Szintillatoren sind Arten von Materialien, die nach dem Durchgang eines geladenen Teilchens oder eines Photons nachweisbare Photonen im sichtbaren Teil des Lichtspektrums liefern. Der Szintillator besteht aus einem transparenten Kristall , normalerweise einer Phosphor-, Kunststoff- oder organischen Flüssigkeit, die beim Auftreffen von ionisierender Strahlung fluoresziert. Der Szintillator muss auch für seine eigenen Lichtemissionen transparent sein und eine kurze Abklingzeit haben. Der Szintillator muss auch von allem Umgebungslicht abgeschirmt sein, damit externe Photonen die durch einfallende Strahlung verursachten Ionisationsereignisse nicht überschwemmen. Um dies zu erreichen, wird häufig eine dünne undurchsichtige Folie wie aluminisiertes Mylar verwendet, die jedoch eine ausreichend geringe Masse aufweisen muss, um eine übermäßige Dämpfung der gemessenen einfallenden Strahlung zu minimieren .
In der Kern- und Teilchenphysik werden hauptsächlich zwei Arten von Szintillatoren verwendet: organische oder plastische Szintillatoren und anorganische oder kristalline Szintillatoren.
Organische Szintillatoren
Organische Szintillatoren sind Arten von organischen Materialien, die nach dem Durchgang eines geladenen Teilchens oder eines Photons nachweisbare Photonen im sichtbaren Teil des Lichtspektrums liefern. Der Szintillationsmechanismus in organischen Materialien unterscheidet sich stark vom Mechanismus in anorganischen Kristallen. In anorganischen Szintillatoren, zB NaI, CsI, entsteht die Szintillation aufgrund der Struktur des Kristallgitters. Der Fluoreszenzmechanismus in organischen Materialien ergibt sich aus Übergängen in den Energieniveaus eines einzelnen Moleküls, und daher kann die Fluoreszenz unabhängig vom physikalischen Zustand (Dampf, Flüssigkeit, Feststoff) beobachtet werden.
Im Allgemeinen weisen organische Szintillatoren schnelle Zerfallszeiten auf (typischerweise ~ 10 –8 Sekunden ), während anorganische Kristalle gewöhnlich viel langsamer sind (~ 10 –6 Sekunden), obwohl einige auch schnelle Komponenten in ihrem Ansprechen aufweisen. Es gibt drei Arten von organischen Szintillatoren:
- Reine organische Kristalle . Reine organische Kristalle schließen Kristalle von Anthracen, Stilben und Naphthalin ein. Die Abklingzeit dieser Art von Leuchtstoff beträgt ungefähr 10 Nanosekunden. Diese Art von Kristall wird häufig zum Nachweis von Beta-Partikeln verwendet . Sie sind sehr langlebig, aber ihr Ansprechen ist anisotrop (was die Energieauflösung beeinträchtigt, wenn die Quelle nicht kollimiert ist), und sie können nicht leicht bearbeitet werden, noch können sie in großen Größen gezüchtet werden. Daher werden sie nicht sehr oft verwendet.
- Flüssige organische Lösungen . Flüssige organische Lösungen werden durch Auflösen eines organischen Szintillators in einem Lösungsmittel hergestellt.
- Kunststoff-Szintillatoren . Kunststoff-Leuchtstoffe werden durch Zugabe von Szintillationschemikalien zu einer Kunststoffmatrix hergestellt. Die Abklingkonstante ist die kürzeste der drei Leuchtstofftypen und nähert sich 1 oder 2 Nanosekunden. Kunststoff-Szintillatoren eignen sich daher besser für den Einsatz in Umgebungen mit hohem Fluss und für Messungen mit hoher Dosisleistung. Der Kunststoff hat einen hohen Wasserstoffgehalt, daher ist er für schnelle Neutronendetektoren geeignet . Die Erzeugung eines nachweisbaren Photons in einem Szintillator erfordert wesentlich mehr Energie als die Erzeugung eines Elektron-Ionen-Paares durch Ionisation (typischerweise um den Faktor 10). Da anorganische Szintillatoren mehr Licht erzeugen als organische Szintillatoren, eignen sie sich daher besser für Anwendungen bei niedrigen Energien .
