกัน และเนื่องจากพลังการหยุดที่สูง ชั้นที่มีความหนาประมาณหนึ่งมิลลิเมตรหรือน้อยกว่านั้นก็เพียงพอแล้ว อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่าประสิทธิภาพการส่องสว่างของโปรตอนและอนุภาค 6 ตัวในรังสีเรืองแสงวาบอินทรีย์นั้นเป็นเพียงประมาณ 1/10 ของประสิทธิภาพการส่องสว่างของอิเล็กตรอนที่มีพลังงานเท่ากัน ในขณะที่ในสารเรืองแสงวาบอนินทรีย์ ZnS และ NaJ ทั้งสองมีค่าเป็น คำสั่งเดียวกัน

ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานของแสงวาบกับขนาดพัลส์ที่เกี่ยวข้อง เช่นเดียวกับพลังงานอนุภาคที่ถ่ายโอนไปยังเครื่องเรืองแสงวาบ สำหรับ อินทรียฺวัตถุโดยทั่วไปแล้ว ไม่เป็นเชิงเส้น สำหรับ ZnS 1 NaJ และ CsJ การพึ่งพานี้มีความใกล้เคียงกับเชิงเส้น เนื่องจากความโปร่งใสที่ดีในการปล่อยแสงฟลูออเรสเซนต์จากภายใน ผลึก NaJ และ CsJ จึงให้ความละเอียดพลังงานที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เราต้องแน่ใจว่าพื้นผิวที่อนุภาคทะลุเข้าไปในคริสตัลนั้นสะอาดมาก

2) นิวตรอน นิวตรอนช้าสามารถตรวจพบได้โดยใช้ปฏิกิริยา Li6Hs, B10Li" หรือ CdlisCd114 ตัวอย่างเช่น ผลึกเดี่ยวของ LiJ และส่วนผสมที่เป็นผง เช่น B 2 O 3 1 ส่วนโดยน้ำหนัก และ ZnS 5 ส่วนโดยน้ำหนักจะถูกใช้เป็นรังสีเรืองแสงเพื่อจุดประสงค์นี้ พ่นลงบนหน้าต่าง PMT โดยตรง ก็สามารถใช้ได้เช่นกัน

แผนภาพบล็อกของสเปกโตรมิเตอร์แบบเรืองแสงวาบ 1 - ตัวเรืองแสงวาบ, 2 - โฟโตมัลติพลายเออร์, h - แหล่งไฟฟ้าแรงสูง, 4 - ตัวติดตามแคโทด, d - แอมพลิฟายเออร์เชิงเส้น, 6 - เครื่องวิเคราะห์พัลส์แอมพลิจูด, 7 - อุปกรณ์บันทึก

ZnS ที่แขวนลอยอยู่ใน B 2 O 3 หลอมเหลว ซึ่งเป็นสารประกอบโบรอนที่สอดคล้องกันในสารเรืองแสงวาบเทียม และของผสมของเมทิลบอเรตหรือแคดเมียมโพรพิโอเนตกับสารเรืองแสงวาบที่เป็นของเหลว หากเมื่อทำการวัดนิวตรอนจำเป็นต้องยกเว้นอิทธิพลของรังสี g จากนั้นในปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดการปล่อยอนุภาคหนักจำเป็นต้องคำนึงถึงอัตราส่วนข้างต้นสำหรับแสงที่ปล่อยออกมาของรังสีความร้อนต่างๆ ขึ้นอยู่กับ ประเภทของอนุภาค

ตรวจพบนิวตรอนเร็วโดยใช้โปรตอนหดตัวที่ผลิตในสารที่มีไฮโดรเจน เนื่องจากมีปริมาณไฮโดรเจนสูงเกิดขึ้นเฉพาะในสารเรืองแสงวาบอินทรีย์เท่านั้น ด้วยเหตุผลดังที่กล่าวข้างต้น จึงเป็นเรื่องยากที่จะลดอิทธิพลของรังสีกรัม ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจะเกิดขึ้นได้หากกระบวนการสร้างโปรตอนที่หดตัวถูกแยกออกจากการกระตุ้นของรังสีชนิดเรืองแสงวาบด้วยรังสีเอกซ์ ในกรณีนี้ชั้นหลังจะต้องบางความหนาของมันถูกกำหนดโดยช่วงของโปรตอนที่หดตัวดังนั้นความน่าจะเป็นในการตรวจจับรังสี z จะลดลงอย่างมาก ในกรณีนี้ ควรใช้ ZnS เป็นตัวเรืองแสงวาบ นอกจากนี้ยังสามารถระงับ ZnS ที่เป็นผงในสารเทียมโปร่งใสที่มีไฮโดรเจนได้อีกด้วย

แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะศึกษาสเปกตรัมพลังงานของนิวตรอนเร็วโดยใช้ซินทิลเลเตอร์ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงานของโปรตอนที่หดตัวสามารถรับค่าต่างๆ ได้ จนถึงพลังงานทั้งหมดของนิวตรอน ขึ้นอยู่กับว่าการชนกันเกิดขึ้นได้อย่างไร

3) อิเล็กตรอน อนุภาคบีตา เช่นเดียวกับการแผ่รังสีประเภทอื่นๆ ความละเอียดของพลังงานของรังสีชนิดเรืองแสงวาบสำหรับอิเล็กตรอนขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างพลังงานแสงและพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังตัวเรืองแสงวาบโดยอนุภาคไอออไนซ์ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าครึ่งความกว้างของเส้นโค้งการกระจายของขนาดของพัลส์ที่เกิดจากอนุภาคตกกระทบที่มีพลังงานเดี่ยว เนื่องจากความผันผวนทางสถิติในการประมาณครั้งแรก จะเป็นสัดส่วนผกผันกับรากที่สองของจำนวนโฟโตอิเล็กตรอนที่ถูกดีดออกจาก โฟโตแคโทดของโฟโตมัลติพลายเออร์ ในบรรดารังสีเรืองแสงวาบที่ใช้ในปัจจุบันนั้น แอมพลิจูดของพัลส์ที่ใหญ่ที่สุดถูกสร้างขึ้นโดย NaJ 1 และเรืองแสงวาบอินทรีย์ที่ใหญ่ที่สุดคือแอนทราซีน ซึ่งสิ่งอื่นๆ ที่เท่าเทียมกันจะผลิตพัลส์ที่มีแอมพลิจูดของ NaJ ประมาณครึ่งหนึ่ง

เนื่องจากภาคตัดขวางของการกระเจิงของอิเล็กตรอนที่มีประสิทธิผลจะเพิ่มขึ้นอย่างมากตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น เมื่อใช้ NaJ 80-90% ของอิเล็กตรอนที่ตกกระทบทั้งหมดจะกระจัดกระจายอีกครั้งจากคริสตัล เมื่อใช้แอนทราซีน ผลกระทบนี้จะสูงถึงประมาณ 10% อิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายทำให้เกิดพัลส์ที่มีขนาดน้อยกว่าค่าที่สอดคล้องกับพลังงานทั้งหมดของอิเล็กตรอน เป็นผลให้การประเมินเชิงปริมาณของ β-spectra ที่ได้รับโดยใช้ผลึก NaJ นั้นยากมาก ดังนั้น สำหรับ β-สเปกโทรสโกปี จึงมักแนะนำให้ใช้สารเรืองแสงวาบชนิดอินทรีย์ ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบที่มีเลขอะตอมต่ำ

การกระเจิงกลับสามารถลดลงได้ด้วยเทคนิคต่อไปนี้ สารที่จะศึกษารังสี β จะถูกผสมกับรังสีเรืองแสงวาบถ้ามันไม่ระงับรังสีฟลูออเรสเซนต์ หรือวางไว้ระหว่างพื้นผิวทั้งสองของรังสีเรืองแสงวาบ นั่นคือฟลูออเรสเซนต์ Iryny 1 Ienne ซึ่งทำหน้าที่กับโฟโตแคโทด หรือสุดท้าย รังสีชนิดเรืองแสงวาบถูกใช้กับช่องภายในซึ่งมีรังสี b เข้าไป

ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานแสงและพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังเครื่องเรืองแสงวาบโดยการแผ่รังสีจะเป็นเส้นตรงสำหรับ NaJ สำหรับสารเรืองแสงชนิดอินทรีย์ทั้งหมด อัตราส่วนนี้จะลดลงเมื่อมีพลังงานอิเล็กตรอนต่ำ ความไม่เชิงเส้นนี้จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อหาปริมาณสเปกตรัม

4) รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา กระบวนการอันตรกิริยาของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากับตัวเรืองแสงวาบส่วนใหญ่ประกอบด้วยกระบวนการพื้นฐานสามกระบวนการ

ในเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กตริก พลังงานควอนตัมจะถูกแปลงเกือบทั้งหมดเป็น พลังงานจลน์โฟโตอิเล็กตรอน และเนื่องจากโฟโตอิเล็กตรอนมีพิสัยสั้น ในกรณีส่วนใหญ่ โฟโตอิเล็กตรอนจึงถูกดูดซับไว้ในตัวเรืองแสงวาบ ควอนตัมทุติยภูมิซึ่งสอดคล้องกับพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอน อาจถูกดูดซับโดยตัวเรืองแสงวาบหรือไม่ก็ปล่อยทิ้งไว้

ในปรากฏการณ์คอมป์ตัน พลังงานควอนตัมเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ถูกถ่ายโอนไปยังอิเล็กตรอน ส่วนนี้มีแนวโน้มว่าจะถูกดูดซับไว้ในตัวเรืองแสงวาบ โฟตอนที่กระจัดกระจายซึ่งพลังงานลดลงตามจำนวนที่เท่ากับพลังงานของอิเล็กตรอนคอมป์ตัน มันยังถูกดูดซับโดยตัวเรืองแสงวาบหรือไม่ก็ปล่อยทิ้งไว้

เมื่อเกิดคู่ขึ้น พลังงานของควอนตัมปฐมภูมิ ลบด้วยพลังงานของการเกิดคู่ จะกลายเป็นพลังงานจลน์ของคู่นี้ และส่วนใหญ่จะถูกดูดกลืนโดยตัวเรืองแสงวาบ รังสีที่เกิดจากการทำลายล้างของอิเล็กตรอนและโพซิตรอนจะถูกดูดซับไว้ในตัวเรืองแสงวาบหรือปล่อยทิ้งไว้

การพึ่งพาพลังงานของหน้าตัดที่มีประสิทธิผลสำหรับกระบวนการเหล่านี้คือที่พลังงานโฟตอนต่ำ เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคจะเกิดขึ้นเป็นหลัก เริ่มต้นจากพลังงาน 1.02 แม่ สามารถสังเกตการก่อตัวของคู่ได้ แต่ความน่าจะเป็นของกระบวนการนี้จะถึงค่าที่เห็นได้ชัดเจนเฉพาะเมื่อมีพลังงานสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญเท่านั้น ในพื้นที่ระดับกลาง เอฟเฟกต์คอมป์ตันมีบทบาทหลัก

ด้วยการเพิ่มหมายเลขลำดับ Z ภาพตัดขวางที่มีประสิทธิผลสำหรับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกและสำหรับการก่อตัวของคู่จะเพิ่มขึ้นมากกว่าเอฟเฟกต์คอมป์ตันอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอน:

1) ด้วยเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก - นอกเหนือจากพลังงานควอนตัมซึ่งเปลี่ยนเป็นพลังงานอิเล็กตรอนแล้วในช่วงเอฟเฟกต์ปฐมภูมินั้นมีเพียงพลังงานยึดเหนี่ยวของโฟโตอิเล็กตรอนซึ่งสอดคล้องกับรังสีทุติยภูมินุ่มนวลและดูดซับได้ง่าย

2) ในระหว่างการก่อตัวของคู่ - มีเพียงรังสีทำลายล้างด้วยพลังงานที่รู้จักไม่ต่อเนื่อง ด้วยเอฟเฟกต์คอมป์ตัน พลังงานของอิเล็กตรอนทุติยภูมิและควอนตัมที่กระจัดกระจายจะมีค่าที่เป็นไปได้ที่หลากหลาย เนื่องจากควอนตัมทุติยภูมิดังที่ได้กล่าวไปแล้วอาจไม่ได้รับการดูดกลืนและหลบหนีจากตัวเรืองแสงวาบ เพื่ออำนวยความสะดวกในการตีความสเปกตรัม หากเป็นไปได้ แนะนำให้จำกัดขอบเขตที่เอฟเฟกต์ Komhtohj ครอบงำให้แคบลง โดยเลือกตัวเรืองแสงวาบที่มี W ขนาดใหญ่สำหรับ ตัวอย่าง NaJ นอกจากนี้ อัตราส่วนพลังงานของแสงต่อพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังเครื่องเรืองแสงวาบสำหรับ NaJ ในทางปฏิบัติไม่ได้ขึ้นอยู่กับพลังงานของอิเล็กตรอน ดังนั้น ในกระบวนการที่ซับซ้อนทั้งหมดที่ควอนตัมถูกดูดซับ ปริมาณแสงที่เท่ากันคือ ปล่อยออกมา กระบวนการที่ซับซ้อนดังกล่าวเกิดขึ้นพร้อมกับความน่าจะเป็นที่มากขึ้นขนาดของตัวเรืองแสงวาบก็จะใหญ่ขึ้น

การลดทอนของรังสีแกมมาในแอนทราซีน, μ - สัมประสิทธิ์การลดทอน; f คือสัมประสิทธิ์การดูดซับแสง a คือสัมประสิทธิ์การกระเจิงของคอมป์ตัน p คือสัมประสิทธิ์การก่อตัวของคู่

ซึ่งหมายความว่าในการเพิ่มอัตราส่วนของพัลส์บริสุทธิ์ในเส้นต่อจำนวนพัลส์ทั้งหมดในสเปกตรัม จำเป็นต้องเพิ่มขนาดของตัวเรืองแสงวาบที่ใช้ อย่างไรก็ตามเรื่องนี้มีค่าใช้จ่าย ในกรณีนี้ จำเป็นต้องให้ความสนใจกับข้อเท็จจริงที่ว่าความละเอียดของพลังงานที่ได้และเอาท์พุตแสงที่ทำได้จริงในเครื่องเรืองแสงวาบขนาดใหญ่นั้นถูกจำกัด พร้อมด้วยเหตุผลอื่นๆ เนื่องจากความโปร่งใสไม่เพียงพอสำหรับรังสีฟลูออเรสเซนต์ NaJ ใช้ในรูปของผลึกทรงกระบอกขนาดมาตรฐาน 038 มม. x 25 มม. การประเมินเชิงปริมาณของสเปกตรัมแวววาวของรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา ในรูป กราฟสเปกตรัมความแวววาวสองกราฟของรังสีเอกซ์ที่ได้จากคริสตัล NaJ จะถูกนำเสนอ ขีด จำกัด เอฟเฟกต์คอมป์ตัน, ม. - สัมประสิทธิ์การลดทอน; f - สัมประสิทธิ์การดูดซับแสง, o - สัมประสิทธิ์การกระเจิงของคอมป์ตัน, p - สัมประสิทธิ์การก่อตัวของคู่ของการกระจายอิเล็กตรอนของคอมป์ตัน; ควอนตัมที่กระจัดกระจายออกจากคริสตัล) ถูกกำหนดโดยความเท่าเทียมกัน:

โดยที่พลังงานขอบเขตคอมป์ตันของอิเล็กตรอนคอมป์ตันคือพลังงานของ z-ควอนต้าปฐมภูมิ tes2 คือพลังงานของอิเล็กตรอนที่อยู่นิ่ง

สำหรับรังสีเรืองแสงวาบที่มี Z เล็ก ส่วนของสเปกตรัมที่สอดคล้องกับเอฟเฟกต์คอมป์ตันจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ภูมิภาคคอมป์ตันที่มีพลังงานต่ำกว่าขอบเขตมักจะซ้อนทับกับสิ่งที่เรียกว่าค่าสูงสุดของการกระเจิงกลับ ปรากฏเป็นผลจากการดูดกลืนในตัวเรืองแสงวาบของควอนตัมคอมป์ตันที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการกระเจิงในวัตถุใกล้กับตัวเรืองแสงวาบ อิเล็กตรอนของคอมป์ตันที่สอดคล้องกับควอนตัมเหล่านี้ไปไม่ถึงตัวเรืองแสงวาบ ค่าสูงสุดนี้ถูกกำหนดจากความสัมพันธ์:

เพื่อลดการกระเจิงกลับ คอลลิเมเตอร์การแผ่รังสีปฐมภูมิจะมีรูปร่างในลักษณะที่รังสีที่กระเจิงไม่เข้าไปในตัวเรืองแสงวาบ ในการทำเช่นนี้ขอแนะนำให้วางไดอะแฟรมแคบไว้ด้านหน้าตัวเรืองแสงวาบหลังจากนั้น - ไดอะแฟรมที่มีช่องเปิดกว้างและวางวัตถุที่ทำให้เกิดการกระเจิงในระยะห่างที่มากพอสมควร ด้วยเหตุผลเดียวกัน รังสีที่ตกกระทบบนตัวเรืองแสงวาบไม่ควรกระทบกับตัวคูณแสง แต่รังสีเหล่านั้นควรผ่านเข้าไปในกล่องตัวเรืองแสงวาบเท่านั้น

เมื่อศึกษาการแผ่รังสีพลังงานต่ำ จะสังเกตสิ่งที่เรียกว่าการแปลงภายในสูงสุด ซึ่งสอดคล้องกับพลังงาน:

ลักษณะที่ปรากฏมีสาเหตุมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าในระหว่างที่โฟโตอิเล็กทริกส่งผลต่อไอโอดีนที่อยู่ในคริสตัล NaJ รังสีเอกซ์จะโผล่ออกมาจากชั้นผิวของตัวเรืองแสงวาบ

ที่พลังงานควอนตัมที่สูงกว่า 1.02 พฤษภาคม จะมีค่าสูงสุดอีก 2 ค่าปรากฏขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับพลังงาน:

เกิดขึ้นจากการปล่อยรังสีทำลายล้างหนึ่งหรือทั้งสองควอนตัมจากเครื่องเรืองแสงวาบ

ความละเอียดที่ได้รับจากผลึก NaJ และตัวคูณแสงที่ดีคือประมาณ 7% สำหรับเส้น 661 keV ที่ปล่อยออกมาจากการสลายตัวของ 137Ba

ความละเอียดเปลี่ยนแปลงด้วยพลังงาน W โดยประมาณตามกฎหมาย

เป็นเรื่องปกติที่จะสอบเทียบสเปกโตรมิเตอร์เรืองแสงวาบโดยใช้แหล่งที่ทราบพลังงานรังสีเป็นอย่างดี

ตาราง 111.7 แสดงตัวปล่อยรังสีเอกซ์และรังสีแกมมาบางตัวที่เหมาะสมสำหรับจุดประสงค์นี้

c) การยึดและติดตั้งตัวเรืองแสงวาบที่เป็นของแข็ง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการส่องสว่างและความละเอียดของตัวเรืองแสงวาบ นอกเหนือจากความโปร่งใสสำหรับการแผ่รังสีเรืองแสงแล้ว ความสำคัญอย่างยิ่งยังคงสามารถใช้งานระบบออพติคอลขั้นสูงยิ่งขึ้นได้ โดยจะทำงานโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งของแสงแฟลช เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ตัวเรืองแสงวาบจะถูกล้อมรอบด้วยชั้นบาง ๆ ของสารสะท้อนแสงแบบกระจาย เฉพาะพื้นผิวที่อยู่ติดกับหน้าต่าง PMT เท่านั้นที่ยังคงว่าง หากการดูดกลืนแสงที่เกิดจากชั้นนี้ส่งผลต่อรังสีที่กำลังศึกษาอยู่ เช่นเดียวกับในกรณีของอนุภาคเอหรือเบต้า ก็จะต้องพอใจกับตัวสะท้อนแสงที่ทำจากอลูมิเนียมฟอยล์บางๆ

ตัวเรืองแสงวาบดูดความชื้น เช่น NaJ จะต้องปิดผนึกอย่างแน่นหนา ในกรณีนี้ไม่แนะนำให้ทำหน้าต่างจากลูกแก้วเนื่องจากมีความชื้นที่ซึมผ่านได้เพียงพอ การใช้งานระยะยาวอาจทำให้คริสตัลหมองได้ น้ำมันซิลิโคน DC 200 ใช้เป็นหน้าสัมผัสทางแสงระหว่างตัวเรืองแสงวาบและหน้าต่าง PMT ซึ่งโปร่งใสได้ถึงความยาวคลื่น 3000 A ยาหม่องแคนาดาประมาณ 3400 A มีแถบการดูดกลืนแสงที่กว้าง ดังนั้นจึงสามารถใช้ได้เฉพาะในนั้นเท่านั้น รังสีเรืองแสงวาบซึ่งรังสีฟลูออเรสเซนต์มีความยาวคลื่นยาวเพียงพอ

การยึดคริสตัล: a) คริสตัลแข็ง b) คริสตัลที่มีรูเจาะ; 1 - ตัวสะท้อนแสง), 2 - ตัวสะท้อนแสง, 3 - หน้าสัมผัสแบบออปติคอล, 4 - หน้าต่างกระจก, S - ปลอกอลูมิเนียม, 6 - สีโป๊ว

ถ้ารังสีชนิดเรืองแสงวาบไม่สามารถใช้กับหน้าต่าง PMT ได้โดยตรง ตัวอย่างเช่น เมื่อมันมีพื้นผิวที่ไม่เรียบหรือเมื่อ PMT จำเป็นต้องถูกย้ายออกจากตัวเรืองแสงวาบ จากนั้นตัวนำทางแสงจากตัวเรืองแสงวาบไปยัง PMT สามารถถูกใช้ใน รูปทรงกระบอกหรือกรวยที่ทำจาก Lucite หรือ Plexiglas

สารเรืองแสงผลึกเดี่ยวที่ทำจาก NaJ 1 CsJ 1 LiJ, แอนทราซีน และสติลบีน d) มีวางจำหน่ายทั่วไปในรูปแบบสำเร็จรูป เช่น แก้ไขในกรอบ ไม่แนะนำให้ติดตั้งคริสตัลดูดความชื้นสูงในเฟรมด้วยตัวเอง เว้นแต่ว่าจะมีอุปกรณ์พิเศษสำหรับสิ่งนี้ สารเรืองแสงที่ทำจากวัสดุพลาสติกสามารถผลิตได้จากวัตถุดิบที่มีจำหน่ายในท้องตลาด พวกมันได้รับการประมวลผลในลักษณะเดียวกับลูกแก้วแล้วขัดด้วยผงอลูมิเนียมออกไซด์ชั้นดี

e) สารเรืองแสงวาบชนิดเหลว ในกรณีที่ความละเอียดของเวลาสูงมีบทบาทสำคัญ หรือจำเป็นต้องใช้ตัวเรืองแสงวาบที่มีปริมาณมาก ตัวเรืองแสงวาบชนิดเหลวจะถูกใช้ ซึ่งอย่างไรก็ตาม มีเอาท์พุตการส่องสว่างประมาณครึ่งหนึ่งของแอนทราซีน ในบางกรณี สารที่กำลังศึกษารังสีสามารถเติมลงในเครื่องเรืองแสงวาบชนิดเหลวได้ วิธีนี้แนะนำเป็นพิเศษสำหรับใช้ในกรณีที่รังสีจากกล้ามเนื้อหรือคลื่นอ่อนถูกดูดซับอย่างรุนแรงในกรอบรังสีชนิดเรืองแสงวาบ สารที่ใส่เข้าไปในตัวเรืองแสงวาบจะต้องละลายในนั้น ไม่ควรรบกวนการปล่อยแสงฟลูออเรสเซนต์ เราจะระบุสองสูตรสำหรับของเหลวที่ผ่านการพิสูจน์แล้วสำหรับสารเรืองแสงวาบ

1) สารละลาย p-terphenyl 5 กรัม/ลิตร

หากสารทดสอบไม่ละลายในของเหลวที่เรืองแสงวาบ ก็สามารถใช้สารเรืองแสงที่มีลักษณะคล้ายเยลลี่เพื่อป้องกันการตกตะกอน คุณสมบัติทั่วไปของรังสีชนิดเรืองแสงวาบที่ใช้แสดงไว้ในตารางที่ 111.8

B) หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์

มีอยู่ ทางเลือกที่ยิ่งใหญ่ตัวคูณ ประเภทต่างๆ, จำนวนไดโนดและการขยายกระแส รวมถึงขนาดของพื้นผิวโปร่งใสของแคโทด แตกต่างกันในความไวของโฟโตแคโทด ในกรณีทั่วไป พื้นผิวแคโทดขนาดใหญ่ไม่สามารถทำได้ เนื่องจากจะทำให้กระแสมืดเพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งมีลำดับความสำคัญ 10~7 A] ความไวสเปกตรัมสูงสุดของตัวคูณแสงส่วนใหญ่ที่ออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์ในการส่องแสงแวววาวคือประมาณ 4400 A; อย่างไรก็ตาม ยังมีตัวคูณแสงที่มีหน้าต่างควอตซ์ซึ่งมีความไวต่อรังสีอัลตราไวโอเลตเช่นกัน หน้าต่างของโฟโตมัลติพลายเออร์ส่วนใหญ่จะแบนราบ ดังนั้นจึงสามารถติดซินทิลเลเตอร์เข้ากับหน้าต่างเหล่านั้นได้โดยตรง เพื่อให้ได้ความละเอียดของพลังงานที่ดี ขอแนะนำให้ใช้ PMT ที่มีความไวของแคโทดสูง ตามที่อธิบายไว้ในหน้า 371

แรงดันไฟฟ้าในการปฏิบัติงานของโฟโตมัลติพลายเออร์ส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 500 ถึง 1500 e โดยปกติไม่แนะนำให้ใช้งานที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ระบุในแผ่นข้อมูล เนื่องจากในกรณีนี้ ประจุพื้นที่อาจรบกวนความเป็นเส้นตรงของเกน การกระจายแรงดันไฟฟ้าระหว่างแต่ละขั้นตอนของโฟโตมัลติพลายเออร์อาจส่งผลต่อความเป็นเส้นตรงและความละเอียดของมันได้เช่นกัน หากไม่มีคำแนะนำพิเศษ ให้เลือกการทดลองการกระจายที่เหมาะสมที่สุด การจับโฟโตอิเล็กตรอนโดยสมบูรณ์ที่เป็นไปได้ก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน ด้วยเหตุนี้ แรงดันไฟฟ้าระหว่างแคโทดและไดโนดตัวแรกจึงควรสูงกว่าระหว่างไดโนดตัวอื่นๆ โฟโตมัลติพลายเออร์บางประเภทมีอิเล็กโทรดโฟกัสที่อยู่ระหว่างแคโทดและไดโนดตัวแรก

อัตราขยายของ PMT จะแตกต่างกันอย่างมากภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กหลงทาง ในบางกรณี การเพิ่มขึ้นของตัวคูณด้วยแสงนั้นขึ้นอยู่กับการวางแนวของมันสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของโลก ดังนั้นจึงแนะนำให้ป้องกัน PMT จากผลกระทบของสนามแม่เหล็ก mu metal ทำงานได้ดีในเรื่องนี้

หากจำเป็นต้องได้รับความละเอียดในระดับสูง ประเภทของโฟโตมัลติพลายเออร์จะถูกใช้โดยทำให้เส้นทางของอิเล็กตรอนสั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้ และการแพร่กระจายของเวลาในการบินจะน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สำหรับข้อกำหนดดังกล่าว PMT ที่มีไดโนดในรูปแบบของมู่ลี่นั้นมีประโยชน์เพียงเล็กน้อย

เมื่อติดตั้งโฟโตมัลติพลายเออร์ จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้รับการปกป้องจากแสงอย่างสมบูรณ์ รวมถึงจากการเรืองแสงของแคโทดของหลอดอิเล็กตรอน

ง) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อำนวยความสะดวก

ก) แหล่งจ่ายไฟแรงดันสูงของโฟโตมัลติพลายเออร์ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การคูณ PMT ขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้อย่างมาก จึงจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าหลังจะมีเสถียรภาพที่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อวิเคราะห์แอมพลิจูดของพัลส์ ด้วยความช่วยเหลือของตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงสามารถรักษาให้คงที่เป็นเวลาหลายชั่วโมงด้วยความแม่นยำ 0.01 o/v

แรงดันไฟฟ้าจะจ่ายให้กับไดโนดแต่ละตัวจากตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ในกรณีนี้ กระแสที่ไหลผ่านตัวแบ่งจะต้องมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับกระแสเฉลี่ยที่ผ่าน PMT ระหว่างไดโนดตัวสุดท้ายจำเป็นต้องรวมตัวเก็บประจุเพิ่มเติมเพื่อไม่ให้แรงดันไฟฟ้าตกระหว่างการผ่านของพัลส์

หากแคโทด PMT อยู่ภายใต้ไฟฟ้าแรงสูง อาจมีการปล่อยประจุเกิดขึ้นระหว่างแคโทดและตะแกรงทรงกระบอกที่ต่อสายดิน ซึ่งอยู่ติดกับผนังของหลอดแก้วอย่างใกล้ชิด พร้อมกับผลกระทบอื่น ๆ สิ่งนี้ทำให้เกิดพัลส์เท็จและอาจนำไปสู่การทำลายแคโทด ดังนั้นจึงแนะนำให้ตั้งค่าศักยภาพของกระบอกสูบป้องกันที่ระดับศักย์แคโทด ต้องคำนึงถึงข้อควรพิจารณานี้เมื่อเลือกจุดต่อลงดินสำหรับแหล่งจ่ายไฟฟ้าแรงสูง

b) เครื่องขยายเสียงเชิงเส้น ใกล้กับ PMT โดยตรง - มักจะอยู่ในยูนิตเดียวกันกับมัน - มีน้ำตกผู้ติดตามแคโทดซึ่งสามารถเชื่อมต่อสายโคแอกเซียลยาวได้ หากความยาว L ของสายเคเบิลนี้มีหน่วยเป็นเมตรน้อยกว่า 3-10 "T A โดยที่ T a คือเวลาที่เพิ่มขึ้นของพัลส์เป็นวินาที" แสดงว่าสายเคเบิลนั้นถือเป็นโหลดแบบ capacitive ของผู้ติดตามแคโทด ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้สายเคเบิลที่มีความจุต่ำ หากสายเคเบิลยาวกว่าขนาดคุณลักษณะที่ระบุ เพื่อป้องกันการสะท้อนที่ไม่ต้องการที่ปลายสาย จำเป็นต้องรวมความต้านทานเท่ากับความต้านทานคลื่น

ผู้ติดตามแคโทดซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือตัวแปลงอิมพีแดนซ์ มักจะตามด้วยแอมพลิฟายเออร์ตามสัดส่วนที่เพิ่มแอมพลิจูดของพัลส์เป็นเส้นตรง เมื่อใช้ PMT ที่มีปัจจัยการคูณสูง สามารถจ่ายการขยายเพิ่มเติมได้ สิ่งนี้อาจมีนัยสำคัญเมื่อได้รับเวลาที่เพิ่มขึ้นสั้นสำหรับวงจรบังเอิญ เวลาที่เพิ่มขึ้นในแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นทั่วไปอยู่ที่ 0.2 µsec; แอมพลิฟายเออร์ที่มีเส้นหน่วงเวลามีความเฉื่อยน้อยกว่ามาก แต่อัตราขยายของมันต่ำกว่ามาก และคุณลักษณะมักจะใกล้เคียงกับเส้นตรงน้อยกว่า แอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นมักจะมีการป้อนกลับเชิงลบเพื่อให้เกิดความเสถียรและเป็นเส้นตรงที่ดี

เพื่อระงับการรบกวนความถี่ต่ำ แอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นในกรณีส่วนใหญ่จะมีองค์ประกอบคัปปลิ้งที่มีค่าคงที่เวลาเล็กน้อยซึ่งจะทำให้พัลส์อินพุตแตกต่าง นอกจากนี้ ยังทำให้สามารถแยกพัลส์ที่ติดตามกันอย่างใกล้ชิด ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดในการกำหนดแอมพลิจูดเนื่องจากพัลส์วิ่งเข้าหากัน การสร้างพัลส์สามารถทำได้โดยการเชื่อมต่อ RC หรือเส้นหน่วงเวลาลัดวงจรที่ปลายด้านหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ค่าคงที่เวลาเล็กน้อยจะต้องเกินเวลาที่เพิ่มขึ้นของพัลส์เพื่อให้ได้แอมพลิจูดสูงสุด ค่าคงที่เวลาขององค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดจะต้องมากกว่าค่าคงที่เวลาเล็กน้อยมาก นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันไฟกระชากของพัลส์ที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดแอมพลิจูด

เมื่อสร้างพัลส์โดยใช้เส้นหน่วงเวลา ยอดของพัลส์จะแบน ซึ่งสะดวกในการกำหนดแอมพลิจูดของพัลส์ เพื่อจุดประสงค์นี้ ระยะเวลาพัลส์ประมาณ 1 μs ก็เพียงพอแล้ว นี่คือค่าที่มักใช้

ในทางปฏิบัติหลายๆ กรณี จำเป็นต้องศึกษาพัลส์ขนาดเล็กต่อหน้าพัลส์ขนาดใหญ่ ในกรณีนี้ไม่ควรปิดกั้นแอมพลิฟายเออร์ด้วยพัลส์ขนาดใหญ่ที่ทำให้โหมดของมันผิดเพี้ยน วงจรอิเล็กทรอนิกส์พิเศษป้องกันการปิดกั้นดังกล่าว แอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นมีการออกแบบที่แตกต่างกันมากมายในท้องตลาด การทำด้วยตัวเองต้องใช้ประสบการณ์และอุปกรณ์เสริมบางอย่าง

c) เครื่องวิเคราะห์พัลส์แอมพลิจูด หากต้องการค้นหาฟังก์ชัน n ของการแจกแจงของแอมพลิจูดของพัลส์ V ในสเปกตรัมของพัลส์ ในกรณีที่ง่ายที่สุด คุณสามารถใช้ตัวแยกแยะเกณฑ์ได้ นี่คือวงจรบิสเทเบิลแบบสองหลอดที่สามารถสร้างพัลส์มาตรฐานได้ในทุกกรณีที่พัลส์อินพุตเกินแอมพลิจูดที่ระบุ

ค่าเกณฑ์ V 0 ความถี่พัลส์ที่วัดได้คือ Ai

ด้วยการเปลี่ยน V 0 ด้วยค่าเล็ก ๆ ตลอดทั้งสเปกตรัม เราสามารถรับสิ่งที่เรียกว่าสเปกตรัมอินทิกรัลได้ ฟังก์ชันการแจกแจง n ซึ่งน่าสนใจในกรณีส่วนใหญ่ คำนวณจากสเปกตรัมอินทิกรัล ทำให้เกิดความแตกต่าง ซึ่งเป็นวิธีการที่ไม่ถูกต้องมาก สามารถรับผลลัพธ์ที่น่าพึงพอใจมากขึ้นได้โดยการวัดสเปกตรัมดิฟเฟอเรนเชียลโดยตรง ในการทำเช่นนี้จะใช้ตัวแบ่งเกณฑ์สองตัวความแตกต่างระหว่างค่าเกณฑ์จะเท่ากับ dV พวกเขาบันทึกเฉพาะพัลส์ที่มีแอมพลิจูดอยู่ในช่วงตั้งแต่ V 0 ถึง K 0 -f-rfF วิธีการนี้สามารถเป็นไปโดยอัตโนมัติได้อย่างง่ายดาย ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ V 0 เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง และเครื่องบันทึกจะบันทึกการอ่านค่าของอุปกรณ์ที่วัดค่าเฉลี่ยของแอมพลิจูดพัลส์)

ในวิธีการวิเคราะห์แอมพลิจูดของพัลส์ที่อธิบายไว้ข้างต้น พัลส์ทั้งหมดจะถูกละทิ้ง ยกเว้นพัลส์ที่มีแอมพลิจูดอยู่ระหว่าง V 0 ถึง V 0 - -dV ที่อัตราการเกิดซ้ำของพัลส์ต่ำและมีข้อผิดพลาดทางสถิติ จะทำให้เวลาที่ต้องใช้ในการวัดเพิ่มขึ้นอย่างมาก การหาเหตุผลเข้าข้างตนเองของวิธีการประกอบด้วยการใช้เครื่องวิเคราะห์ช่องสัญญาณเดียวจำนวนมากที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ซึ่งถูกเลือกในลักษณะที่ครอบคลุมขอบเขตสเปกตรัมทั้งหมดที่น่าสนใจสำหรับนักวิจัย คำอธิบายของเครื่องวิเคราะห์หลายช่องสัญญาณดังกล่าวสามารถพบได้ใน Higinbotham

- หลักการทำงาน เคาน์เตอร์ประกาย

- 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

วิธีการส่องแสงแวววาวทำให้สามารถตรวจจับอนุภาคจำนวนน้อยมากต่อหน่วยเวลาได้ เงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการนับความแวววาวจะได้เมื่อจำนวนของมันอยู่ระหว่าง 20 ถึง 40 ต่อนาที แน่นอนว่าวิธีการส่องแสงแวววาวนั้นขึ้นอยู่กับแต่ละบุคคล และผลลัพธ์จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติส่วนบุคคลของผู้ทดลองในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่ง

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

วิธีการส่องแสงแวววาวด้วยสายตามีความสำคัญอย่างยิ่งจนถึงช่วงทศวรรษที่สามสิบเมื่อการมาถึงของวิธีการใหม่ในการบันทึกรังสีนิวเคลียร์ทำให้มันลืมไประยะหนึ่ง วิธีการลงทะเบียนแวววาวได้รับการฟื้นฟูอีกครั้งในช่วงปลายทศวรรษที่สี่สิบของศตวรรษที่ 20 บนพื้นฐานใหม่ มาถึงตอนนี้ หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (PMT) ได้รับการพัฒนาขึ้นซึ่งทำให้สามารถตรวจจับแสงวาบที่อ่อนมากได้ ตัวนับการเรืองแสงวาบได้ถูกสร้างขึ้น ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มอัตราการนับได้ 108 เท่าหรืออาจมากกว่านั้นเมื่อเทียบกับวิธีการมองเห็น และยังเป็นไปได้ที่จะบันทึกและวิเคราะห์พลังงานของอนุภาคที่มีประจุ นิวตรอน และรังสีเอกซ์อีกด้วย

§ 1. หลักการทำงานของเครื่องนับแสงแวววาว

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 - ค่าคงที่เวลาการสลายตัว ซึ่งกำหนดเป็นเวลาในระหว่างที่ความเข้มของการเรืองแสงวาบลดลง จครั้งหนึ่ง.

จำนวนโฟตอนของแสง n , ปล่อยออกมาในช่วงเวลา ทีหลังจากชนอนุภาคที่ตรวจพบจะแสดงเป็นสูตร

ที่ไหน - จำนวนเต็มโฟตอนที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการเรืองแสงวาบ

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 ในกรณีที่มีความซับซ้อน โมเลกุลอินทรีย์เรืองแสงมีความเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของพวกเขาในสถานะ metastable ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงจากสถานะพื้นดินอาจต่ำ และในกรณีนี้จะสังเกตการขึ้นอยู่กับอัตราการสลายตัวของฟอสฟอรัสต่ออุณหภูมิ

§ 2. แสงแวววาว

ตัวเรืองแสงวาบอนินทรีย์ . สารเรืองแสงวาบอนินทรีย์คือผลึกของเกลืออนินทรีย์ การใช้งานจริงในเทคโนโลยีการเรืองแสงวาบส่วนใหญ่เป็นสารประกอบเฮไลด์ของโลหะอัลคาไลบางชนิด

กระบวนการเกิดประกายไฟสามารถแสดงได้โดยใช้ทฤษฎีแถบของของแข็ง ในแต่ละอะตอมที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมอื่น อิเล็กตรอนจะอยู่ที่ระดับพลังงานแยกที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ในของแข็ง อะตอมจะตั้งอยู่ในระยะใกล้และมีปฏิสัมพันธ์กับพวกมันค่อนข้างแรง ต้องขอบคุณปฏิสัมพันธ์นี้ ระดับของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกจึงแยกออกและสร้างแถบที่แยกออกจากกันด้วยช่องว่างของแถบ แถบนอกสุดที่อนุญาตซึ่งเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนคือแถบเวเลนซ์ ด้านบนเป็นเขตปลอดอากร - โซนการนำไฟฟ้า ระหว่างแถบเวเลนซ์กับแถบการนำไฟฟ้าจะมีช่องว่างของแถบ ความกว้างของพลังงานคืออิเล็กตรอนหลายโวลต์

หากมีข้อบกพร่อง การรบกวนของโครงตาข่าย หรืออะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ในคริสตัล ในกรณีนี้ อาจปรากฏระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ในช่องว่างของแถบความถี่ได้ ภายใต้อิทธิพลภายนอก เช่น เมื่ออนุภาคที่มีประจุเร็วผ่านคริสตัล อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่จากแถบเวเลนซ์ไปยังแถบการนำไฟฟ้าได้ จะมีช่องว่างในแถบเวเลนซ์ที่มีคุณสมบัติเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกโดยมีประจุเป็นหน่วยและเรียกว่ารู

กระบวนการที่อธิบายไว้คือกระบวนการกระตุ้นคริสตัล การกระตุ้นจะถูกลบออกโดยการเปลี่ยนกลับของอิเล็กตรอนจากแถบการนำไฟฟ้าไปเป็นแถบเวเลนซ์ และแนะนำให้ใช้อิเล็กตรอนและรู ในผลึกหลายชนิด การเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนจากแถบการนำไฟฟ้าไปเป็นแถบเวเลนซ์เกิดขึ้นผ่านจุดศูนย์กลางการเรืองแสงที่อยู่ตรงกลาง ซึ่งระดับจะอยู่ในช่องว่างของแถบ จุดศูนย์กลางเหล่านี้เกิดจากการมีข้อบกพร่องหรืออะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ในคริสตัล เมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนสถานะเป็นสองขั้น โฟตอนที่มีพลังงานน้อยกว่าช่องว่างของแถบจะถูกปล่อยออกมา สำหรับโฟตอนดังกล่าว ความน่าจะเป็นของการดูดซับในคริสตัลนั้นมีน้อย ดังนั้นแสงที่ปล่อยออกมาจากคริสตัลจึงมากกว่าคริสตัลบริสุทธิ์ที่บริสุทธิ์มาก

ในทางปฏิบัติ เพื่อเพิ่มการปล่อยแสงของรังสีเรืองแสงวาบอนินทรีย์ ได้มีการนำสิ่งเจือปนพิเศษขององค์ประกอบอื่นๆ ที่เรียกว่าแอคติเวเตอร์มาใช้ ตัวอย่างเช่น แทลเลียมถูกนำเข้าไปในผลึกโซเดียมไอโอไดด์เพื่อเป็นตัวกระตุ้น สารเรืองแสงวาบที่ใช้คริสตัล NaJ(Tl) มีกำลังแสงสูง เครื่องเรืองแสงวาบ NaJ(Tl) มีข้อได้เปรียบที่สำคัญมากเมื่อเทียบกับเครื่องนับที่เติมก๊าซ:

ประสิทธิภาพการลงทะเบียนของรังสีเกรย์มากขึ้น (ด้วยคริสตัลขนาดใหญ่ ประสิทธิภาพการลงทะเบียนสามารถเข้าถึงสิบเปอร์เซ็นต์)

ระยะเวลาของการแวววาวสั้น (2.5 10-7 วินาที)

ความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงระหว่างแอมพลิจูดของพัลส์กับปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปจากอนุภาคที่มีประจุ

คุณสมบัติสุดท้ายต้องมีคำอธิบายบางอย่าง แสงที่ปล่อยออกมาจากรังสีชนิดเรืองแสงวาบขึ้นอยู่กับการสูญเสียพลังงานจำเพาะของอนุภาคที่มีประจุ

ที่ค่าที่สูงมาก อาจเกิดการรบกวนที่สำคัญได้ ตาข่ายคริสตัลตัวเรืองแสงวาบซึ่งนำไปสู่การเกิดขึ้นของศูนย์ดับในท้องถิ่น สถานการณ์นี้อาจทำให้ปริมาณแสงที่ส่งออกลดลง อันที่จริง ข้อเท็จจริงจากการทดลองระบุว่าสำหรับอนุภาคหนัก ผลผลิตจะไม่เป็นเชิงเส้น และการพึ่งพาเชิงเส้นเริ่มปรากฏเฉพาะเมื่อมีพลังงานหลายล้านอิเล็กตรอนโวลต์เท่านั้น รูปที่ 1 แสดงเส้นโค้งการพึ่งพา จ:เส้นโค้งที่ 1 สำหรับอิเล็กตรอน เส้นโค้งที่ 2 สำหรับอนุภาค

นอกเหนือจากตัวเรืองแสงวาบอัลคาไลเฮไลด์ที่ระบุแล้ว บางครั้งยังใช้ผลึกอนินทรีย์อื่นๆ: ZnS (Tl), CsJ (Tl), CdS (Ag), CaWO4, CdWO4 เป็นต้น

สารเรืองแสงที่เป็นผลึกอินทรีย์ แรงยึดเหนี่ยวระดับโมเลกุลในผลึกอินทรีย์มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับแรงที่กระทำในผลึกอนินทรีย์ ดังนั้นการมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลในทางปฏิบัติแล้วจะไม่รบกวนระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ของกันและกัน และกระบวนการเรืองแสงของผลึกอินทรีย์ก็เป็นลักษณะกระบวนการของโมเลกุลแต่ละตัว ในสถานะอิเล็กทรอนิกส์กราวด์ โมเลกุลมีระดับการสั่นสะเทือนหลายระดับ ภายใต้อิทธิพลของรังสีที่ตรวจพบ โมเลกุลจะเข้าสู่สถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่ตื่นเต้น ซึ่งสอดคล้องกับระดับการสั่นสะเทือนหลายระดับด้วย ไอออนไนซ์และการแยกตัวของโมเลกุลก็เป็นไปได้เช่นกัน จากการรวมตัวกันอีกครั้งของโมเลกุลที่แตกตัวเป็นไอออน มักจะก่อตัวในสภาวะตื่นเต้น โมเลกุลที่ตื่นเต้นเริ่มแรกอาจอยู่ที่ ระดับสูงการกระตุ้นและหลังจากนั้นไม่นาน (~10-11 วินาที)ปล่อยโฟตอนพลังงานสูงออกมา โฟตอนนี้ถูกดูดซับโดยโมเลกุลอื่น และพลังงานกระตุ้นส่วนหนึ่งของโมเลกุลนี้สามารถนำไปใช้ในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนได้ และโฟตอนที่ปล่อยออกมาในเวลาต่อมาจะมีพลังงานน้อยลงเมื่อเทียบกับอันก่อนหน้า หลังจากการปล่อยและการดูดซึมหลายรอบ โมเลกุลจะถูกสร้างขึ้นซึ่งอยู่ในระดับตื่นเต้นแรก พวกมันปล่อยโฟตอนออกมา ซึ่งพลังงานอาจไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นโมเลกุลอื่น ๆ อีกต่อไป ดังนั้นคริสตัลจึงจะโปร่งใสต่อรังสีที่เกิดขึ้น

ข้าว. 2. การพึ่งพาแสงที่ส่งออก

แอนทราซีนจากพลังงานสำหรับอนุภาคต่างๆ

เนื่องจากพลังงานกระตุ้นส่วนใหญ่ถูกใช้ไปในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน แสงที่ส่งออก (ประสิทธิภาพการแปลง) ของคริสตัลจึงค่อนข้างน้อยและคิดเป็นหลายเปอร์เซ็นต์

ผลึกอินทรีย์ต่อไปนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบันทึกรังสีนิวเคลียร์: แอนทราซีน, สติลบีน, แนฟทาลีน แอนทราซีนมีกำลังแสงค่อนข้างสูง (~4%) และระยะเวลาการส่องสว่างสั้น (3 10-8 วินาที).แต่เมื่อตรวจพบอนุภาคที่มีประจุหนัก การพึ่งพาเชิงเส้นตรงของความเข้มของการเรืองแสงวาบจะสังเกตได้เฉพาะที่พลังงานอนุภาคที่ค่อนข้างสูงเท่านั้น

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

แม้ว่า stilbene จะให้แสงสว่างน้อยกว่าแอนทราซีนเล็กน้อย แต่ระยะเวลาการแวววาวของมันก็สั้นกว่ามาก (7 10-9 วินาที),กว่าแอนทราซีนซึ่งทำให้สามารถนำมาใช้ในการทดลองที่ต้องการการลงทะเบียนรังสีที่รุนแรงมากได้

พลาสติกเรืองแสงวาบ ตัวเรืองแสงวาบแบบพลาสติกคือสารละลายของแข็งของสารประกอบอินทรีย์เรืองแสงในสารโปร่งใสที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น สารละลายของแอนทราซีนหรือสติลบีนในโพลีสไตรีนหรือเพล็กซีกลาส ความเข้มข้นของสารเรืองแสงที่ละลายน้ำมักจะต่ำ คิดเป็นสองสามในสิบของเปอร์เซ็นต์หรือสองสามเปอร์เซ็นต์

เนื่องจากมีตัวทำละลายมากกว่ารังสีเรืองแสงที่ละลายอยู่มาก ดังนั้น โดยธรรมชาติแล้ว อนุภาคที่ตรวจพบจะกระตุ้นโมเลกุลของตัวทำละลายเป็นหลัก พลังงานกระตุ้นถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุลของรังสีชนิดเรืองแสงวาบในเวลาต่อมา แน่นอนว่าสเปกตรัมการปล่อยก๊าซของตัวทำละลายจะต้องหนักกว่าสเปกตรัมการดูดซึมของตัวถูกละลาย หรืออย่างน้อยก็ตรงกับสเปกตรัมดังกล่าว ข้อเท็จจริงจากการทดลองแสดงให้เห็นว่าพลังงานกระตุ้นของตัวทำละลายถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุลของรังสีเรืองแสงวาบผ่านกลไกโฟโตนิก กล่าวคือ โมเลกุลของตัวทำละลายจะปล่อยโฟตอน ซึ่งจากนั้นจะถูกดูดซับโดยโมเลกุลของตัวถูกละลาย กลไกการถ่ายโอนพลังงานอีกอย่างหนึ่งก็เป็นไปได้เช่นกัน เนื่องจากความเข้มข้นของรังสีเรืองแสงวาบต่ำ สารละลายจึงกลายเป็นความโปร่งใสในทางปฏิบัติต่อการแผ่รังสีของรังสีชนิดเรืองแสงวาบที่เป็นผลลัพธ์

ตัวเรืองแสงวาบแบบพลาสติกมีข้อได้เปรียบที่สำคัญมากกว่าตัวเรืองแสงวาบแบบผลึกอินทรีย์:

ความเป็นไปได้ในการผลิตตัวเรืองแสงวาบที่มีขนาดใหญ่มาก

ความเป็นไปได้ของการนำเครื่องผสมสเปกตรัมเข้าไปในเครื่องเรืองแสงวาบเพื่อให้สเปกตรัมการเรืองแสงตรงกับคุณลักษณะสเปกตรัมของโฟโตแคโทดได้ดียิ่งขึ้น

ความเป็นไปได้ในการนำสารต่างๆ เข้าไปในเครื่องเรืองแสงวาบซึ่งจำเป็นในการทดลองพิเศษ (เช่น เมื่อศึกษานิวตรอน)

ความเป็นไปได้ของการใช้พลาสติกเรืองแสงวาบในสุญญากาศ

เวลาการส่องสว่างสั้น (~3 10-9 วินาที).ตัวเรืองแสงวาบพลาสติกที่เตรียมโดยการละลายแอนทราซีนในโพลีสไตรีนมีแสงสว่างสูงสุด สารละลายสติลบีนในโพลีสไตรีนก็มีคุณสมบัติที่ดีเช่นกัน

ตัวเรืองแสงวาบอินทรีย์เหลว ตัวเรืองแสงวาบอินทรีย์เหลวคือสารละลายของสารเรืองแสงวาบอินทรีย์ในตัวทำละลายอินทรีย์ของเหลวบางชนิด

กลไกของการเรืองแสงในตัวเรืองแสงวาบของเหลวนั้นคล้ายคลึงกับกลไกที่เกิดขึ้นในสารละลายตัวเรืองแสงวาบที่เป็นของแข็ง

ตัวทำละลายที่เหมาะสมที่สุดกลายเป็นไซลีน โทลูอีน และฟีนิลไซโคลเฮกเซน และสารที่แวววาว ได้แก่ พี-เทอร์ฟีนิล ไดฟีนิลออกซาโซล และเตตราฟีนิลบิวทาไดอีน สารเรืองแสงที่เกิดขึ้นจากการละลาย

p-terphenyl ในไซลีนที่ความเข้มข้นของตัวถูกละลายเท่ากับ 5 กรัม/ลิตร

ข้อดีหลักของเครื่องเรืองแสงวาบเหลว:

ความเป็นไปได้ในการผลิตปริมาณมาก

ความเป็นไปได้ของการแนะนำเข้าไปในสารเรืองแสงวาบที่จำเป็นในการทดลองพิเศษ

ระยะเวลาแฟลชสั้น ( ~3 10-9วินาที).

เครื่องกำเนิดก๊าซเรืองแสง เมื่ออนุภาคที่มีประจุผ่านก๊าซต่าง ๆ จะสังเกตเห็นลักษณะของประกายแวววาวในตัวพวกมัน ก๊าซมีตระกูลหนัก (ซีนอนและคริปทอน) มีแสงสว่างสูงสุด ส่วนผสมของซีนอนและฮีเลียมยังให้แสงสว่างสูงอีกด้วย การมีซีนอน 10% ในฮีเลียมให้แสงสว่างที่ส่องสว่างมากกว่าซีนอนบริสุทธิ์ (รูปที่ 3) ส่วนผสมที่มีขนาดเล็กไม่มีนัยสำคัญของก๊าซอื่น ๆ จะลดความเข้มของแสงแวววาวในก๊าซมีตระกูลได้อย่างมาก

ข้าว. 3. การพึ่งพาการปล่อยแสงของก๊าซ

ตัวเรืองแสงวาบในอัตราส่วนของส่วนผสมของฮีเลียมและซีนอน

จากการทดลองพบว่าระยะเวลาของการลุกไหม้ในก๊าซมีตระกูลสั้น (10-9 -10-8 วินาที),และความเข้มของแสงแฟลร์ในช่วงกว้างจะเป็นสัดส่วนกับพลังงานที่สูญเสียไปของอนุภาคที่ตรวจพบ และไม่ขึ้นอยู่กับมวลและประจุของอนุภาคเหล่านั้น ก๊าซเรืองแสงวาบมีความไวต่อรังสี g ต่ำ

ส่วนหลักของสเปกตรัมเรืองแสงนั้นอยู่ในบริเวณไกลของอัลตราไวโอเลต ดังนั้นจึงมีการใช้ตัวแปลงแสงเพื่อให้ตรงกับความไวสเปกตรัมของตัวคูณแสง อย่างหลังจะต้องมีค่าสัมประสิทธิ์การแปลงสูง ความโปร่งใสเชิงแสงในชั้นบาง ๆ ความดันไออิ่มตัวต่ำ รวมถึงความเสถียรทางกลและทางเคมี วัสดุหลายชนิดส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัสดุสำหรับตัวแปลงไฟ สารประกอบอินทรีย์, ตัวอย่างเช่น:

diphenylstilbene (ประสิทธิภาพการแปลงประมาณ 1);

ป1 พี'-ควอเทอร์ฟีนิล (~1);

แอนทราซีน (0.34) เป็นต้น

ตัวแปลงแสงถูกนำไปใช้ในชั้นบางๆ กับโฟโตแคโทดของโฟโตมัลติพลายเออร์ พารามิเตอร์ที่สำคัญของตัวแปลงไฟคือเวลาในการส่องสว่าง ในเรื่องนี้ ผู้แปรรูปอินทรีย์ค่อนข้างน่าพอใจ (10-9 วินาทีหรือหลายหน่วยต่อ 10-9 วินาที).เพื่อเพิ่มการสะสมแสง ผนังด้านในของห้องเรืองแสงวาบมักจะเคลือบด้วยตัวสะท้อนแสง (MgO, เคลือบฟันที่มีไททาเนียมออกไซด์, ฟลูออโรเรซิ่น, อลูมิเนียมออกไซด์ ฯลฯ)

§ 3. ตัวคูณภาพ

องค์ประกอบหลักของ PMT ได้แก่ โฟโตแคโทด ระบบโฟกัส ระบบคูณ (ไดโนด) แอโนด (ตัวสะสม) องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้อยู่ในกระบอกแก้ว อพยพไปยังสุญญากาศสูง (10-6 มิลลิเมตรปรอท.)

เพื่อวัตถุประสงค์ในการแผ่รังสีนิวเคลียร์ สเปกโตรเมทรี โฟโตแคโทดมักจะอยู่ที่ตำแหน่งนั้น พื้นผิวด้านในส่วนปลายแบนของกระบอกสูบ PMT สารที่มีความไวเพียงพอต่อแสงที่ปล่อยออกมาจากรังสีเรืองแสงวาบถูกเลือกเป็นวัสดุโฟโตแคโทด ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือโฟโตแคโทดพลวง-ซีเซียม ซึ่งมีความไวสเปกตรัมสูงสุดอยู่ที่ l = 3900–4200 A ซึ่งสอดคล้องกับสเปกตรัมเรืองแสงสูงสุดของตัวเรืองแสงวาบหลายตัว

ข้าว. 4. แผนผังของโฟโตมัลติพลายเออร์

คุณลักษณะอย่างหนึ่งของโฟตอนแคโทดคือผลผลิตควอนตัม กล่าวคือ ความน่าจะเป็นที่โฟโตอิเล็กตรอนจะถูกฉีกออกโดยโฟตอนที่ชนโฟโตแคโทด ค่าของ e สามารถเข้าถึง 10-20% คุณสมบัติของโฟโตแคโทดยังมีลักษณะเฉพาะด้วยความไวรวมซึ่งเป็นอัตราส่วนของโฟโตปัจจุบัน (มกะ) ถึงเหตุการณ์ฟลักซ์แสงบนโฟโตแคโทด (LM)

โฟโตแคโทดถูกนำไปใช้กับกระจกในรูปแบบของชั้นโปร่งแสงบาง ๆ ความหนาของชั้นนี้มีความสำคัญ ในอีกด้านหนึ่งสำหรับการดูดกลืนแสงจำนวนมากจะต้องมีนัยสำคัญในทางกลับกันโฟโตอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นซึ่งมีพลังงานต่ำมากจะไม่สามารถออกจากชั้นหนาได้และผลผลิตควอนตัมที่มีประสิทธิภาพอาจมีน้อย ดังนั้นจึงเลือกความหนาที่เหมาะสมที่สุดของโฟโตแคโทด สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าโฟโตแคโทดมีความหนาสม่ำเสมอ เพื่อให้ความไวของโฟโตแคโทดเท่ากันทั่วทั้งพื้นที่ ในเกรย์เรย์สเปกโตรเมทรีแบบเรืองแสงวาบ มักจำเป็นต้องใช้เครื่องเรืองแสงวาบที่เป็นของแข็งขนาดใหญ่ ทั้งในด้านความหนาและเส้นผ่านศูนย์กลาง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องผลิตโฟโตมัลติพลายเออร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางโฟโตแคโทดขนาดใหญ่ ในเครื่องคูณภาพด้วยแสงในประเทศ โฟโตแคโทดจะถูกสร้างขึ้นโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่หลายเซนติเมตรจนถึง 15ธ20 ซม.โฟโตอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากโฟโตแคโทดจะต้องมุ่งเน้นไปที่อิเล็กโทรดคูณตัวแรก เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงมีการใช้ระบบเลนส์ไฟฟ้าสถิต ซึ่งเป็นชุดไดอะแฟรมโฟกัส เพื่อให้ได้คุณลักษณะจังหวะเวลาที่ดีของตัวคูณแสง สิ่งสำคัญคือต้องสร้างระบบโฟกัสเพื่อให้อิเล็กตรอนตกบนไดโนดตัวแรกโดยมีการกระจายเวลาน้อยที่สุด รูปที่ 4 แสดงการออกแบบแผนผังของโฟโตมัลติพลายเออร์ ไฟฟ้าแรงสูงที่จ่ายให้กับโฟโตมัลติพลายเออร์นั้นเชื่อมต่อกับแคโทดด้วยขั้วลบและกระจายระหว่างอิเล็กโทรดทั้งหมด ความต่างศักย์ระหว่างแคโทดและไดอะแฟรมทำให้มั่นใจได้ว่าโฟโตอิเล็กตรอนจะโฟกัสไปที่อิเล็กโทรดตัวคูณตัวแรก อิเล็กโทรดคูณเรียกว่าไดโนด ไดนาดถูกสร้างขึ้นจากวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยก๊าซทุติยภูมิมากกว่าเอกภาพ (s>1) ในโฟโตมัลติพลายเออร์ในประเทศ ไดโนดถูกผลิตขึ้นในรูปแบบของรางน้ำ (รูปที่ 4) หรือในรูปแบบของมู่ลี่ ในทั้งสองกรณี ไดโนดจะถูกจัดเรียงเป็นเส้น นอกจากนี้ยังสามารถจัดเรียงไดโนดรูปวงแหวนได้อีกด้วย PMT ที่มีระบบไดโนดรูปวงแหวนมีลักษณะเฉพาะของเวลาที่ดีกว่า ชั้นที่เปล่งแสงของไดโนดคือชั้นของพลวงและซีเซียมหรือชั้นของโลหะผสมพิเศษ ค่าสูงสุดของ s สำหรับตัวปล่อยพลวง-ซีเซียมนั้นทำได้ที่พลังงานอิเล็กตรอน 350ø400 ทุกๆวันและสำหรับตัวปล่อยโลหะผสม - ที่500ธ550 ev.ในกรณีแรก s= 12э14 ในกรณีที่สอง s=7э10 ในโหมดการทำงานของโฟโตมัลติพลายเออร์ ค่า s จะต่ำกว่าเล็กน้อย เพียงพอ ค่าสัมประสิทธิ์ที่ดีการปล่อยก๊าซทุติยภูมิคือ s= 5

โฟโตอิเล็กตรอนมุ่งเน้นไปที่ไดโนดตัวแรกทำให้อิเล็กตรอนตัวที่สองหลุดออกไป จำนวนอิเล็กตรอนที่ออกจากไดโนดตัวแรกนั้นมีหลายครั้ง จำนวนมากขึ้นโฟโตอิเล็กตรอน ทั้งหมดจะถูกส่งไปยังไดโนดตัวที่สอง ซึ่งพวกมันยังทำให้อิเล็กตรอนทุติยภูมิหลุดออกไปด้วย ฯลฯ จากไดโนดหนึ่งไปอีกไดโนด จำนวนอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น s เท่า

เมื่อผ่านไดโนดทั้งระบบ การไหลของอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น 5-7 ลำดับความสำคัญและไปถึงขั้วบวก - อิเล็กโทรดสะสมของโฟโตมัลติพลายเออร์ หากโฟโตมัลติพลายเออร์ทำงานในโหมดปัจจุบัน อุปกรณ์ที่ขยายและวัดกระแสจะรวมอยู่ในวงจรแอโนด เมื่อบันทึกรังสีนิวเคลียร์ มักจะจำเป็นต้องวัดจำนวนพัลส์ที่เกิดจากอนุภาคไอออไนซ์ เช่นเดียวกับแอมพลิจูดของพัลส์เหล่านี้ ในกรณีเหล่านี้ ความต้านทานจะเชื่อมต่อกับวงจรแอโนดซึ่งเกิดพัลส์แรงดันไฟฟ้า

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

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

เอ็ม" =ซม.

ที่ไหน กับ<1 - ค่าสัมประสิทธิ์การสะสมอิเล็กตรอน แสดงถึงประสิทธิภาพของการสะสมโฟโตอิเล็กตรอนที่ไดโนดแรก

กำไรอย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งสำคัญมาก เอ็ม" PMT ทั้งในเวลาและการเปลี่ยนแปลงจำนวนอิเล็กตรอนที่ออกจากโฟโตแคโทด สถานการณ์หลังนี้ทำให้สามารถใช้เครื่องนับการเรืองแสงวาบเป็นสเปกโตรมิเตอร์รังสีนิวเคลียร์ได้

เกี่ยวกับการรบกวนในตัวคูณแสง ในตัวนับการเรืองแสงวาบ แม้ว่าไม่มีการฉายรังสีจากภายนอก ก็อาจมีพัลส์จำนวนมากปรากฏขึ้นที่เอาต์พุต PMT พัลส์เหล่านี้มักจะมีแอมพลิจูดเล็กและเรียกว่าพัลส์เสียง พัลส์สัญญาณรบกวนจำนวนมากที่สุดเกิดจากการปรากฏของอิเล็กตรอนเทอร์โมนิกจากโฟโตแคโทดหรือแม้แต่จากไดโนดตัวแรก เพื่อลดเสียงรบกวนของโฟโตมัลติพลายเออร์ มักใช้การระบายความร้อน เมื่อลงทะเบียนการแผ่รังสีที่สร้างพัลส์แอมพลิจูดขนาดใหญ่ ตัวแยกแยะจะรวมอยู่ในวงจรการบันทึกที่ไม่อนุญาตให้พัลส์เสียงผ่าน

ข้าว. 5. วงจรลดสัญญาณรบกวน PMT

1. เมื่อบันทึกพัลส์ที่มีแอมพลิจูดเทียบได้กับสัญญาณรบกวน มีเหตุผลที่จะใช้ตัวเรืองแสงวาบหนึ่งตัวที่มีโฟโตมัลติพลายเออร์สองตัวรวมอยู่ในวงจรบังเอิญ (รูปที่ 5) ในกรณีนี้ การเลือกพัลส์ชั่วคราวที่เกิดจากอนุภาคที่ตรวจพบจะเกิดขึ้น ในความเป็นจริง แสงวาบที่เกิดขึ้นในตัวเรืองแสงวาบจากอนุภาคที่ตรวจพบจะกระทบโฟโตแคโทดของโฟโตมัลติพลายเออร์ทั้งสองตัวพร้อมกัน และพัลส์จะปรากฏขึ้นที่เอาต์พุตพร้อมกัน ส่งผลให้วงจรบังเอิญทำงาน อนุภาคจะถูกลงทะเบียน พัลส์สัญญาณรบกวนในโฟโตมัลติพลายเออร์แต่ละตัวจะปรากฏแยกจากกัน และส่วนใหญ่มักจะไม่ถูกบันทึกโดยวงจรบังเอิญ วิธีการนี้ทำให้สามารถลดพื้นหลังที่แท้จริงของตัวคูณแสงได้ 2-3 ลำดับความสำคัญ

จำนวนพัลส์สัญญาณรบกวนจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่เพิ่มขึ้น ในตอนแรกค่อนข้างช้า จากนั้นเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สาเหตุของการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในพื้นหลังนี้คือการปล่อยสนามจากขอบแหลมของอิเล็กโทรดและการเกิดปฏิกิริยาป้อนกลับไอออนระหว่างไดโนดสุดท้ายและโฟโตแคโทดของโฟโตมัลติพลายเออร์

ในบริเวณขั้วบวกซึ่งมีความหนาแน่นกระแสสูงสุด อาจเกิดการเรืองแสงของทั้งก๊าซตกค้างและวัสดุโครงสร้างได้ การเรืองแสงที่อ่อนแอที่เกิดขึ้นรวมถึงการป้อนกลับแบบไอออนิกทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าพัลส์ประกอบซึ่งเว้นระยะห่างจากพัลส์หลัก 10-8 ธ10-7 วินาที

§ 4. การออกแบบตัวนับประกายแวววาว

ข้อกำหนดต่อไปนี้ใช้กับการออกแบบเครื่องนับแสงแวววาว:

คอลเลกชันที่ดีที่สุดของแสงแวววาวที่โฟโตแคโทด

การกระจายแสงสม่ำเสมอตลอดโฟโตแคโทด

การหรี่แสงจากแหล่งภายนอก

ไม่มีอิทธิพลของสนามแม่เหล็ก

ความเสถียรของกำไร PMT

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

ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับบรรจุภัณฑ์อย่างระมัดระวังของสารเรืองแสงวาบดูดความชื้น ตัวอย่างเช่น ฟอสฟอรัส NaJ (Tl) ที่ใช้กันมากที่สุดนั้นมีความสามารถในการดูดความชื้นได้มากและเมื่อความชื้นแทรกซึมเข้าไปในฟอสฟอรัส NaJ (Tl) จะกลายเป็นสีเหลืองและสูญเสียคุณสมบัติการเป็นประกายแวววาว

ตัวเรืองแสงวาบพลาสติกไม่จำเป็นต้องบรรจุในภาชนะสุญญากาศ แต่เพื่อเพิ่มการสะสมของแสง คุณสามารถล้อมรอบตัวเรืองแสงวาบด้วยตัวสะท้อนแสงได้ ของแข็งเรืองแสงวาบทั้งหมดต้องมีหน้าต่างทางออกที่ปลายด้านใดด้านหนึ่ง ซึ่งเชื่อมต่อกับโฟโตแคโทดของ PMT อาจสูญเสียความเข้มของแสงแวววาวที่จุดเชื่อมต่ออย่างมีนัยสำคัญ เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียเหล่านี้ น้ำมันบัลซัม น้ำมันแร่ หรือซิลิโคนของแคนาดาจึงถูกนำมาใช้ระหว่างตัวเรืองแสงวาบและ PMT และสร้างหน้าสัมผัสทางแสงขึ้น

ในการทดลองบางอย่าง ตัวอย่างเช่น เมื่อทำการวัดในสุญญากาศ ในสนามแม่เหล็ก หรือในสนามรังสีไอออไนซ์ที่มีความเข้มข้นสูง ไม่สามารถวางซินทิลเลเตอร์บนโฟโตแคโทดของ PMT ได้โดยตรง ในกรณีดังกล่าว ท่อแสงถูกใช้เพื่อส่งผ่านแสงจากรังสีชนิดเรืองแสงวาบไปยังโฟโตแคโทด 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

PMT ได้รับพลังงานโดยใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้สามารถนำศักย์ที่สอดคล้องกันไปใช้กับอิเล็กโทรดแต่ละตัวได้ ขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟเชื่อมต่อกับโฟโตแคโทดและที่ปลายด้านหนึ่งของตัวแบ่ง ขั้วบวกของปลายอีกด้านของตัวกั้นจะต่อสายดินอยู่ ความต้านทานของตัวแบ่งจะถูกเลือกในลักษณะที่ทำให้ได้โหมดการทำงานที่เหมาะสมที่สุดของ PMT เพื่อความเสถียรที่มากขึ้น กระแสที่ไหลผ่านตัวแบ่งควรมีลำดับความสำคัญสูงกว่ากระแสอิเล็กตรอนที่ไหลผ่าน PMT

ข้าว. 6. การเชื่อมต่อโฟโตมัลติพลายเออร์กับตัวเรืองแสงวาบชนิดของเหลว

1-สารเรืองแสงวาบชนิดของเหลว;

2- พีเอ็มที;

3- ฝาครอบป้องกันแสง

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

ในระบบออปติกอิเล็กตรอน วิถีโคจรของอิเล็กตรอนไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนของศักย์ไฟฟ้าที่อิเล็กโทรดทั้งหมดที่สร้างระบบออปติกอิเล็กตรอนนี้ ในทำนองเดียวกันในตัวคูณ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายเปลี่ยนแปลง เฉพาะค่าเกนเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง แต่คุณสมบัติทางแสงของอิเล็กตรอนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ด้วยการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าบนไดโนด PMT อย่างไม่สมส่วน เงื่อนไขในการโฟกัสอิเล็กตรอนในบริเวณที่สัดส่วนถูกละเมิดจะเปลี่ยนไป สถานการณ์นี้ใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพของกำไรจากตัวคูณแสงด้วยตนเอง เพื่อจุดประสงค์นี้จึงมีศักยภาพ

ข้าว. 7. ส่วนหนึ่งของวงจรแบ่ง

ไดโนดตัวใดตัวหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับศักยภาพของไดโนดตัวก่อนหน้านั้นจะถูกตั้งค่าคงที่ ไม่ว่าจะด้วยความช่วยเหลือของแบตเตอรี่เพิ่มเติมหรือด้วยความช่วยเหลือของตัวแบ่งที่เสถียรเพิ่มเติม รูปที่ 7 แสดงส่วนหนึ่งของวงจรตัวแบ่งซึ่งมีการเชื่อมต่อแบตเตอรี่เพิ่มเติมระหว่างไดโนด D5 และ D6 (ยูบี = 90 วี)เพื่อให้ได้ผลการรักษาเสถียรภาพในตัวเองที่ดีที่สุด จำเป็นต้องเลือกค่าความต้านทาน อาร์".โดยปกติ อาร์"มากกว่า ร 3-4 ครั้ง.

§ 5. คุณสมบัติของตัวนับประกายแวววาว

เครื่องนับแสงแวววาวมีข้อดีดังต่อไปนี้

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

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

ความเป็นไปได้ของการวิเคราะห์พลังงานของรังสีที่บันทึกไว้ ในความเป็นจริง สำหรับอนุภาคที่มีประจุแสง (อิเล็กตรอน) ความเข้มของแสงวาบในเครื่องเรืองแสงวาบจะเป็นสัดส่วนกับพลังงานที่สูญเสียไปโดยอนุภาคในเครื่องเรืองแสงวาบนี้

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

ความเป็นไปได้ในการผลิตตัวเรืองแสงวาบในมิติทางเรขาคณิตที่มีขนาดใหญ่มาก นี่หมายถึงความเป็นไปได้ในการบันทึกและการวิเคราะห์พลังงานของอนุภาคที่มีพลังงานสูงมาก (รังสีคอสมิก) รวมถึงอนุภาคที่มีปฏิกิริยากับสสารอย่างอ่อน (นิวตริโน)

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

§ 6. ตัวอย่างการใช้ตัวนับแวววาว

การวัดช่วงอายุของสภาวะตื่นเต้นของนิวเคลียส ในระหว่างการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีหรือในปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่างๆ นิวเคลียสที่เกิดขึ้นมักจะพบว่าตนเองอยู่ในสภาวะตื่นเต้น การศึกษาคุณลักษณะควอนตัมของสถานะตื่นเต้นของนิวเคลียสเป็นหนึ่งในภารกิจหลักของฟิสิกส์นิวเคลียร์ ลักษณะที่สำคัญมากของสภาวะตื่นเต้นของนิวเคลียสคืออายุการใช้งานของมัน ทีการรู้ค่านี้จะทำให้ได้รับข้อมูลมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของนิวเคลียส

นิวเคลียสของอะตอมสามารถอยู่ในสถานะตื่นเต้นได้ในเวลาที่ต่างกัน มีวิธีการต่างๆ ในการวัดเวลาเหล่านี้ เครื่องนับการเรืองแสงวาบได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสะดวกมากในการวัดอายุการใช้งานระดับนิวเคลียร์ตั้งแต่หลายวินาทีไปจนถึงเสี้ยววินาทีที่น้อยมาก เป็นตัวอย่างการใช้ตัวนับซินทิลเลชัน เราจะพิจารณาวิธีการหน่วงเวลาบังเอิญ ปล่อยให้นิวเคลียส A (ดูรูปที่ 10) เปลี่ยนเป็นนิวเคลียสโดยการสลายตัวของ b ในในสภาวะตื่นเต้น ซึ่งจะปล่อยพลังงานส่วนเกินให้กับการปล่อย g-quanta สองตัวตามลำดับ (g1,g2) 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 เอไอต้องผ่านเฉพาะพัลส์ที่สอดคล้องกับพลังงานของควอนตัม g1 และเครื่องวิเคราะห์เท่านั้น อ๊าย - g2 .

รูปที่ 8. แผนผังสำหรับการพิจารณา

ตลอดชีวิตของสภาวะตื่นเต้นของนิวเคลียส

ถัดไป พัลส์จากเครื่องวิเคราะห์ รวมถึงจากวงจรความบังเอิญที่รวดเร็ว จะถูกป้อนไปยังพัลส์ที่ช้า (t~10-6 วินาที)รูปแบบความบังเอิญสามเท่า การทดลองนี้เป็นการศึกษาการขึ้นต่อกันของจำนวนความบังเอิญสามเท่ากับค่าการหน่วงเวลาของพัลส์ที่รวมอยู่ในช่องแรกของวงจรความบังเอิญแบบเร็ว โดยปกติแล้ว พัลส์จะหน่วงเวลาโดยใช้สิ่งที่เรียกว่าเส้นหน่วงเวลาแปรผัน LZ (รูปที่ 8)

เส้นหน่วงเวลาจะต้องเชื่อมต่อกับช่องสัญญาณที่ตรวจพบควอนตัม g1 อย่างแน่นอน เนื่องจากจะถูกส่งออกมาก่อนควอนตัม g2 จากผลการทดลองจะมีการสร้างกราฟกึ่งลอการิทึมของการพึ่งพาจำนวนความบังเอิญสามครั้งกับเวลาหน่วงเวลา (รูปที่ 9) และจากนี้ไป อายุการใช้งานของระดับความตื่นเต้นจะถูกกำหนด ฉัน(เหมือนกับเมื่อพิจารณาครึ่งชีวิตโดยใช้เครื่องตรวจจับตัวเดียว)

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

รูปที่ 9. ขึ้นอยู่กับจำนวนการแข่งขันกับค่าความล่าช้า

การตรวจจับข้อบกพร่องแกมมา การแผ่รังสีนิวเคลียร์ซึ่งมีพลังทะลุทะลวงสูง มีการใช้กันมากขึ้นในเทคโนโลยีเพื่อตรวจจับข้อบกพร่องในท่อ ราง และบล็อกโลหะขนาดใหญ่อื่นๆ เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ จะใช้แหล่งกำเนิดรังสีจีและเครื่องตรวจจับรังสีเกรย์ เครื่องตรวจจับที่ดีที่สุดในกรณีนี้คือเครื่องนับการเรืองแสงวาบ ซึ่งมีประสิทธิภาพในการลงทะเบียนสูง แหล่งกำเนิดรังสีถูกวางไว้ในภาชนะตะกั่ว ซึ่งมีลำแสงสีเทาแคบๆ โผล่ออกมาผ่านรูคอลลิเมเตอร์ เพื่อให้แสงสว่างแก่ท่อ มีการติดตั้งตัวนับประกายแวววาวไว้ที่ฝั่งตรงข้ามของท่อ แหล่งกำเนิดและตัวนับวางอยู่บนกลไกที่เคลื่อนย้ายได้ซึ่งช่วยให้สามารถเคลื่อนย้ายไปตามท่อและหมุนรอบแกนของมันด้วย เมื่อผ่านวัสดุท่อ ลำแสงรังสีเอกซ์จะถูกดูดซับบางส่วน ถ้าไปป์เป็นเนื้อเดียวกัน การดูดซับจะเท่ากันทุกที่ และเครื่องนับจะบันทึกจำนวน g-quanta ที่เท่ากัน (โดยเฉลี่ย) ต่อหน่วยเวลาเสมอ แต่หากมีเปลือกอยู่ในบางจุดของไปป์ ดังนั้น g -รังสีจะถูกดูดซับในบริเวณนี้น้อยลง และความเร็วในการนับจะเพิ่มขึ้น ตำแหน่งของอ่างล้างจานจะถูกเปิดเผย มีตัวอย่างการใช้เคาน์เตอร์เรืองแสงวาบดังกล่าวมากมาย

การทดลองตรวจหานิวตริโน นิวตริโนเป็นอนุภาคมูลฐานที่ลึกลับที่สุด คุณสมบัติของนิวตริโนเกือบทั้งหมดได้มาจากข้อมูลทางอ้อม ทฤษฎีสมัยใหม่ของการสลายตัวของบีสันนิษฐานว่ามวลนิวตริโน mn เป็นศูนย์ การทดลองบางอย่างแนะนำว่า... การหมุนของนิวตริโนคือ 1/2 โมเมนต์แม่เหล็ก<10-9 магнетона Бора. Электрический заряд равен нулю. Нейтрино может преодолевать огромные толщи вещества, не взаимодействуя с ним. При радиоактивном распаде ядер испускаются два сорта нейтрино. Так, при позитронном распаде ядро испускает позитрон (античастица) и нейтрино (n-частица). При электронном распадеиспускается электрон (частица) и антинейтрино (`n-античастйца).

การสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งมีนิวเคลียสจำนวนมากและมีนิวตรอนมากเกินไปเกิดขึ้น ทำให้เกิดความหวังในการตรวจหาแอนตินิวตริโน นิวเคลียสที่มีนิวตรอนอุดมด้วยนิวตรอนทั้งหมดจะสลายตัวไปตามการปล่อยอิเล็กตรอน และเป็นผลให้แอนตินิวตริโนเกิดขึ้น ใกล้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีกำลังหลายแสนกิโลวัตต์ แอนตินิวตริโนฟลักซ์อยู่ที่ 1,013 ซม -2 · วินาที-1 -การไหลที่มีความหนาแน่นมหาศาล และโดยการเลือกเครื่องตรวจจับแอนตินิวตริโนที่เหมาะสม เราสามารถลองตรวจจับพวกมันได้ ความพยายามดังกล่าวเกิดขึ้นโดย Raines และ Cowan ในปี 1954 ผู้เขียนใช้ปฏิกิริยาต่อไปนี้:

n + พี ® เอ็น+อี+ (1)

ผลิตภัณฑ์อนุภาคของปฏิกิริยานี้คือโพซิตรอนและนิวตรอน ซึ่งสามารถลงทะเบียนได้

สารเรืองแสงวาบชนิดเหลวที่มีปริมาตร ~1 ลบ.ม.,มีปริมาณไฮโดรเจนสูงอิ่มตัวด้วยแคดเมียม 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 ซม2,ซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่คำนวณได้

ในปัจจุบัน มีการใช้ตัวนับการเรืองแสงวาบของของเหลวขนาดใหญ่มากในการทดลองจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการทดลองเกี่ยวกับการวัดฟลักซ์รังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาจากมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ

การลงทะเบียนชิ้นส่วนฟิชชัน เครื่องนับก๊าซเรืองแสงวาบได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสะดวกสำหรับการบันทึกชิ้นส่วนฟิชชัน

โดยทั่วไปแล้ว การทดลองเพื่อศึกษาภาคตัดขวางของฟิชชันจะดำเนินการดังนี้: ชั้นขององค์ประกอบที่กำลังศึกษาจะถูกนำไปใช้กับสารตั้งต้นบางส่วนและฉายรังสีด้วยฟลักซ์นิวตรอน แน่นอนว่า ยิ่งใช้วัสดุฟิสไซล์มากเท่าไร เหตุการณ์ฟิชชันก็จะยิ่งเกิดขึ้นมากขึ้นเท่านั้น แต่เนื่องจากโดยปกติแล้วสารฟิสไซล์ (เช่น ธาตุทรานยูเรเนียม) เป็นตัวปล่อยรังสี การใช้สารเหล่านี้ในปริมาณมากจึงเป็นเรื่องยากเนื่องจากมีพื้นหลังขนาดใหญ่จากอนุภาค a และถ้ามีการศึกษาเหตุการณ์ฟิชชันโดยใช้ห้องไอออไนเซชันแบบพัลส์ ก็เป็นไปได้ที่จะซ้อนพัลส์จากอนุภาค a บนพัลส์ที่เกิดจากชิ้นส่วนฟิชชัน เฉพาะอุปกรณ์ที่มีความละเอียดเวลาดีกว่าเท่านั้นที่จะอนุญาตให้ใช้วัสดุฟิสไซล์ปริมาณมากโดยไม่ต้องวางพัลส์ทับกัน ในเรื่องนี้ ตัวนับการเรืองแสงวาบของแก๊สมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือห้องไอออไนเซชันแบบพัลส์ เนื่องจากระยะเวลาของพัลส์ของห้องหลังคือ 2-3 ลำดับความสำคัญนานกว่าของตัวนับความแวววาวของแก๊ส แอมพลิจูดของพัลส์จากชิ้นส่วนฟิชชันมีขนาดใหญ่กว่าแอมพลิจูดจากอนุภาค a มาก ดังนั้นจึงสามารถแยกออกได้อย่างง่ายดายโดยใช้เครื่องวิเคราะห์แอมพลิจูด

คุณสมบัติที่สำคัญมากของตัวนับการเรืองแสงวาบของแก๊สคือความไวต่ำต่อรังสีเอกซ์ เนื่องจากลักษณะของอนุภาคที่มีประจุหนักมักจะมาพร้อมกับฟลักซ์รังสีเอกซ์ที่รุนแรง

กล้องเรืองแสง. ในปี 1952 นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Zavoisky และคนอื่นๆ เป็นคนแรกที่ถ่ายภาพร่องรอยของอนุภาคไอออไนซ์ในสารเรืองแสงโดยใช้ตัวแปลงอิเล็กตรอนและออปติคอลที่มีความไว (EOC) วิธีการตรวจจับอนุภาคนี้เรียกว่ากล้องฟลูออเรสเซนต์ ซึ่งมีความละเอียดของเวลาสูง การทดลองครั้งแรกดำเนินการโดยใช้ผลึก CsJ(Tl)

ต่อมามีการใช้ตัวเรืองแสงที่เป็นพลาสติกในรูปแบบของแท่งยาวบาง (เกลียว) เพื่อสร้างห้องเรืองแสง เธรดจะซ้อนกันเป็นแถวเพื่อให้เธรดในสองแถวที่อยู่ติดกันอยู่ในมุมฉากซึ่งกันและกัน สิ่งนี้ทำให้มีความเป็นไปได้ของการสังเกตสามมิติเพื่อสร้างวิถีโคจรเชิงพื้นที่ของอนุภาคขึ้นมาใหม่ รูปภาพจากเส้นใยที่ตั้งฉากกันแต่ละกลุ่มจากทั้งสองกลุ่มจะถูกส่งไปยังตัวแปลงอิเล็กตรอน-ออปติคอลที่แยกจากกัน ด้ายยังทำหน้าที่เป็นตัวนำแสงด้วย แสงจะได้รับจากเส้นด้ายเหล่านั้นที่อนุภาคตัดผ่านเท่านั้น แสงนี้ส่องออกมาจากปลายด้ายที่ถ่ายไว้ ระบบผลิตขึ้นโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวแต่ละตัวตั้งแต่ 0.5 ถึง 1.0 มม.

วรรณกรรม :

1. เจ. เบิร์คส 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