Detektor kilau adalah salah satu jenis peralatan pengukuran yang dirancang untuk mendeteksi partikel elementer. Fitur mereka adalah bahwa membaca terjadi melalui penggunaan sistem peka cahaya. Untuk pertama kalinya instrumen ini digunakan pada tahun 1944 untuk mengukur radiasi uranium. Ada beberapa jenis detektor tergantung pada jenis agen kerja.
Tujuan
Detektor kilau banyak digunakan untuk tujuan berikut:
- pendaftaran pencemaran radiasi lingkungan;
- analisis bahan radioaktif dan studi fisika dan kimia lainnya;
- digunakan sebagai elemen untuk meluncurkan sistem pendeteksi yang lebih kompleks;
- studi spektrometri zat;
- komponen pensinyalan dalam sistem proteksi radiasi (misalnya, peralatan dosimetri yang dirancang untuk memberi tahu tentang masuknya kapal ke zona kontaminasi radioaktif).
Konter dapat menghasilkan pendaftaran berkualitas baikradiasi dan mengukur energinya.
Pengaturan detektor
Struktur dasar detektor radiasi sintilasi ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Elemen utama peralatan adalah sebagai berikut:
- pengganda foto;
- sintilator dirancang untuk mengubah eksitasi kisi kristal menjadi cahaya tampak dan mengirimkannya ke konverter optik;
- kontak optik antara dua perangkat pertama;
- penstabil tegangan;
- sistem elektronik untuk merekam impuls listrik.
Tipe
Ada klasifikasi berikut jenis utama detektor kilau menurut jenis zat yang berpendar saat terkena radiasi:
- Pengukur alkali halida anorganik. Mereka digunakan untuk mendaftarkan radiasi alfa, beta, gamma dan neutron. Beberapa jenis kristal tunggal diproduksi di industri: natrium iodida, sesium, kalium dan litium, seng sulfida, tungstat logam alkali tanah. Mereka diaktifkan dengan pengotor khusus.
- Kristal tunggal organik dan larutan transparan. Kelompok pertama meliputi: antrasena, tolan, trans-stilben, naftalena dan senyawa lainnya, kelompok kedua termasuk terfenil, campuran antrasena dengan naftalena, larutan padat dalam plastik. Mereka digunakan untuk pengukuran waktu dan untuk mendeteksi neutron cepat. Mengaktifkan aditif dalam sintilator organik tidakberkontribusi.
- Media gas (He, Ar, Kr, Xe). Detektor tersebut terutama digunakan untuk mendeteksi fragmen fisi inti berat. Panjang gelombang radiasi berada dalam spektrum ultraviolet, sehingga memerlukan fotodioda yang sesuai.
Untuk detektor neutron sintilasi dengan energi kinetik hingga 100 keV, digunakan kristal seng sulfida yang diaktifkan dengan isotop boron dengan nomor massa 10 dan 6Li. Saat mendaftarkan partikel alfa, seng sulfida diterapkan dalam lapisan tipis pada substrat transparan.
Di antara senyawa organik, plastik kilau adalah yang paling banyak digunakan. Mereka adalah larutan zat luminescent dalam plastik bermolekul tinggi. Paling sering, plastik kilau dibuat berdasarkan polistirena. Pelat tipis digunakan untuk mendaftarkan radiasi alfa dan beta, dan pelat tebal digunakan untuk sinar gamma dan sinar-X. Mereka diproduksi dalam bentuk silinder transparan yang dipoles. Dibandingkan dengan jenis sintilator lainnya, sintilator plastik memiliki beberapa keunggulan:
- waktu flash singkat;
- ketahanan terhadap kerusakan mekanis, kelembaban;
- kekonstanan karakteristik pada paparan radiasi dosis tinggi;
- biaya rendah;
- mudah dibuat;
- efisiensi pendaftaran tinggi.
Pengganda foto
Komponen fungsional utama peralatan ini adalah photomultiplier. Ini adalah sistem elektroda yang dipasangdalam tabung kaca. Untuk melindungi dari medan magnet luar, ia ditempatkan di selubung logam yang terbuat dari bahan dengan permeabilitas magnetik tinggi. Ini melindungi interferensi elektromagnetik.
Dalam photomultiplier, kilatan cahaya diubah menjadi impuls listrik, dan arus listrik juga diperkuat sebagai akibat dari emisi sekunder elektron. Besarnya arus tergantung pada jumlah dynodes. Pemfokusan elektron terjadi karena medan elektrostatik, yang bergantung pada bentuk elektroda dan potensial di antara mereka. Partikel bermuatan yang tersingkir dipercepat di ruang interelektroda dan, jatuh pada dinoda berikutnya, menyebabkan emisi lain. Karena ini, jumlah elektron meningkat beberapa kali.
Detektor kilau: cara kerjanya
Penghitung bekerja seperti ini:
- Partikel bermuatan memasuki zat kerja sintilator.
- Terjadi ionisasi dan eksitasi molekul kristal, larutan atau gas.
- Molekul memancarkan foton dan setelah sepersejuta detik mereka kembali ke kesetimbangan.
- Dalam photomultiplier, kilatan cahaya "diperkuat" dan mengenai anoda.
- Rangkaian anoda menguatkan dan mengukur arus listrik.
Prinsip pengoperasian detektor kilau didasarkan pada fenomena pendaran. Karakteristik utama dari perangkat ini adalah efisiensi konversi - rasio energi kilatan cahaya dengan energi yang hilang oleh partikel dalam zat aktif sintilator.
Pro dan kontra
Manfaat detektor radiasi sintilasi antara lain:
- efisiensi deteksi tinggi, terutama untuk sinar gamma gelombang pendek energi tinggi;
- resolusi temporal yang baik, yaitu kemampuan untuk memberikan gambar terpisah dari dua objek (mencapai 10-10 s);
- pengukuran energi partikel yang terdeteksi secara simultan;
- kemungkinan pembuatan counter dari berbagai bentuk, kesederhanaan solusi teknis.
Kelemahan dari counter ini adalah sensitivitas yang rendah terhadap partikel dengan energi yang rendah. Ketika digunakan sebagai bagian dari spektrometer, pemrosesan data yang diperoleh menjadi jauh lebih rumit, karena spektrum memiliki bentuk yang kompleks.
