Сцинтилляционные детекторы, страница 2

Обычно спектр фотонов испускаемых сцинтиллятором лежит в области видимой части спектра.

Распределение во времени фотонов, испускаемых сцинтиллятором зависит от времени образования возбуждённых состояний(10^-9  -10 ^–10 сек) и от среднего времени жизни атомов в этих возбуждённых состояниях (времени высвечивания τ). Это время характерно для каждого сцинтиллятора и имеет значения в пределах 10-10сек. Если считать, что время образования возбуждённых состояний мало в сравнении с  временем высвечивания, то появление фотонов будет распределено во времени по экспоненциальному закону(если средние времена жизни различных возбуждённых состояний одинаковы)

n(t)=n ₀ e,где τ-время высвечивания,    n(t)-число фотонов, испускаемых в единицу времени.

Зависимость интенсивности высвечивания от времени может иметь более сложный характер

Фотоэлектронные умножители –электровакуумные приборы для регистрации фотонов света. Фотоэлектронные умножители(далее ФЭУ) состоят из фотокатода, системы динодов и анода  размещённых в  вакуумированной стеклянной колбе.

Фотокатоды используемые в ФЭУ обладают высокой чувствительностью в видимой и ближайших к ней ультрафиолетовой и инфракрасной областях. Фотокатод характеризуется конверсионной эффективностью определяемой как вероятность фотону выбить электрон из фотокатода. Наиболее полной характеристикой является  спектральной чуствительностью, которая определяется как отношение тока фотокатода к потоку энергии фотонов с данной длиной волны. Спектральная чувствительность γ(λ) выражается а/вт , электрон на квантили ампер на люмен.( 1[a/вт]=1,24х10^-4/λ[электрон/квант]=683к(λ)[a/лм] , где λ  -длина волны излучения,  к(λ) относительная видность –безразмерная функция длины волны излучения.).Среднее значение спектральной чувствительности, усреднённое по спектру излучения стандартного  источника света называется интегральной чувствительностью фотокатода. На рисунке приведены спектральная чувствительность и спектральная зависимость интенсивности излучения кристаллов сцинтилляторов.

Рис.19 Спектральная чувствительность фотокатода Sb-Cs, спектры люминесценции кристаллов NaI(Tl) и CsI(Tl)

 Фотоны света  в результате фотоэффекта выбивают из катода электроны, которые размножаются в результате вторичной электронной эмиссии( коэффициент вторичной эмиссии материала динодов при выбранных напряжениях существенно больше единицы).На рис.20 приведена зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии для различных материалов поверхности динодов от энергии электронов.

Не все фотоны, образовавшиеся в сцинтилляторе, могут достичь фотокатода ФЭУ. Часть поглощается самим сцинтиллятором, часть в упаковке кристалла, и в отражателе и в стеклянной колбе ФЭУ. Фотокатоды ФЭУ делают полупрозрачными для спектра излучения сцинтиллятора, при этом достигают максимальной конверсионной эффективности фотокатода. Конверсионная эффективность фотокатодов обычно составляет 0.05-0.1.Это означает ,что в среднем один из 10-20 фотонов выбивает электрон из фотокатода.

Амплитуда импульса будет линейно связана с поглощённой энергией, если конверсионные эффективности сцинтиллятора и фотокатода не будут зависеть от энергии кванта.

Рис.20       Зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии для различных динодов от энергии электронов.

В фотоэлектронном умножителе фотоны света попадают на фотокатод и в результате фотоэффекта выбивают электроны. Под действием электрического поля электроны направляются на диноды ФЭУ, где происходит вторичная электронная эмиссия. Вторичная электронная эмиссия вещества динодов существенно больше единицы, поэтому на анод ФЭУ приходит в сотни раз большее количество электронов. Таким образом, создаётся электрический импульс тока, который затем регистрируется соответствующими электронными схемами.