Определение характеристики и режима работы сцинтилляционного счетчика

Московский Энергетический Институт

(Технический Университет)

Кафедра Инженерной Теплофизики

Лабораторная работа №6

Определение характеристики и режима работы   сцинтилляционного счетчика.

Группа: ТФ-10-00

Студенты: Золотарев П.В.

Морозова Е.И.

Рыжкова С.А.

Ширяева Н.Н.

Преподаватель: Герасимов Д.Н.

Москва

2004

1.  Цель работы

Снять рабочую характеристику для двух детекторов при фоновой интенсивности излучения и при наличии источника.

2.  Принцип работы сцинтилляционного детектора

Сцинтилляционный метод основан на использовании люминесцентной световой вспышки (сцинтилляции) в ряде веществ (сцинтилляторов), возникающей при поглощении энергии ионизирующего излучения.

Принципиальная схема сцинтилляционного детектора изображена на рис. 6.1. Под воздействием излучения от гамма-источника 1 в кристалле сцинтиллятора 2 образуются фотоны световой вспышки. Фотоны затем попадают в фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), корпусом которого является вакуумированная стеклянная колба 3. На фотокатоде ФЭУ 4, представляющем собой полупрозрачный слой сплава Sb—Cs, напыленный на торец колбы, происходит преобразование фотонов световой вспышки в фотоэлектроны. Затем фотоэлектроны ускоряются электрическим полем и попадают на промежуточные электроды ФЭУ, называемые динодами 5. Диноды имеют малую работу выхода и за счет вторичной электронной эмиссии испускают большее число вторичных электронов, чем число падающих первичных. Повторяя процесс умножения числа электронов на каждом диноде, получаем возможность собрать на аноде 6 число электронов, превышающее на несколько порядков число фотоэлектронов. Поэтому импульсы на нагрузочном сопротивлении 7, регистрируемые пересчетным устройством через монтажную емкость 8, могут иметь значительную амплитуду (порядка нескольких вольт).

Рис. 6.1. Принципиальная схема сцинтилляционного детектора

Помимо регистрации числа импульсов тока в единицу времени может измеряться и средняя величина анодного тока. В соответствии с этим различают импульсный и токовый режимы работы сцинтилляционного детектора.

По сравнению с газоразрядными счетчиками сцинтилляционные детекторы имеют следующие преимущества: высокую эффективность регистрации излучения, высокое временное разрешение, возможность исследовать энергетический спектр регистрируемого излучения.

3.  Основные характеристики сцинтилляторов

Важнейшей характеристикой сцинтиллятора является его сцинтилляционная эффективность η, равная отношению общей энергии фотонов Еф, образующихся в сцинтилляторе, к поглощенной в нем энергии излучения Еп:

  , где p - число фотонов, образующихся в кристалле; Е_фср - средняя энергия фотона, рассчитываемая через среднюю длину волны фотонов λ_ср.

Процессы передачи энергии гамма-излучения сложному веществу характеризуются эффективным атомным номером последнего Z_эф, равным атомному номеру условного простого вещества с одинаковым значением электронного коэффициента передачи энергии. При условии электронного равновесия равенство значений Z_эф приводит к одинаковым значениям поглощенной энергии гамма-излучения, отнесенной к единице массы.

Одним из важных свойств сцинтиллятора является его прозрачность для собственного излучения. Используемые в лаборатории кристаллы обладают высокой прозрачностью, поэтому числа образованных фотонов в кристалле и фотонов, попадающих на фотокатод, можно считать равными.

4.  Расчет амплитуды импульса на аноде ФЭУ

Зная число фотонов р, попадающих на фотокатод ФЭУ, и квантовый выход g фотоэлектронов на один фотон, можно вычислить количество фотоэлектронов N_к, вырываемых из фотокатода:

.

Если ФЭУ имеет m динодов, а коэффициент вторичной электронной эмиссии каждого из них равен σ, то коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя может быть определен по формуле:

.

Для различных ФЭУ при m = 8 — 14, обычно К= 10⁵ — 10⁶ . Зависимость σ от напряжения между соседними динодами, приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии σ от напряжения между динодами ФЭУ

Число электронов N_a , собираемых на аноде и определяющих величину сигнала на выходе ФЭУ при поглощении в сцинтилляторе энергии E_П, равно:

.

При этом амплитуду сигнала на выходе ФЭУ можно рассчитать по формуле:

, где e – заряд электрона, C – эффективная емкость ФЭУ.

5.  Лабораторный стенд

В состав лабораторного стенда входят следующие приборы:

·  Источник стабилизированного напряжения ВСВ-1 с двумя декадами регулирования напряжения (плавной и дискретной).

·  Пересчетный прибор, позволяющий регистрировать число импульсов за фиксированное время или измерять время набора фиксированного числа импульсов.

·  Два сцинтилляционных детектора (органический и неорганический), каждый из которых собран в едином корпусе вместе с ФЭУ-19М.