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Contatore di scintillazione brevemente. Contatore di scintillazione. Principio di funzionamento e portata

Contatore di scintillazione brevemente. Contatore di scintillazione. Principio di funzionamento e portata

L'effetto di scintillazione per la determinazione quantitativa dei radionuclidi iniziò ad essere utilizzato già ai tempi di Rutherford, che contava visivamente i lampi di scintillazione al microscopio. Per cento anni non si sono verificati cambiamenti fondamentali. Accanto alla sorgente di radiazione sono posti uno scintillatore e un PMT (tubo fotomoltiplicatore), che conta i flash. Lo scintillatore può essere solido o liquido (più spesso, disciolto in un liquido). Il campione di prova viene aggiunto alla fiala dello scintillatore liquido e in questo caso è possibile misurare efficacemente anche la radiazione "più debole" a bassa energia.

Quando si misura l'attività (radioattività) di qualsiasi campione e per qualsiasi strumento di misura, è necessario ricordare alcune semplici ma importanti regole:

il decadimento radioattivo è classico esempio processo naturale casuale, probabilistico e, considerando la misurazione dell'attività come una registrazione di eventi casuali, otteniamo un errore matematico nella misurazione dell'attività:

dove n è il numero di "eventi" (nel nostro caso, decade).

Ad esempio, per 400 impulsi registrati su qualsiasi dispositivo, indipendentemente dal tempo di misurazione (osservazione), 4001/2 / 400 x 100% = 5%, ovvero errore 5%. Ciò significa che maggiore è il numero di misurazioni (conto effettivo), minore è l'errore di misurazione matematica. Inoltre, contrariamente alla tradizione consolidata, per ridurre l'errore matematico di misura, è necessario considerare non il numero di decadimenti (impulsi) registrati dal dispositivo per unità di tempo, ma il tempo necessario per "accumulare il desiderato" numero di impulsi - ad esempio 10000 impulsi. Tuttavia, in tutto il mondo, l'attività viene misurata utilizzando contatori come numero di impulsi per unità di tempo (di solito 1 minuto).

Tutti i contatori hanno un limite di misurazione superiore, dopo il quale la loro precisione diminuisce, poiché il contatore non ha il tempo di registrarsi: "soffoca". Per i contatori a scintillazione, questa è un'attività al livello di 106h107 dispers./min. Alcuni tipi di contatori hanno un blocco integrato e si rifiutano di contare i campioni la cui attività supera quella impostata per questo modello. Attività ottimale del campione per misurazioni accurate 104h106 dispers./min.

Quando si effettuano misurazioni quantitative, ad esempio, determinando la concentrazione di un radionuclide in una soluzione, effettuare sempre almeno 2, e preferibilmente 3 misurazioni di aliquote indipendenti e determinare l'attività come media di 2-3 misurazioni. Il tempo speso per le procedure "extra" sarà più che compensato tagliando gli "outlier" casuali. La dispersione nelle misurazioni, soprattutto per i principianti, può raggiungere il 200% o più, anche se normalmente non dovrebbe superare il solito errore di aliquotazione di routine.

Nessun dispositivo di misurazione registra il 100% di tutte le "decomposizioni" nel campione misurato. L'efficienza di conteggio è un coefficiente che mette in relazione i conteggi registrati dallo strumento e gli effettivi decadimenti (scomposizioni). Pertanto, per qualsiasi disintegrazione/min. (dpm -- decomposizioni al min.) più impulsi/min. (cpm -- conteggi al minuto). È vero, per la maggior parte dei radionuclidi utilizzati nelle scienze biologiche, l'efficienza del conteggio della scintillazione liquida è superiore al 90%. Tuttavia, il trizio può essere misurato con un'efficienza non superiore al 50-60%. Solitamente, l'efficienza di conteggio per ciascun radionuclide è indicata nella documentazione tecnica del dispositivo e per molto tempo la tacita competizione tra le aziende per una maggiore efficienza di conteggio del trizio è stata quasi il motore principale del progresso tecnico in questo settore.

Tutti i dispositivi di misurazione hanno il proprio "sfondo": registrano un certo numero di impulsi senza una sorgente Radiazione ionizzante(farmaco radioattivo). La natura dello sfondo è diversa: radiazione cosmica, rumore elettronico, contenuto di radionuclidi naturali nella stanza in cui è installato l'apparecchiatura di misurazione, ecc. Pertanto, il valore minimo affidabile dell'attività misurata dal dispositivo è correlato al background e viene generalmente preso pari a tre volte il background del dato dispositivo. Se nel tuo esperimento "epocale" l'attività del campione "principale" supera di poco lo sfondo, prova ad aumentare il tempo di misurazione (è possibile fino a 20 minuti), quindi l'affidabilità della misurazione aumenterà.

Nella maggior parte dei casi, nelle scienze biologiche, non sono necessarie misurazioni assolute dell'attività ed è molto più importante ottenere informazioni sull'attività relativa dei campioni: la distribuzione dell'attività su un gel, una lastra cromatografica o su prodotti eluiti da un colonna; la proporzione del substrato che si è trasformata in un prodotto sotto l'azione dell'enzima; proporzione di ligando associata al recettore; rilevamento di prodotti metabolici di un composto etichettato con un radionuclide e altri compiti simili. Pertanto, è molto importante che le condizioni per la preparazione e la misurazione dei campioni in un particolare esperimento siano le stesse, quindi gli errori assoluti nelle misurazioni non avranno un impatto significativo sui risultati biologici.

Questa relatività delle misurazioni è illustrata più chiaramente dall'uso diffuso di mini-monitor, dispositivi atti a determinare la contaminazione delle superfici di tavoli di lavoro, vestiti, ecc. Piccoli strumenti tascabili dotati di un contatore di ionizzazione (di solito una camera di ionizzazione o un contatore Geiger) si sono rivelati molto utili per rilevare un frammento di DNA marcato con fosforo-32 in un gel di agarosio, o una proteina marcata con iodio-125 in PAAG, e il piace. Alcune persone riescono a valutare l'incorporazione di precursori biosintetici etichettati nei biopolimeri dopo la separazione dei prodotti di reazione utilizzando le letture di tale strumento, utilizzano monitor per misurare l'attività di campioni su filtri, pezzi di filtro o carta cromatografica e persino in provette. Questo è conveniente e utile per valutazioni qualitative e semiquantitative, ma va ricordato che gli errori strumentali in tali misurazioni possono essere molto significativi e raggiungere il 200-300%.

I contatori a scintillazione liquida sono da molti anni lo strumento principale per la misura quantitativa dei radionuclidi. Nonostante la varietà di design, dal punto di vista dell'utente, tutti misurano l'attività di campioni posti in una speciale fiala di vetro o plastica e riempiti con uno scintillatore liquido. Poiché la misurazione dell'attività si riduce al conteggio dei lampi di luce, il liquido nella fiala deve essere trasparente per il conteggio e di composizione omogenea. Tutte le deviazioni da questo requisito riducono l'efficienza del conteggio, a volte in modo significativo. La formazione di un precipitato o di un sistema liquido immiscibile a due fasi, la presenza di campioni di tessuto biologico o materiali filtranti: tutti questi fattori riducono l'efficienza del conteggio. Lo stesso vale per molti integratori. sostanze chimiche: acidi, alcali, soluzioni concentrate di zuccheri, sali, urea e molto altro. Ciò è particolarmente vero per le misurazioni del trizio, dove la differenza nell'efficienza di conteggio per un campione omogeneo, quasi ideale e un campione depositato su un sorbente cromatografico può essere 10–30 volte o anche più. Questo deve essere preso in considerazione se, durante la compilazione del bilancio di attività, una parte del materiale radioattivo scompare improvvisamente da qualche parte o appare improvvisamente un "eccesso" da qualche parte.

Le composizioni degli scintillatori sono molto diverse e le aziende che producono cocktail di scintillazione spesso non rivelano la loro composizione. Il classico (quasi il primo) scintillatore liquido è una soluzione toluenica di 2,5-difenilossazolo (PPO) con l'aggiunta di 1,4-di-benzene (POPOP). Composizione: 4 g PPO e 0,2 g POPOP per 1 litro di toluene. Senza entrare nei dettagli, va sottolineato che si tratta di un sistema non acquoso, e soluzione acquosa contare in un tale scintillatore non è consuetudine. Per misurare campioni d'acqua, Triton X-100 viene aggiunto a tale scintillatore fino al 30% in volume.

Un'altra versione dello scintillatore "amante dell'acqua" è il diossano: 60 g di naftalene, 4 g di PPO, 0,2 g di POPOP, 200 ml di alcol e fino a 1 litro di diossano del marchio "scintillazione". Tuttavia, la maggior parte dei ricercatori oggi utilizza con successo cocktail di marca già pronti, giustamente senza pensare alla loro composizione.

Importanti fonti di errore per il conteggio della scintillazione liquida sono il "flare" del liquido di scintillazione e l'elettrificazione delle fiale di conteggio. Entrambi gli effetti sono facilmente neutralizzabili nel tempo (non affrettarti a contare subito, lascia i campioni nello spazio buio del dispositivo per diversi minuti), inoltre, per qualche motivo, l'elettrificazione è più comune sulle fiale di vetro e meno spesso su quelli di plastica usa e getta.

Introduzione alla tecnologia del bioscreening metodi radiometrici l'analisi ha spinto gli sviluppatori a creare contatori a scintillazione ad alte prestazioni per misurare l'attività nelle lastre. Per gli isotopi radioattivi del fosforo, il dispositivo viene utilizzato in modifica con uno scintillatore solido esterno, che è il rivelatore. Per il trizio, uno scintillatore solido viene aggiunto direttamente al pozzetto della piastra sotto forma di perline speciali, e poiché queste perline sono anche un componente di una reazione biochimica, il ligando marcato con trizio associato alle "perline" è considerato uno scintillatore , e non vincolato, che è in soluzione, non viene considerato. Dal punto di vista radiochimico, l'efficienza di conteggio in tali misurazioni è molto bassa, ma per il bioscreening è importante la distribuzione relativa dei composti marcati nel sistema "bound-unbound" e l'elevata produttività e semplicità delle operazioni giustificano gli enormi costi di l'attuazione di tali metodi.

- Come funziona un contatore a scintillazione

- Scintillatori

- Fotomoltiplicatori

- Disegni di contatori a scintillazione

- Proprietà dei contatori a scintillazione

- Esempi di utilizzo di contatori a scintillazione

- Elenco della letteratura usata

CONTATORI A SCINTILLAZIONE

Il metodo per rilevare le particelle cariche contando i lampi di luce che si verificano quando queste particelle colpiscono uno schermo di solfuro di zinco (ZnS) è uno dei primi metodi per rilevare la radiazione nucleare.

Già nel 1903, Crookes e altri hanno dimostrato che se uno schermo di solfuro di zinco irradiato con particelle a viene osservato attraverso una lente d'ingrandimento in una stanza buia, allora su di esso si può notare la comparsa di singoli lampi di luce a breve termine - scintillazioni . Si è scoperto che ciascuna di queste scintillazioni è creata da una particella a separata che colpisce lo schermo. Crookes ha costruito un semplice dispositivo chiamato spintariscopio di Crookes, progettato per contare le particelle-a.

Il metodo della scintillazione visiva è stato successivamente utilizzato principalmente per rilevare particelle a e protoni con un'energia di diversi milioni di elettronvolt. Non è stato possibile registrare singoli elettroni veloci, poiché provocano scintillazioni molto deboli. A volte, quando uno schermo di solfuro di zinco veniva irradiato con elettroni, era possibile osservare lampi, ma ciò accadeva solo quando abbastanza gran numero elettroni.

I raggi gamma non provocano alcun lampo sullo schermo, creando solo un bagliore generale. Ciò rende possibile rilevare particelle a in presenza di forti radiazioni g.

Il metodo della scintillazione visiva consente di registrare un numero molto piccolo di particelle per unità di tempo. Le condizioni migliori per contare le scintillazioni si ottengono quando il loro numero è compreso tra 20 e 40 al minuto. Naturalmente, il metodo di scintillazione è soggettivo ei risultati in una certa misura dipendono dalle qualità individuali dello sperimentatore.

Nonostante le sue carenze, il metodo della scintillazione visiva ha svolto un ruolo enorme nello sviluppo della fisica nucleare e atomica. Rutherford lo usò per registrare le particelle a poiché erano disperse dagli atomi. Furono questi esperimenti che portarono Rutherford alla scoperta del nucleo. Per la prima volta, il metodo visivo ha permesso di rilevare protoni veloci eliminati dai nuclei di azoto quando bombardati con particelle a, ad es. prima fissione artificiale del nucleo.

Il metodo della scintillazione visiva aveva Grande importanza fino agli anni Trenta, quando l'emergere di nuovi metodi di registrazione delle radiazioni nucleari lo fece dimenticare per qualche tempo. Il metodo di registrazione della scintillazione è stato ripreso alla fine degli anni '40 su una nuova base. A questo punto erano stati sviluppati tubi fotomoltiplicatori (PMT) che consentivano di registrare lampi di luce molto deboli. Sono stati creati contatori di scintillazione, con l'aiuto dei quali è possibile aumentare la velocità di conteggio di un fattore 108 e anche di più rispetto al metodo visivo, ed è inoltre possibile registrare e analizzare in termini di energia sia particelle cariche che neutroni e raggi G.

§ 1. Il principio di funzionamento del contatore a scintillazione

Un contatore a scintillazione è una combinazione di uno scintillatore (fosforo) e un tubo fotomoltiplicatore (PMT). Il kit contatore include anche un alimentatore PMT e un'apparecchiatura radio che fornisce l'amplificazione e la registrazione degli impulsi PMT. A volte la combinazione del fosforo con un fotomoltiplicatore viene prodotta attraverso uno speciale sistema ottico (guida di luce).

Il principio di funzionamento del contatore a scintillazione è il seguente. Una particella carica che entra nello scintillatore produce ionizzazione ed eccitazione delle sue molecole, che dopo brevissimo tempo (10-6 - 10-9 sec ) entrare in uno stato stabile emettendo fotoni. C'è un lampo di luce (scintillamento). Alcuni dei fotoni colpiscono il fotocatodo PMT e mettono fuori combattimento i fotoelettroni da esso. Questi ultimi, sotto l'azione della tensione applicata al PMT, vengono focalizzati e diretti al primo elettrodo (dinodo) del moltiplicatore di elettroni. Inoltre, come risultato dell'emissione di elettroni secondari, il numero di elettroni aumenta come una valanga e all'uscita PMT appare un impulso di tensione, che viene poi amplificato e registrato dalle apparecchiature radio.

L'ampiezza e la durata dell'impulso di uscita sono determinate dalle proprietà sia dello scintillatore che del PMT.

Come si usa il fosforo:

cristalli organici,

Scintillatori organici liquidi,

scintillatori di plastica dura,

scintillatori a gas.

Le principali caratteristiche degli scintillatori sono: emissione luminosa, composizione spettrale della radiazione e durata delle scintillazioni.

Quando una particella carica passa attraverso uno scintillatore, in esso si forma un certo numero di fotoni con un'energia o un'altra. Alcuni di questi fotoni verranno assorbiti nel volume dello scintillatore stesso e verranno invece emessi altri fotoni con un'energia leggermente inferiore. Come risultato dei processi di riassorbimento, verranno fuori dei fotoni, il cui spettro è caratteristico di un dato scintillatore.

L'emissione di luce o l'efficienza di conversione dello scintillatore c è il rapporto tra l'energia del lampo luminoso , uscire, alla quantità di energia e particella carica persa nello scintillatore

dove - il numero medio di fotoni in uscita, - energia media del fotone. Ogni scintillatore emette non quanti monoenergetici, ma uno spettro continuo caratteristico di questo scintillatore.

È molto importante che lo spettro dei fotoni emergenti dallo scintillatore coincida o almeno si sovrapponga parzialmente con la caratteristica spettrale del fotomoltiplicatore.

Il grado di sovrapposizione dello spettro di scintillazione esterno con la risposta spettrale. di questo PMT è determinato dal coefficiente di corrispondenza

dove è lo spettro esterno dello scintillatore o lo spettro dei fotoni che escono dallo scintillatore. In pratica, confrontando gli scintillatori combinati con i dati PMT, viene introdotto il concetto di efficienza di scintillazione, che è determinato dalla seguente espressione:

dove io 0 - valore massimo dell'intensità di scintillazione; t - costante di tempo di decadimento, definita come il tempo durante il quale l'intensità della scintillazione diminuisce e una volta.

Numero di fotoni luminosi n , emesso nel tempo t dopo il colpo della particella rilevata, è espresso dalla formula

dove è il numero totale di fotoni emessi durante il processo di scintillazione.

I processi di luminescenza (bagliore) del fosforo sono divisi in due tipi: fluorescenza e fosforescenza. Se il lampeggio avviene direttamente durante l'eccitazione o durante un periodo di tempo dell'ordine di 10-8 sec, il processo è chiamato fluorescenza. Intervallo 10-8 sec scelto perché è uguale in ordine di grandezza alla vita di un atomo in uno stato eccitato per le cosiddette transizioni consentite.

Sebbene gli spettri e la durata della fluorescenza non dipendano dal tipo di eccitazione, la resa della fluorescenza dipende essenzialmente da esso. Pertanto, quando un cristallo è eccitato da particelle a, la resa di fluorescenza è quasi un ordine di grandezza inferiore rispetto a quando è fotoeccitato.

La fosforescenza è intesa come luminescenza, che continua per un tempo considerevole dopo la fine dell'eccitazione. Ma la principale differenza tra fluorescenza e fosforescenza non è la durata del bagliore residuo. La fosforescenza dei fosfori cristallini deriva dalla ricombinazione di elettroni e lacune che si sono formate durante l'eccitazione. In alcuni cristalli, il bagliore residuo può essere prolungato a causa del fatto che elettroni e lacune vengono catturati da "trappole" dalle quali possono essere rilasciati solo dopo aver ricevuto l'energia necessaria aggiuntiva. Quindi, la dipendenza della durata della fosforescenza dalla temperatura è ovvia. Nel caso di molecole organiche complesse, la fosforescenza è associata alla loro presenza in uno stato metastabile, la probabilità di transizione dal quale allo stato fondamentale può essere piccola. E in questo caso si osserverà la dipendenza del tasso di decadimento della fosforescenza dalla temperatura.

§ 2. Scintillatori

Scintillatori inorganici . Gli scintillatori inorganici sono cristalli di sali inorganici. Uso pratico nella tecnica di scintillazione hanno principalmente composti alogeni di alcuni metalli alcalini.

Il processo di comparsa delle scintillazioni può essere rappresentato utilizzando la teoria delle bande di uno stato solido. In un atomo separato che non interagisce con gli altri, gli elettroni si trovano a livelli di energia discreti ben definiti. In un solido, gli atomi sono a distanze ravvicinate e la loro interazione è piuttosto forte. A causa di questa interazione, i livelli dei gusci di elettroni esterni sono divisi e formano zone separate l'una dall'altra da gap di banda. La banda più esterna consentita piena di elettroni è la banda di valenza. Sopra c'è una zona franca: la banda di conduzione. Tra la banda di valenza e la banda di conduzione c'è un intervallo di banda, la cui larghezza di energia è di diversi elettronvolt.

Se il cristallo contiene difetti, disturbi del reticolo o atomi di impurità, in questo caso è possibile la comparsa di livelli elettronici di energia situati nel gap di banda. Sotto l'azione esterna, ad esempio, quando una particella carica veloce passa attraverso un cristallo, gli elettroni possono passare dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Nella banda di valenza ci saranno posti liberi che hanno le proprietà di particelle cariche positivamente con una carica unitaria e sono chiamati buchi.

Il processo descritto è il processo di eccitazione del cristallo. L'eccitazione viene rimossa dalla transizione inversa degli elettroni dalla banda di conduzione alla banda di valenza e si verifica la raccomandazione di elettroni e lacune. In molti cristalli, il passaggio di un elettrone dalla banda di conduzione alla banda di valenza avviene attraverso centri luminescenti intermedi, i cui livelli sono nel gap di banda. Questi centri sono dovuti alla presenza di difetti o atomi di impurità nel cristallo. Durante la transizione degli elettroni in due stadi, i fotoni vengono emessi con un'energia inferiore al gap di banda. Per tali fotoni, la probabilità di assorbimento nel cristallo stesso è piccola, e quindi l'emissione di luce per esso è molto maggiore che per un cristallo puro e non drogato.

In pratica, per aumentare l'emissione luminosa degli scintillatori inorganici, vengono introdotte speciali impurità di altri elementi, detti attivatori. Ad esempio, il tallio viene introdotto come attivatore in un cristallo di ioduro di sodio. Lo scintillatore basato sul cristallo NaJ(Tl) ha un'elevata emissione di luce. Lo scintillatore NaJ(Tl) presenta vantaggi significativi rispetto ai contatori pieni di gas:

maggiore efficienza di registrazione dei raggi G (con cristalli di grandi dimensioni, l'efficienza di rilevamento può raggiungere decine di percento);

breve durata della scintillazione (2,5 10-7 sec);

relazione lineare tra l'ampiezza dell'impulso e la quantità di energia persa dalla particella carica.

L'ultima proprietà ha bisogno di qualche spiegazione. L'emissione di luce dello scintillatore ha una certa dipendenza perdite specifiche l'energia di una particella carica.

A valori molto grandi sono possibili distorsioni significative del reticolo cristallino dello scintillatore, che portano alla comparsa di centri di spegnimento locali. Questa circostanza può portare ad una relativa diminuzione della resa luminosa. Infatti, i fatti sperimentali indicano che per le particelle pesanti la resa è non lineare e la dipendenza lineare comincia a manifestarsi solo da un'energia di diversi milioni di elettronvolt. La figura 1 mostra le curve di dipendenza E: curva 1 per elettroni, curva 2 per particelle.

Oltre agli indicati scintillatori ad alogenuri alcalini, vengono talvolta utilizzati altri cristalli inorganici: ZnS (Tl), CsJ (Tl), CdS (Ag), CaWO4, CdWO4, ecc.

Scintillatori cristallini organici. Le forze di legame molecolare nei cristalli organici sono piccole rispetto alle forze che agiscono nei cristalli inorganici. Pertanto, le molecole interagenti praticamente non perturbano i livelli elettronici energetici l'una dell'altra e il processo di luminescenza di un cristallo organico è un processo caratteristico delle singole molecole. Nello stato elettronico fondamentale, la molecola ha diversi livelli vibrazionali. Sotto l'influenza della radiazione rilevata, la molecola passa in uno stato elettronico eccitato, che corrisponde anche a diversi livelli vibrazionali. Sono possibili anche la ionizzazione e la dissociazione delle molecole. Come risultato della ricombinazione di una molecola ionizzata, di solito si forma in uno stato eccitato. Una molecola inizialmente eccitata può essere ad alti livelli di eccitazione e dopo poco tempo (~10-11 sec) emette un fotone ad alta energia. Questo fotone viene assorbito da un'altra molecola e parte dell'energia di eccitazione di questa molecola può essere spesa per il movimento termico e il fotone emesso successivamente avrà già un'energia inferiore a quella precedente. Dopo diversi cicli di emissione e assorbimento si formano molecole che si trovano al primo livello eccitato; emettono fotoni, la cui energia potrebbe essere già insufficiente per eccitare altre molecole, e quindi il cristallo sarà trasparente alla radiazione emergente.

Riso. 2. Dipendenza dall'emissione luminosa

antracene dall'energia alle varie particelle.

A causa del fatto che la maggior parte dell'energia di eccitazione viene spesa per il movimento termico, l'emissione di luce (efficienza di conversione) del cristallo è relativamente bassa e ammonta a una piccola percentuale.

Per la registrazione della radiazione nucleare, i seguenti cristalli organici sono i più utilizzati: antracene, stilbene, naftalene. L'antracene ha un'emissione di luce abbastanza elevata (~4%) e un breve tempo di incandescenza (3 10-8 sec). Ma quando si registrano particelle cariche pesanti, una dipendenza lineare dell'intensità della scintillazione si osserva solo a energie di particelle piuttosto elevate.

Sulla fig. La figura 2 mostra i grafici della dipendenza dell'emissione luminosa c (in unità arbitrarie) dall'energia degli elettroni 1, dei protoni 2 , deuteroni 3 e particelle a 4 .

Stilbene, sebbene abbia un'emissione luminosa leggermente inferiore rispetto all'antracene, ma la durata della scintillazione è molto più breve (7 10-9 sec), rispetto a quello dell'antracene, il che ne rende possibile l'uso in quegli esperimenti in cui è richiesta la registrazione di radiazioni molto intense.

scintillatori plastici. Gli scintillatori plastici sono soluzioni solide di composti organici fluorescenti in un'opportuna sostanza trasparente. Ad esempio soluzioni di antracene o stilbene in polistirene o plexiglass. Le concentrazioni della sostanza fluorescente disciolta sono generalmente basse, pochi decimi di percento o pochi percento.

Poiché c'è molto più solvente dello scintillatore disciolto, quindi, ovviamente, la particella registrata produce principalmente l'eccitazione delle molecole di solvente. L'energia di eccitazione viene successivamente trasferita alle molecole dello scintillatore. Ovviamente lo spettro di emissione del solvente deve essere più duro dello spettro di assorbimento del soluto, o almeno coincidere con esso. Fatti sperimentali mostrano che l'energia di eccitazione del solvente viene trasferita alle molecole dello scintillatore a causa del meccanismo dei fotoni, ovvero le molecole del solvente emettono fotoni, che vengono poi assorbiti dalle molecole di soluto. È anche possibile un altro meccanismo per il trasferimento di energia. Poiché la concentrazione dello scintillatore è bassa, la soluzione è praticamente trasparente alla radiazione dello scintillatore risultante.

Gli scintillatori plastici presentano vantaggi significativi rispetto agli scintillatori cristallini organici:

Possibilità di fabbricare scintillatori molto grandi;

La possibilità di introdurre miscelatori di spettro nello scintillatore per ottenere una migliore corrispondenza del suo spettro di luminescenza con la caratteristica spettrale del fotocatodo;

Possibilità di introdurre nello scintillatore varie sostanze richieste in esperimenti speciali (ad esempio nello studio dei neutroni);

Possibilità di utilizzare scintillatori plastici nel vuoto;

breve tempo di incandescenza (~3 10-9 sec). Gli scintillatori plastici preparati dissolvendo l'antracene in polistirene hanno la più alta emissione di luce. Anche una soluzione di stilbene in polistirene ha buone proprietà.

Scintillatori organici liquidi. Gli scintillatori organici liquidi sono soluzioni di scintillatori organici in determinati solventi organici liquidi.

Il meccanismo della fluorescenza negli scintillatori liquidi è simile al meccanismo che si verifica negli scintillatori in soluzioni solide.

Xilene, toluene e fenilcicloesano si sono rivelati i solventi più adatti e gli agenti scintillanti sono stati p-terfenile, difenilossazolo e tetrafenilbutadiene.

p-terfenile in xilene ad una concentrazione di soluto di 5 g/l.

I principali vantaggi degli scintillatori liquidi:

Possibilità di realizzare grandi volumi;

Possibilità di introduzione nello scintillatore delle sostanze necessarie in esperimenti speciali;

Breve durata del flash ( ~3 10-9sec).

scintillatori a gas. Quando le particelle cariche passano attraverso vari gas, è stata osservata la comparsa di scintillazioni. I gas nobili pesanti (xenon e krypton) hanno la più alta emissione di luce. Una miscela di xeno ed elio ha anche un'elevata emissione di luce. La presenza del 10% di xeno nell'elio fornisce un'emissione luminosa persino maggiore di quella dello xeno puro (Fig. 3). Impurezze trascurabilmente piccole di altri gas riducono drasticamente l'intensità delle scintillazioni nei gas nobili.

Riso. 3. Dipendenza dalla resa luminosa del gas

scintillatore sul rapporto della miscela di elio e xeno.

È stato dimostrato sperimentalmente che la durata dei lampi nei gas nobili è breve (10-9 -10-8 sec), e l'intensità del flash in un ampio intervallo è proporzionale all'energia persa delle particelle rilevate e non dipende dalla loro massa e carica. Gli scintillatori di gas hanno una bassa sensibilità alle radiazioni g.

La parte principale dello spettro di luminescenza si trova nella regione del lontano ultravioletto, quindi i convertitori di luce vengono utilizzati per abbinare la sensibilità spettrale del fotomoltiplicatore. Quest'ultimo dovrebbe avere un alto tasso di conversione, trasparenza ottica in strati sottili, bassa elasticità vapori saturi così come la resistenza meccanica e chimica. Come materiali per convertitori di luce, vari composti organici, Per esempio:

difenilstilbene (efficienza di conversione circa 1);

P1p'-quaterfenile (~1);

antracene (0,34), ecc.

Il convertitore di luce è depositato in uno strato sottile sul fotocatodo fotomoltiplicatore. Un parametro importante di un convertitore di luce è il suo tempo di illuminazione. A questo proposito, i trasformatori organici sono abbastanza soddisfacenti (10-9 sec o più unità per 10-9 sec). Per aumentare la captazione della luce, le pareti interne della camera dello scintillatore sono solitamente rivestite con riflettori di luce (MgO, smalto a base di ossido di titanio, fluoroplastico, ossido di alluminio, ecc.).

§ 3. Moltiplicatori fotoelettronici

Gli elementi principali del PMT sono: fotocatodo, sistema di focalizzazione, sistema moltiplicatore (dinodi), anodo (collettore). Tutti questi elementi si trovano in un contenitore di vetro evacuato ad alto vuoto (10-6 mmHg.).

Ai fini della spettrometria della radiazione nucleare, il fotocatodo si trova solitamente sulla superficie interna della parte terminale piatta del bulbo PMT. Come materiale del fotocatodo si sceglie una sostanza sufficientemente sensibile alla luce emessa dagli scintillatori. I più diffusi sono i fotocatodi antimonio-cesio, la cui massima sensibilità spettrale è l = 3900¸4200 A, che corrisponde al massimo degli spettri di luminescenza di molti scintillatori.

Riso. 4. Diagramma schematico del PMT.

Una delle caratteristiche di un fotocatodo è la sua resa quantica, cioè la probabilità che un fotoelettrone venga espulso da un fotone che colpisce il fotocatodo. Il valore di e può raggiungere il 10-20%. Le proprietà del fotocatodo sono caratterizzate anche dalla sensibilità integrale, che è il rapporto della fotocorrente (mka) a flusso luminoso incidente sul fotocatodo (lm).

Il fotocatodo viene applicato al vetro come un sottile strato traslucido. Lo spessore di questo strato è significativo. Da un lato, per un grande assorbimento di luce, deve essere significativo, dall'altro i fotoelettroni emergenti, avendo un'energia molto bassa, non potranno lasciare lo spesso strato e la resa quantica effettiva potrebbe risultare essere piccolo. Pertanto, viene selezionato lo spessore ottimale del fotocatodo. È inoltre essenziale garantire uno spessore uniforme del fotocatodo in modo che la sua sensibilità sia la stessa su tutta l'area. Nella spettrometria g a scintillazione, è spesso necessario utilizzare grandi scintillatori solidi, sia per spessore che per diametro. Diventa quindi necessario realizzare fotomoltiplicatori con fotocatodi di grande diametro. Nei fotomoltiplicatori domestici, i fotocatodi sono realizzati con un diametro da alcuni centimetri a 15¸20 centimetro. i fotoelettroni eliminati dal fotocatodo devono essere focalizzati sul primo elettrodo moltiplicatore. A tale scopo viene utilizzato un sistema di lenti elettrostatiche, che è una serie di diaframmi di messa a fuoco. Per ottenere buone caratteristiche temporali del PMT, è importante creare un sistema di focalizzazione tale che gli elettroni colpiscano il primo dinodo con una dispersione temporale minima. La figura 4 mostra una disposizione schematica di un fotomoltiplicatore. L'alta tensione che alimenta il PMT è collegata al catodo con un polo negativo e distribuita tra tutti gli elettrodi. La differenza di potenziale tra catodo e diaframma garantisce la focalizzazione dei fotoelettroni sul primo elettrodo moltiplicatore. Gli elettrodi moltiplicatori sono chiamati dinodi. I dinodi sono realizzati con materiali il cui coefficiente di emissione secondaria è maggiore dell'unità (s>1). Nei PMT domestici, i dinodi sono realizzati sotto forma di una forma a forma di trogolo (Fig. 4) o sotto forma di persiane. In entrambi i casi, i dinodi sono disposti in linea. È anche possibile una disposizione anulare di dinodi. I PMT con un sistema a dinodi a forma di anello hanno le migliori caratteristiche temporali. Lo strato emittente dei dinodi è uno strato di antimonio e cesio o uno strato di leghe speciali. Il valore massimo di s per gli emettitori di antimonio-cesio si ottiene con un'energia elettronica di 350¸400 ev, e per emettitori di leghe - a 500¸550 ev. Nel primo caso s= 12¸14, nel secondo s=7¸10. Nelle modalità operative PMT, il valore di s è leggermente inferiore. Un fattore di riemissione abbastanza buono è s= 5.

I fotoelettroni si sono concentrati sul primo dinodo eliminando gli elettroni secondari da esso. Il numero di elettroni che lasciano il primo dinodo è molte volte maggiore del numero di fotoelettroni. Tutti vengono inviati al secondo dinodo, dove vengono eliminati anche gli elettroni secondari, ecc., Da dinodo a dinodo, il numero di elettroni aumenta di s volte.

Quando passa attraverso l'intero sistema di dinodi, il flusso di elettroni aumenta di 5-7 ordini di grandezza ed entra nell'anodo, l'elettrodo di raccolta del PMT. Se il PMT funziona nella modalità corrente, il circuito dell'anodo include dispositivi che amplificano e misurano la corrente. Quando si registra la radiazione nucleare, di solito è necessario misurare il numero di impulsi che si verificano sotto l'influenza di particelle ionizzanti, nonché l'ampiezza di questi impulsi. In questi casi, nel circuito dell'anodo è inclusa una resistenza, alla quale si verifica un impulso di tensione.

Una caratteristica importante PMT è il fattore di moltiplicazione M. Se il valore di s per tutti i dinodi è lo stesso (con raccolta completa di elettroni sui dinodi) e il numero di dinodi è uguale a n , poi

A e B sono costanti, u è l'energia dell'elettrone. fattore di moltiplicazione M non uguale al coefficiente amplificazione M", che caratterizza il rapporto tra la corrente all'uscita del PMT e la corrente in uscita dal catodo

M" =CENTIMETRO,

dove DA<1 - coefficiente di raccolta di elettroni che caratterizza l'efficienza della raccolta di fotoelettroni sul primo dinodo.

È molto importante che il guadagno sia costante. M" PMT sia nel tempo che con una variazione del numero di elettroni che emergono dal fotocatodo. Quest'ultima circostanza permette di utilizzare i contatori a scintillazione come spettrometri di radiazione nucleare.

Sull'interferenza nei fotomoltiplicatori. Nei contatori a scintillazione, anche in assenza di irraggiamento esterno, può comparire un gran numero di impulsi all'uscita PMT. Questi impulsi di solito hanno piccole ampiezze e sono chiamati impulsi di rumore. Il maggior numero di impulsi di rumore è dovuto alla comparsa di termoelettroni dal fotocatodo o anche dai primi dinodi. Il raffreddamento viene spesso utilizzato per ridurre il rumore PMT. Quando si registra una radiazione che crea impulsi di grande ampiezza, nel circuito di registrazione è incluso un discriminatore che non trasmette impulsi di rumore.

Riso. 5. Schema per la soppressione del rumore PMT.

1. Quando si registrano impulsi la cui ampiezza è paragonabile al rumore, è razionale utilizzare uno scintillatore con due PMT inclusi nel circuito di coincidenza (Fig. 5). In questo caso, si verifica una selezione temporale degli impulsi derivanti dalla particella rilevata. In effetti, un lampo di luce sorto nello scintillatore da una particella registrata colpirà contemporaneamente i fluorocatodi di entrambi i PMT e gli impulsi appariranno contemporaneamente alla loro uscita, costringendo il circuito di coincidenza a funzionare. La particella verrà registrata. Gli impulsi di rumore in ciascuno dei PMT appaiono indipendentemente l'uno dall'altro e molto spesso non verranno registrati dal circuito di coincidenza. Questo metodo consente di ridurre il background intrinseco PMT di 2-3 ordini di grandezza.

Il numero di impulsi di rumore aumenta con la tensione applicata, dapprima piuttosto lentamente, quindi l'aumento aumenta bruscamente. La ragione di questo forte aumento dello sfondo è l'emissione di campo dai bordi taglienti degli elettrodi e la comparsa di un feedback ionico tra gli ultimi dinodi e il fotocatodo PMT.

Nella regione dell'anodo, dove la densità di corrente è più alta, può verificarsi il bagliore sia del gas residuo che dei materiali strutturali. Il debole bagliore risultante, così come il feedback ionico, provocano la comparsa dei cosiddetti impulsi di accompagnamento, che sono distanziati nel tempo di 10-8 ¸10-7 da quelli principali. sec.

§ 4. Disegni di contatori a scintillazione

I seguenti requisiti sono imposti ai progetti di contatori a scintillazione:

Miglior raccolta di luce di scintillazione sul fotocatodo;

Distribuzione uniforme della luce sul fotocatodo;

Oscuramento dalla luce di fonti estranee;

Nessuna influenza dei campi magnetici;

La stabilità del guadagno PMT.

Quando si lavora con i contatori a scintillazione, è sempre necessario ottenere il rapporto più alto tra l'ampiezza dell'impulso del segnale e l'ampiezza degli impulsi di rumore, il che costringe all'uso ottimale delle intensità del lampo che si formano nello scintillatore. Tipicamente, lo scintillatore è confezionato in un contenitore metallico chiuso ad un'estremità con vetro piano. Tra il contenitore e lo scintillatore è posto uno strato di materiale che riflette la luce e contribuisce alla sua più completa uscita. L'ossido di magnesio (0,96), il biossido di titanio (0,95), il gesso (0,85-0,90) hanno la massima riflettività, viene utilizzato anche l'alluminio (0,55-0,85).

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata all'accurato confezionamento degli scintillatori igroscopici. Quindi, ad esempio, il fosforo più comunemente usato NaJ (Tl) è molto igroscopico e quando l'umidità penetra in esso, diventa giallo e perde le sue proprietà di scintillazione.

Gli scintillatori di plastica non devono essere imballati in contenitori ermetici, ma è possibile posizionare un riflettore attorno allo scintillatore per aumentare la raccolta della luce. Tutti gli scintillatori solidi devono avere una finestra di uscita a un'estremità, che è collegata al fotocatodo fotomoltiplicatore. Potrebbe esserci una significativa perdita di intensità della luce di scintillazione alla giunzione. Per evitare queste perdite, tra lo scintillatore e il PMT vengono introdotti oli di balsamo canadese, minerali o siliconici e viene creato un contatto ottico.

In alcuni esperimenti, ad esempio, quando si misura nel vuoto, in campi magnetici, in forti campi di radiazioni ionizzanti, lo scintillatore non può essere posizionato direttamente sul fotocatodo PMT. In questi casi, viene utilizzata una guida di luce per trasmettere la luce dallo scintillatore al fotocatodo. Come guide di luce vengono utilizzate barre lucide realizzate con materiali trasparenti, come lucite, plexiglass, polistirolo, nonché tubi di metallo o plexiglass riempiti con un liquido trasparente. La perdita di luce in una guida di luce dipende dalle sue dimensioni geometriche e dal materiale. In alcuni esperimenti è necessario utilizzare guide di luce curve.

È meglio utilizzare guide di luce con un ampio raggio di curvatura. Le guide di luce consentono inoltre di articolare scintillatori e PMT di diversi diametri. In questo caso vengono utilizzati conduttori di luce a forma di cono. Il PMT è accoppiato allo scintillatore liquido tramite una guida di luce o tramite contatto diretto con il liquido. La Figura 6 mostra un esempio di giunto PMT con uno scintillatore liquido. In varie modalità di funzionamento, il PMT viene alimentato con una tensione da 1000 a 2500 in. Poiché il guadagno del PMT dipende molto dalla tensione, la sorgente di corrente di alimentazione deve essere ben stabilizzata. Inoltre, è possibile l'auto-stabilizzazione.

Il PMT è alimentato da un partitore di tensione, che consente a ciascun elettrodo di essere alimentato con il potenziale appropriato. Il polo negativo del generatore è collegato al fotocatodo e ad una delle estremità del divisore. Il polo positivo e l'altra estremità del divisore sono collegati a terra. I resistori del divisore sono selezionati in modo tale da implementare la modalità di funzionamento ottimale del PMT. Per una maggiore stabilità, la corrente attraverso il divisore dovrebbe essere un ordine di grandezza superiore alle correnti di elettroni che fluiscono attraverso il PMT.

Riso. 6. Accoppiamento PMT con scintillatore liquido.

scintillatore a 1 liquido;

2- PMT;

3- scudo di luce.

Quando il contatore a scintillazione funziona in modalità pulsata, cortocircuito (~10-8 sec) impulsi, la cui ampiezza può essere di diverse unità o di diverse decine di volt. In questo caso, i potenziali sugli ultimi dinodi possono subire bruschi cambiamenti, poiché la corrente attraverso il divisore non ha il tempo di ricostituire la carica portata via dalla cascata dagli elettroni. Per evitare tali potenziali fluttuazioni, le ultime resistenze del divisore vengono deviate con capacità. A causa della selezione dei potenziali sui dinodi, si creano condizioni favorevoli per la raccolta di elettroni su questi dinodi, ad es. viene implementato un certo sistema elettrone-ottico corrispondente al regime ottimale.

In un sistema elettrone-ottico, la traiettoria dell'elettrone non dipende dalla variazione proporzionale dei potenziali in tutti gli elettrodi che formano questo sistema elettro-ottico. Allo stesso modo, in un moltiplicatore, al variare della tensione di alimentazione, cambia solo il suo guadagno, ma le proprietà elettro-ottiche rimangono invariate.

Con una variazione sproporzionata dei potenziali sui dinodi PMT, cambiano le condizioni per focalizzare gli elettroni nell'area in cui viene violata la proporzionalità. Questa circostanza viene utilizzata per l'autostabilizzazione del guadagno PMT. A questo scopo, il potenziale

Riso. 7. Parte del circuito divisore.

di uno dei dinodi rispetto al potenziale del dinodo precedente è impostato costante, sia con l'ausilio di una batteria aggiuntiva, sia con l'aiuto di un divisore ulteriormente stabilizzato. La figura 7 mostra una parte del circuito divisore, in cui è collegata una batteria aggiuntiva tra i dinodi D5 e D6 ( Ub = 90 in). Per ottenere il miglior effetto di autostabilizzazione è necessario selezionare il valore di resistenza R". Di solito R" Di più R 3-4 volte.

§ 5. Proprietà dei contatori a scintillazione

I contatori di scintillazione presentano i seguenti vantaggi.

Alta risoluzione temporale. La durata dell'impulso, a seconda degli scintillatori utilizzati, varia da 10-6 a 10-9 sec, quelli. di diversi ordini di grandezza in meno rispetto ai contatori con autoscarica, il che consente tassi di conteggio molto più elevati. Un'altra importante caratteristica temporale dei contatori a scintillazione è il piccolo valore del ritardo dell'impulso dopo il passaggio della particella registrata attraverso il fosforo (10-9 -10-8 sec). Ciò consente l'utilizzo di schemi di coincidenza con tempo a bassa risoluzione (<10-8sec) e, di conseguenza, misurare le coincidenze a molti grandi carichi sui singoli canali con un piccolo numero di coincidenze casuali.

Elevata efficienza di registrazione g -raggi e neutroni. Per registrare un quanto g o un neutrone, è necessario che reagiscano con la sostanza del rivelatore; in questo caso, la particella carica secondaria risultante deve essere registrata dal rivelatore. È ovvio che più sostanze sono nel percorso dei raggi G o neutroni, maggiore sarà la probabilità del loro assorbimento, maggiore sarà l'efficienza della loro registrazione. Allo stato attuale, quando vengono utilizzati grandi scintillatori, si ottiene un'efficienza di rilevamento dei raggi g di diverse decine di percento. Anche l'efficienza della rivelazione di neutroni mediante scintillatori con sostanze appositamente introdotte (10 V, 6 Li, ecc.) è molto superiore all'efficienza della rivelazione di neutroni mediante contatori a scarica di gas.

Possibilità di analisi energetica della radiazione registrata. Infatti, per le particelle cariche di luce (elettroni), l'intensità del lampo in uno scintillatore è proporzionale all'energia persa dalla particella in questo scintillatore.

Utilizzando contatori a scintillazione collegati ad analizzatori di ampiezza, è possibile studiare gli spettri di elettroni e raggi g. La situazione è alquanto peggiore con lo studio degli spettri di particelle cariche pesanti (particelle a, ecc.), che creano una grande ionizzazione specifica nello scintillatore. In questi casi, la proporzionalità dell'intensità dell'esplosione dell'energia persa non si osserva affatto energie particellari e si manifesta solo ad energie maggiori di un certo valore. La relazione non lineare tra le ampiezze degli impulsi e l'energia delle particelle è diversa per i diversi fosfori e per i diversi tipi di particelle. Ciò è illustrato dai grafici nelle Figure 1 e 2.

La possibilità di realizzare scintillatori di dimensioni geometriche molto grandi. Ciò significa che è possibile rilevare e analizzare particelle di energia di energie molto elevate (raggi cosmici), nonché particelle che interagiscono debolmente con la materia (neutrini).

Possibilità di introdurre nella composizione degli scintillatori sostanze con cui interagiscono i neutroni di ampia sezione d'urto. I fosfori LiJ(Tl), LiF, LiBr sono usati per rilevare neutroni lenti. Quando i neutroni lenti interagiscono con 6 Li, ha luogo la reazione 6 Li(n,a)3 H, in cui un'energia di 4,8 Mev.

§ 6. Esempi di utilizzo dei contatori a scintillazione

Misura delle vite di stati eccitati dei nuclei. Durante il decadimento radioattivo o in varie reazioni nucleari, i nuclei risultanti spesso finiscono in uno stato eccitato. Lo studio delle caratteristiche quantistiche degli stati eccitati dei nuclei è uno dei compiti principali della fisica nucleare. Una caratteristica molto importante dello stato eccitato del nucleo è la sua durata t. Conoscere questo valore permette di ottenere molte informazioni sulla struttura del nucleo.

I nuclei atomici possono essere in uno stato eccitato per varie volte. Esistono vari metodi per misurare questi tempi. I contatori di scintillazione si sono rivelati molto convenienti per misurare la durata dei livelli nucleari da pochi secondi a frazioni di secondo molto piccole. Come esempio dell'uso dei contatori a scintillazione, considereremo il metodo della coincidenza ritardata. Lascia che il nucleo A (vedi Fig. 10) per b-decadimento si trasformi in un nucleo A in uno stato eccitato, che emette un eccesso della sua energia per l'emissione successiva di due g-quanta (g1, g2). È necessario per determinare la durata dello stato eccitato io. La preparazione contenente l'isotopo A viene installata tra due contatori con cristalli di NaJ(Tl) (Fig. 8). Gli impulsi generati all'uscita del PMT vengono inviati al circuito di coincidenza veloce con un tempo di risoluzione di ~10-8 -10-7 sec. Inoltre, gli impulsi vengono inviati agli amplificatori lineari e quindi agli analizzatori di ampiezza. Questi ultimi sono configurati in modo tale da trasmettere impulsi di una certa ampiezza. Per il nostro scopo, cioè allo scopo di misurare la durata del livello io(vedi fig. 10), analizzatore di ampiezza AAI deve far passare solo impulsi corrispondenti all'energia del fotone g1 e all'analizzatore AAII - g2 .

Fig.8. Diagramma schematico da definire

durata degli stati eccitati dei nuclei.

Inoltre, gli impulsi degli analizzatori, nonché del circuito di coincidenza veloce, vengono inviati a quello lento (t ~ 10-6 sec) schema a tripla corrispondenza. Nell'esperimento viene studiata la dipendenza del numero di triple coincidenze dal valore del ritardo dell'impulso compreso nel primo canale del circuito di coincidenza veloce. Tipicamente, il ritardo dell'impulso viene eseguito utilizzando la cosiddetta linea di ritardo variabile LZ (Fig. 8).

La linea di ritardo deve essere collegata esattamente al canale in cui è registrato il quanto g1, poiché viene emesso prima del quanto g2. Come risultato dell'esperimento, viene costruito un grafico semilogaritmico della dipendenza del numero di triple coincidenze dal tempo di ritardo (Fig. 9) e da esso viene determinata la durata del livello eccitato io(allo stesso modo di quando si determina l'emivita utilizzando un singolo rivelatore).

Utilizzando contatori a scintillazione con un cristallo NaJ(Tl) e lo schema considerato delle coincidenze veloce-lento, è possibile misurare le vite 10-7 -10-9 sec. Se vengono utilizzati scintillatori organici più veloci, è possibile misurare la vita più breve degli stati eccitati (fino a 10-11 sec).

Fig.9. La dipendenza del numero di coincidenze dall'entità del ritardo.

Rilevamento difetto gamma. Le radiazioni nucleari, che hanno un elevato potere di penetrazione, sono sempre più utilizzate nella tecnologia per rilevare difetti in tubi, binari e altri grandi blocchi di metallo. A tale scopo vengono utilizzati una sorgente di radiazioni g e un rilevatore di raggi g. Il miglior rivelatore in questo caso è un contatore a scintillazione, che ha un'elevata efficienza di rilevamento. La sorgente di radiazione è posta in un contenitore di piombo, dal quale un fascio stretto di raggi g fuoriesce attraverso un foro del collimatore, illuminando il tubo. Un contatore a scintillazione è installato sul lato opposto del tubo. La sorgente e il contatore sono posizionati su un meccanismo mobile che consente loro di essere spostati lungo il tubo e ruotati attorno al proprio asse. Passando attraverso il materiale del tubo, il fascio di raggi g sarà parzialmente assorbito; se il tubo è omogeneo, l'assorbimento sarà lo stesso ovunque, e il contatore registrerà sempre lo stesso numero (in media) di g-quanta per unità di tempo, ma se c'è un sink in qualche punto del tubo, allora il i raggi g verranno assorbiti meno in questo punto, la velocità di conteggio aumenterà. La posizione del lavandino verrà rivelata. Ci sono molti esempi di tale uso di contatori a scintillazione.

Rilevazione sperimentale di neutrini. Il neutrino è la più misteriosa delle particelle elementari. Quasi tutte le proprietà dei neutrini sono ottenute da dati indiretti. La moderna teoria del decadimento b presuppone che la massa del neutrino mn sia uguale a zero. Alcuni esperimenti ci permettono di affermarlo. Lo spin del neutrino è 1/2, momento magnetico<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).

La creazione di reattori nucleari, in cui un numero molto elevato di nuclei con un eccesso di neutroni, ha dato speranza per il rilevamento degli antineutrini. Tutti i nuclei ricchi di neutroni decadono con l'emissione di elettroni e, di conseguenza, di antineutrini. In prossimità di un reattore nucleare con una capacità di diverse centinaia di migliaia di kilowatt, il flusso antineutrino è 1013 centimetro -2 · sec-1 - un flusso di enorme densità, e con la scelta di un opportuno rivelatore antineutrino, si potrebbe tentare di rilevarli. Un tale tentativo fu fatto da Reines e Cowen nel 1954. Gli autori usarono la seguente reazione:

n + p ® n+d+ (1)

In questa reazione, le particelle del prodotto sono il positrone e il neutrone, che possono essere registrati.

Uno scintillatore liquido con un volume di ~1 m3, ad alto contenuto di idrogeno, saturo di cadmio. I positroni prodotti nella reazione (1) si sono annichilati in due g-quanti con un'energia di 511 kev ciascuno e ha causato la comparsa del primo lampo dello scintillatore. Il neutrone è stato rallentato per diversi microsecondi e catturato dal cadmio. In questa cattura da parte del cadmio, sono stati emessi diversi g-quanta con un'energia totale di circa 9 Mev. Di conseguenza, nello scintillatore è apparso un secondo lampo. Sono state misurate coincidenze ritardate di due impulsi. Per registrare i flash, lo scintillatore liquido è stato circondato da un gran numero di fotomoltiplicatori.

Il tasso di conteggio delle coincidenze ritardate era di tre conteggi all'ora. Da questi dati si è ottenuto che la sezione d'urto di reazione (Fig. 1) s = (1,1 ± 0,4) 10 -43 cm2, che è vicino al valore calcolato.

Attualmente, contatori a scintillazione liquida molto grandi vengono utilizzati in molti esperimenti, in particolare negli esperimenti per misurare i flussi di radiazioni g emessi dall'uomo e da altri organismi viventi.

Registrazione di frammenti di fissione. Per la registrazione dei frammenti di fissione, i contatori a scintillazione di gas si sono rivelati convenienti.

Di solito, un esperimento per studiare la sezione d'urto di fissione è impostato come segue: uno strato dell'elemento in studio viene depositato su una sorta di substrato e irradiato con un flusso di neutroni. Naturalmente, più materiale fissile viene utilizzato, più eventi di fissione si verificheranno. Ma poiché di solito le sostanze fissili (ad esempio gli elementi transuranici) sono emettitori di a, il loro uso in quantità significative diventa difficile a causa dell'ampio fondo delle particelle di a. E se gli eventi di fissione vengono studiati con l'aiuto di camere di ionizzazione pulsata, è possibile sovrapporre impulsi di particelle a impulsi derivanti da frammenti di fissione. Solo uno strumento con una migliore risoluzione temporale consentirà di utilizzare grandi quantità di materiale fissile senza imporre impulsi l'uno all'altro. A questo proposito, i contatori a scintillazione di gas hanno un vantaggio significativo rispetto alle camere a ionizzazione pulsata, poiché la durata dell'impulso di queste ultime è di 2-3 ordini di grandezza più lunga di quella dei contatori a scintillazione di gas. Le ampiezze degli impulsi dei frammenti di fissione sono molto maggiori di quelle delle particelle a e quindi possono essere facilmente separate utilizzando un analizzatore di ampiezza.

Una proprietà molto importante di un contatore a scintillazione di gas è la sua bassa sensibilità ai raggi g, poiché la comparsa di particelle cariche pesanti è spesso accompagnata da un intenso flusso di raggi g.

Fotocamera luminosa. Nel 1952, i fisici sovietici Zavoisky e altri fotografarono per la prima volta le tracce di particelle ionizzanti in sostanze luminescenti utilizzando convertitori elettroni ottici (EOCs) sensibili. Questo metodo di rilevamento delle particelle, chiamato fotocamera fluorescente, ha un'elevata risoluzione temporale. I primi esperimenti sono stati effettuati utilizzando un cristallo CsJ (Tl).

Successivamente, per fabbricare la camera luminescente iniziarono ad essere utilizzati scintillatori di plastica sotto forma di barre lunghe e sottili (fili). I fili sono impilati in file in modo che i fili in due file adiacenti siano ad angolo retto l'uno rispetto all'altro. Ciò fornisce la possibilità di osservazione stereoscopica per ricreare la traiettoria spaziale delle particelle. Le immagini di ciascuno dei due gruppi di filamenti reciprocamente perpendicolari sono dirette a separare i convertitori elettrone-ottici. I fili svolgono anche il ruolo di guide di luce. La luce è data solo da quei fili che la particella attraversa. Questa luce esce attraverso le estremità dei rispettivi fili, che vengono fotografati. I sistemi sono prodotti con un diametro delle singole filettature da 0,5 a 1,0 mm.

Letteratura :

1. J. Birks. contatori a scintillazione. M., IL, 1955.

2. VO Vyazemsky, I.I. Lomonosov, VA Ruzin. Metodo di scintillazione in radiometria. M., Gosatomizdat, 1961.

3. Yu.A. Egorov. Metodo di stincillazione della spettrometria di radiazioni gamma e neutroni veloci. M., Atomizdat, 1963.

4. P.A. Tishkin. Metodi sperimentali di fisica nucleare (rilevatori di radiazioni nucleari).

Casa editrice dell'Università di Leningrado, 1970.

5 G.S. Landsberg. Manuale elementare di fisica (volume 3) M., Nauka, 1971

Contatore di scintillazione

Principio di funzionamento e portata

In un contatore a scintillazione, la radiazione ionizzante provoca un lampo di luce nello scintillatore corrispondente, che può essere solido o liquido. Questo flash viene trasmesso a un tubo fotomoltiplicatore, che lo trasforma in un impulso di corrente elettrica. L'impulso di corrente viene amplificato negli stadi PMT successivi a causa del loro elevato coefficiente di emissione secondaria.

Nonostante il fatto che, in generale, siano necessarie apparecchiature elettroniche più complesse quando si lavora con contatori a scintillazione, questi contatori presentano vantaggi significativi rispetto ai contatori Geiger-Muller.

1. L'efficienza per il conteggio dei raggi X e delle radiazioni gamma è molto maggiore; in circostanze favorevoli, raggiunge il 100%.

2. L'emissione di luce in alcuni scintillatori è proporzionale all'energia della particella eccitante o del quanto.

3. La risoluzione temporale è maggiore.

Il contatore a scintillazione è quindi un rivelatore adatto per rilevare radiazioni a bassa intensità, per analizzare distribuzioni di energia con requisiti di risoluzione non troppo elevati e per misure di coincidenza ad alta intensità di radiazione.

B) Scintillatori

1) Protoni e altre particelle altamente ionizzanti. Se parliamo solo della registrazione di queste particelle, tutti i tipi di scintillatori sono ugualmente adatti e, grazie al loro elevato potere di arresto, sono sufficienti strati con uno spessore dell'ordine di un millimetro e anche inferiore. Va tuttavia tenuto presente che l'emissione luminosa di protoni e particelle β negli scintillatori organici è solo circa 1/10 dell'emissione luminosa di elettroni della stessa energia, mentre negli scintillatori inorganici ZnS e NaJ sono entrambi gli stesso ordine.

La relazione tra l'energia dei lampi luminosi e l'entità degli impulsi ad essa associati, nonché l'energia delle particelle trasferite allo scintillatore, per le sostanze organiche è, in generale, non lineare. Per ZnS 1 NaJ e CsJ, tuttavia, questa dipendenza è quasi lineare. A causa della loro buona trasparenza alla propria radiazione fluorescente, i cristalli di NaJ e CsJ forniscono un'eccellente risoluzione energetica; bisogna, tuttavia, prestare attenzione per garantire che la superficie attraverso la quale le particelle entrano nel cristallo sia molto pulita.

2) Neutroni. I neutroni lenti possono essere rilevati utilizzando le reazioni Li6Hs, B10Li" o CdlisCd114. Come scintillatori a tale scopo, si depositano direttamente sul Finestra PMT; può anche essere applicata

Diagramma a blocchi di uno spettrometro a scintillazione. 1 - scintillatore, 2 - PMT, h - sorgente ad alta tensione, 4 - inseguitore di catodo, e - amplificatore lineare, 6 - analizzatore di impulsi di ampiezza, 7 - dispositivo di registrazione.

ZnS sospeso in B 2 O 3 fuso, corrispondenti composti di boro in scintillatori sintetici e miscele di cadmio metil borato o propionato con scintillatori liquidi. Se è necessario escludere l'effetto della radiazione z nelle misurazioni dei neutroni, allora in quelle reazioni che causano l'emissione di particelle pesanti, è necessario prendere in considerazione la relazione di cui sopra per l'emissione luminosa di vari scintillatori, a seconda del tipo di particelle account.

I neutroni veloci vengono rilevati utilizzando protoni di rinculo prodotti in sostanze contenenti idrogeno. Poiché un alto contenuto di idrogeno si verifica solo negli scintillatori organici, è difficile ridurre l'effetto della radiazione γ per i motivi di cui sopra. I migliori risultati si ottengono se il processo di formazione dei protoni di rinculo viene separato dall'eccitazione dello scintillatore mediante raggi r. In questo caso, lo strato di quest'ultimo deve essere sottile, il suo spessore essendo determinato dall'intervallo dei protoni di rinculo, in modo che la probabilità di rilevare la radiazione z sia sostanzialmente ridotta. In questo caso, è preferibile utilizzare ZnS come scintillatore. È anche possibile sospendere ZnS in polvere in una sostanza artificiale trasparente contenente idrogeno.

È quasi impossibile studiare lo spettro energetico dei neutroni veloci usando gli scintillatori. Ciò è spiegato dal fatto che l'energia dei protoni di rinculo può assumere tutti i tipi di valori, fino all'energia totale dei neutroni, a seconda di come avviene la collisione.

3) Elettroni, p-particelle. Come per altri tipi di radiazione, la risoluzione energetica dello scintillatore per gli elettroni dipende dal rapporto tra l'energia luminosa e l'energia trasferita allo scintillatore dalla particella ionizzante. Ciò è dovuto al fatto che la semiampiezza della curva di distribuzione delle grandezze degli impulsi causati da particelle monoenergetiche incidenti, per fluttuazioni statistiche, in prima approssimazione, è inversamente proporzionale alla radice quadrata del numero di fotoelettroni knock out dal fotocatodo PMT. Degli scintillatori attualmente utilizzati, NaJ 1 fornisce le maggiori ampiezze di impulso e per scintillatori organici, l'antracene, che, a parità di altre condizioni, fornisce impulsi di circa due volte più piccoli di ampiezza di NaJ.

Poiché le sezioni d'urto di diffusione degli elettroni efficaci aumentano fortemente con l'aumentare del numero atomico, quando viene utilizzato NaJ, l'80-90% di tutti gli elettroni incidenti vengono nuovamente dispersi dal cristallo; quando si utilizza l'antracene, questo effetto raggiunge circa il 10%. Gli elettroni sparsi provocano impulsi la cui intensità è inferiore al valore corrispondente all'energia totale degli elettroni. Di conseguenza, è molto difficile quantificare gli spettri β ottenuti con i cristalli di NaJ. Pertanto, per la spettroscopia β è spesso più opportuno utilizzare scintillatori organici, che sono costituiti da elementi a basso numero atomico.

Il backscattering può anche essere indebolito dai seguenti metodi. La sostanza di cui si vuole indagare la radiazione β viene miscelata con lo scintillatore se non sopprime la radiazione fluorescente, oppure posta tra due superfici di scintillatori la cui Iryny 1 Ienne fluorescente agisce sul fotocatodo, oppure, infine, si usa uno scintillatore con un canale interno in cui passa nell'irradiazione.

La dipendenza tra l'energia luminosa e l'energia trasferita allo scintillatore per radiazione è lineare per NaJ. Per tutti gli scintillatori organici, questo rapporto diminuisce a basse energie di elettroni. Questa non linearità deve essere presa in considerazione quando si quantificano gli spettri.

4) Raggi X e radiazioni gamma. Il processo di interazione della radiazione elettromagnetica con uno scintillatore consiste principalmente in tre processi elementari.

Nell'effetto fotoelettrico, l'energia di un quanto viene convertita quasi completamente nell'energia cinetica di un fotoelettrone e, a causa del breve raggio del fotoelettrone, viene nella maggior parte dei casi assorbita nello scintillatore. Il quanto secondario corrispondente all'energia di legame dell'elettrone viene assorbito dallo scintillatore o lo lascia.

Nell'effetto Compton, solo una parte dell'energia quantistica viene trasferita all'elettrone. Questa parte viene assorbita con un'alta probabilità nello scintillatore. Il fotone diffuso, la cui energia è diminuita di una quantità pari all'energia dell'elettrone Compton, è anche o assorbito dallo scintillatore o lo lascia.

Durante la formazione delle coppie, l'energia del quanto primario, meno l'energia della formazione delle coppie, passa nell'energia cinetica di questa coppia ed è principalmente assorbita dallo scintillatore. La radiazione generata durante l'annichilazione di un elettrone e di un positrone viene assorbita nello scintillatore o lo lascia.

La dipendenza energetica delle sezioni d'urto effettive per questi processi è tale che, a basse energie fotoniche, si verifica principalmente l'effetto fotoelettrico; A partire da un'energia di 1,02 Mae, si può osservare la formazione di coppie, ma la probabilità di questo processo raggiunge un valore apprezzabile solo a energie significativamente più elevate. Nella regione intermedia, il ruolo principale è svolto dall'effetto Compton.

Con l'aumento del numero atomico Z, le sezioni d'urto effettive per l'effetto fotoelettrico e per la formazione di coppie aumentano molto più fortemente che con l'effetto Compton. Tuttavia, in questo caso, l'elettrone viene trasferito:

1) con l'effetto fotoelettrico, - oltre all'energia del quanto, che si trasforma nell'energia dell'elettrone già durante l'effetto primario, c'è ancora solo l'energia di legame del fotoelettrone, che corrisponde alla radiazione secondaria, morbida e facilmente assorbibile;

2) nella formazione di coppie - solo radiazione di annichilazione con un'energia nota discreta. Con l'effetto Compton, l'energia degli elettroni secondari e dei quanti diffusi ha un'ampia gamma di valori possibili. Poiché, come già accennato, i quanti secondari potrebbero non subire assorbimento e lasciare lo scintillatore, per facilitare l'interpretazione degli spettri è opportuno restringere il più possibile la regione in cui predomina l'effetto Komhtohj scegliendo scintillatori con H grande, ad esempio, NaJ. Inoltre, il rapporto energia della luce rispetto all'energia trasferita allo scintillatore per NaJ è praticamente indipendente dall'energia degli elettroni, quindi, in tutti i processi complessi in cui vengono assorbiti i quanti, viene rilasciata la stessa quantità di luce .Tali processi complessi si verificano con maggiore probabilità, maggiore è la dimensione dello scintillatore.

L'attenuazione dei raggi gamma nell'antracene, μ è il coefficiente di attenuazione; f è il coefficiente di fotoassorbimento, a è il coefficiente di diffusione Compton, p è il coefficiente di formazione delle coppie.

Il contatore a scintillazione (Fig. 2.3) ha due elementi principali: uno scintillatore che risponde alla radiazione nucleare di un lampo di luce e un tubo fotomoltiplicatore (PMT) che converte questi deboli lampi di luce in impulsi elettrici e li amplifica milioni di volte .

Gli scintillatori (fosfori) funzionano come segue. Un gamma-quanto, entrando nello scintillatore, interagisce con i suoi atomi (effetto fotoelettrico ed effetto Compton, formazione di coppie elettrone-positrone), che porta alla comparsa di cariche libere (elettroni e positroni). Questo

. /-scintillatore (fosforo); 2 - riflettore; 3 - PMT; 4 - fotocatodo;

5 - dinodo di messa a fuoco; d-dinodi; 7-elettrodo di raccolta (anodo); 8- divisore di tensione

Riso. 2.3 Diagramma schematico di un contatore a scintillazione

le cariche vengono trasferite o tutta l'energia del quanto (effetto fotoelettrico) o parte di essa (effetto Compton, formazione di coppie). L'energia delle cariche libere viene spesa per la ionizzazione e l'eccitazione degli atomi scintillatori. Durante il passaggio dallo stato eccitato allo stato fondamentale, gli atomi dello scintillatore perdono l'energia ricevuta durante l'eccitazione sotto forma di oscillazioni elettromagnetiche (fotoni di luce) - luminescenza.

Esistono due tipi di luminescenza: fluorescenza, quando il bagliore di un atomo si verifica quasi istantaneamente dopo l'eccitazione (10 ~ 9 -10 ~ 7 s) e fosforescenza, quando le molecole eccitate sono in uno stato metastabile per un tempo indefinito. Per i contatori a scintillazione sono adatti fosfori con fluorescenza, cioè un breve tempo di incandescenza.

I fotoni luminosi risultanti dall'interazione di particelle nucleari o quanti gamma con lo scintillatore si diffondono in tutte le direzioni, parzialmente assorbiti nello spessore del cristallo scintillatore. In relazione a ciò, solo una parte dei fotoni entra nel fotomoltiplicatore e la forma dello spettro dei fotoni luminosi che emergono dallo scintillatore differisce dalla forma dello spettro dei fotoni generatori. Per aumentare il numero di fotoni che raggiungono il catodo, le pareti dello scintillatore, ad eccezione di quella a contatto con il fotocatodo, sono ricoperte da uno strato fotoriflettente. Buoni risultati possono essere ottenuti ponendo il cristallo scintillatore in polvere di magnesia. Una caratteristica importante degli scintillatori è anche la dipendenza lineare della loro efficienza dall'energia delle particelle in studio, che ne rende possibile l'utilizzo anche negli studi spettroscopici di radiazioni gamma naturali e artificiali.

Tra i numerosi scintillatori, vengono spesso utilizzati cristalli singoli di ioduro di sodio Na1 (T1), caratterizzati dalla massima efficienza di conteggio. Il loro principale svantaggio è l'elevata igroscopicità. Se l'umidità entra nel cristallo, diventa torbido e, di conseguenza, le sue prestazioni si riducono. Un moltiplicatore fotoelettrico è un dispositivo (vedi Fig. 88) che combina una fotocellula e un amplificatore elettronico, il cui funzionamento si basa sul fenomeno dell'emissione di elettroni secondari. I fotoni dello scintillatore cadono sul fotocatodo PMT.

Gli elettroni emessi dal fotocatodo vengono accelerati dal campo elettrico e corrono attraverso il diaframma fino al primo elettrodo (dinodo) del moltiplicatore. A causa dell'emissione secondaria, ogni elettrone incidente elimina diversi elettroni secondari dal diodo, il cui numero dipende dalla differenza di potenziale applicata tra gli elettrodi. Questi elettroni, trovandosi nel campo di attrazione del secondo dinodo, sono anche accelerati e provocano l'emissione di elettroni secondari sul dinodo successivo. Pertanto, si verifica un brusco aumento del numero di elettroni in ciascun dinodo del fotomoltiplicatore. L'ultimo elettrodo di questo circuito è l'anodo, che, per eliminare l'ormai non necessaria emissione secondaria di elettroni, è talvolta realizzato sotto forma di griglia e circondato da uno schermo collegato al penultimo elettrodo. Il numero di dinodi determina il guadagno totale degli elettroni del fotomoltiplicatore e per i fotomoltiplicatori moderni va da 8 a 14.

Il tempo di risoluzione dei contatori di scintillazione dipende dalla durata della scintillazione, nonché dalla diffusione nei tempi di volo dei gruppi di elettroni attraverso il moltiplicatore ed è fino a 10–9 s.

A seconda dello scopo, i fotomoltiplicatori possono essere suddivisi in due gruppi: 1) fotomoltiplicatori per il conteggio integrale delle scintillazioni al fine di determinare particelle nucleari o quanti gamma; 2) fotomoltiplicatori spettrometrici per l'analisi di ampiezza di impulsi di scintillazione al fine di determinare l'energia dei raggi gamma.

I seguenti requisiti sono imposti ai fotomoltiplicatori del primo gruppo: una sensibilità sufficientemente elevata del fotocatodo, un ampio rapporto segnale-rumore e un breve tempo di risoluzione. I fotomoltiplicatori spettrometrici dovrebbero avere una buona risoluzione dell'ampiezza e stabilità nel tempo.

Principali vantaggi dei contatori a scintillazione:

1) alta sensibilità (efficienza), anche ai raggi gamma; 2) alta risoluzione; 3) la capacità di distinguere le particelle in base alla loro energia e di misurarla, cioè di effettuare la spettrometria della radiazione radioattiva. Pertanto, i contatori a scintillazione, combinando le qualità positive di un contatore proporzionale e di un contatore Geiger-Muller, hanno una maggiore efficienza e risoluzione.

Svantaggi dei contatori a scintillazione: 1) elevata sensibilità alle variazioni della temperatura ambiente;

2) maggiori requisiti per la stabilità della tensione di alimentazione; 3) un'ampia diffusione dei parametri dei fotomoltiplicatori e un cambiamento nelle caratteristiche e nei parametri dei fotomoltiplicatori nel corso del loro funzionamento.

1.1 Come funziona un contatore a scintillazione

Il principio di funzionamento di un contatore a scintillazione è il seguente: una particella carica, passando attraverso uno scintillatore, le eccita insieme alla ionizzazione di atomi e molecole. Tornando allo stato non eccitato (fondamentale), gli atomi emettono fotoni. La luce emessa viene raccolta - nella gamma spettrale dello scintillatore - su un fotorilevatore. Quest'ultimo è spesso usato come fotomoltiplicatore

Il fotomoltiplicatore è un cilindro di vetro evacuato ad una pressione residua non superiore a 10-6 mm Hg. Art., al termine della quale è presente una finestra piana trasparente, sulla cui superficie, dal lato del volume evacuato, un sottile strato di sostanza con funzione di lavoro a basso numero di elettroni (fotocatodo), solitamente a base di antimonio e cesio, viene depositato. Inoltre, nello spazio evacuato, c'è una serie di elettrodi - dinodi, a cui, con l'aiuto di un partitore di tensione, viene fornita dall'alimentatore una differenza di potenziale costantemente crescente. I dinodi PMT sono fatti di materia anche con una funzione di lavoro a basso elettroni. Quando vengono bombardati da elettroni, sono in grado di emettere elettroni secondari in quantità diverse volte superiori al numero di quelli primari. L'ultimo dinodo è l'anodo PMT. Il parametro principale del PMT è il guadagno per una determinata modalità di alimentazione. Tipicamente, un PMT contiene nove o più dinodi e l'amplificazione della corrente primaria per vari moltiplicatori raggiunge 105 - 1010 volte, il che consente di ottenere segnali elettrici con un'ampiezza da volt a decine di volt.

Riso. 1. Schema a blocchi di un contatore a scintillazione.

I fotoni che cadono sul fotocatodo PMT eliminano gli elettroni a causa dell'effetto fotoelettrico, a seguito del quale appare un impulso elettrico sull'anodo PMT, che viene ulteriormente amplificato dal sistema dinodico a causa del meccanismo di emissione di elettroni secondari. Il segnale di corrente anodica del PMT - attraverso un amplificatore o direttamente - viene inviato all'ingresso di un dispositivo di misura: un contatore di impulsi, un oscilloscopio, un convertitore analogico-digitale, ecc. L'ampiezza e la durata dell'impulso di uscita sono determinate dalle proprietà sia dello scintillatore che del PMT.

In un certo numero di casi, all'uscita dell'amplificatore, si osserva un gran numero di impulsi (solitamente piccoli in ampiezza) che non sono associati al rilevamento di particelle nucleari, vale a dire gli impulsi di rumore intrinseco del PMT e dell'acceleratore. Per eliminare il rumore tra l'amplificatore e il contaimpulsi, viene attivato un discriminatore di ampiezza integrale, che fa passare solo quegli impulsi le cui ampiezze sono maggiori di un certo valore della tensione di soglia.

Il rilevamento di particelle neutre (neutroni, γ-quanta) avviene mediante particelle cariche secondarie formate durante l'interazione di neutroni e γ-quanta con atomi di scintillatore.