Szintillationszähler
Ein Szintillationszähler oder Szintillationsdetektor ist ein Strahlungsdetektor, der den als Szintillation bekannten Effekt nutzt . Szintillation ist ein Lichtblitz, der in einem transparenten Material durch den Durchgang eines Teilchens (eines Elektrons, eines Alpha-Teilchens, eines Ions oder eines hochenergetischen Photons) erzeugt wird. Szintillation tritt im Szintillator auf, der ein Schlüsselelement eines Szintillationsdetektors ist.
Das Grundprinzip des Betriebs besteht darin, dass die Strahlung mit einem Szintillator reagiert, der eine Reihe von Blitzen unterschiedlicher Intensität erzeugt. Die Intensität der Blitze ist proportional zur Energie der Strahlung. Diese Funktion ist sehr wichtig. Diese Zähler eignen sich zur Messung der Energie von Gammastrahlung ( Gammaspektroskopie ) und können daher zur Identifizierung von Gamma-emittierenden Isotopen verwendet werden.
Szintillationszähler werden häufig im Strahlenschutz , bei der Untersuchung radioaktiver Materialien und in der Physikforschung eingesetzt, da sie kostengünstig und dennoch mit guter Effizienz hergestellt werden können und sowohl die Intensität als auch die Energie einfallender Strahlung messen können. Krankenhäuser auf der ganzen Welt verfügen über Gammakameras, die auf dem Szintillationseffekt basieren, und werden daher auch als Szintillationskameras bezeichnet.
Vor- und Nachteile von Szintillationszählern werden vom Szintillator bestimmt. Die folgenden Funktionen sind nicht für alle Szintillatoren allgemein.
Vorteile von Szintillationszählern
- Effizienz . Die Vorteile eines Szintillationszählers sind seine Effizienz und die hohen Präzisions- und Zählraten, die möglich sind. Diese letzteren Eigenschaften sind eine Folge der extrem kurzen Dauer der Lichtblitze von etwa 10 bis 9 (organische Szintillatoren) bis 10 bis 6 (anorganische Szintillatoren) Sekunden.
- Spektroskopie . Die Intensität der Blitze und die Amplitude des Ausgangsspannungsimpulses sind proportional zur Energie der Strahlung . Daher können Szintillationszähler verwendet werden, um die Energie sowie die Anzahl der anregenden Teilchen (oder Gammaphotonen) zu bestimmen. Für die Gammaspektrometrie umfassen die gebräuchlichsten Detektoren Natriumiodid (NaI) -Szintillationszähler und hochreine Germaniumdetektoren. Der NaI (Tl) -Szintillator hat eine höhere Energieauflösung als ein Proportionalzähler, was genauere Energiebestimmungen ermöglicht. Wenn andererseits eine perfekte Energieauflösung erforderlich ist, müssen wir einen Detektor auf Germaniumbasis wie den HPGe-Detektor verwenden.
Nachteile von Szintillationszählern
- Hygroskopizität . Ein Nachteil einiger anorganischer Kristalle, z. B. NaI, ist ihre Hygroskopizität , eine Eigenschaft, die erfordert, dass sie in einem luftdichten Behälter untergebracht werden, um sie vor Feuchtigkeit zu schützen.
- NaI (Tl) hat keine Beta- oder Alpha-Reaktion und eine schlechte Niedrigenergie-Gamma-Reaktion.
- Flüssigszintillatoren sind relativ umständlich.
Germaniumdetektoren
Ein Halbleiterdetektor ist ein Strahlungsdetektor, der auf einem Halbleiter wie Silizium oder Germanium basiert , um die Wirkung einfallender geladener Teilchen oder Photonen zu messen. Halbleiterdetektoren werden häufig im Strahlenschutz , bei der Untersuchung radioaktiver Materialien und in der Physikforschung eingesetzt.
Vorteile von Germaniumdetektoren
- Höhere Ordnungszahl. Germanium wird bevorzugt, da seine Ordnungszahl viel höher als die von Silizium ist und die Wahrscheinlichkeit einer Gammastrahlenwechselwirkung erhöht.
- Germanium hat eine niedrigere durchschnittliche Energie, die zur Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares erforderlich ist, nämlich 3,6 eV für Silizium und 2,9 eV für Germanium.
- Sehr gute Energieauflösung . Das FWHM für Germaniumdetektoren ist eine Funktion der Energie. Für ein 1,3-MeV-Photon beträgt die FWHM 2,1 keV, was sehr niedrig ist.
- Große Kristalle . Während Detektoren auf Siliziumbasis nicht dicker als einige Millimeter sein können, kann Germanium eine abgereicherte, empfindliche Dicke von Zentimetern aufweisen und kann daher als Gesamtabsorptionsdetektor für Gammastrahlen bis zu wenigen MeV verwendet werden.
Nachteile von Germaniumdetektoren
- Kühlung . Der Hauptnachteil von HPGe-Detektoren besteht darin, dass sie auf Temperaturen von flüssigem Stickstoff abgekühlt werden müssen. Da Germanium eine relativ geringe Bandlücke aufweist , müssen diese Detektoren gekühlt werden, um die thermische Erzeugung von Ladungsträgern auf ein akzeptables Maß zu reduzieren . Andernfalls zerstört durch Leckstrom induziertes Rauschen die Energieauflösung des Detektors. Es sei daran erinnert, dass die Bandlücke (ein Abstand zwischen Valenz und Leitungsband ) für Germanium sehr gering ist (Egap = 0,67 eV). Das Abkühlen auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff (-195,8 ° C; -320 ° F) reduziert die thermischen Anregungen von Valenzelektronen, so dass nur eine Gammastrahlenwechselwirkung einem Elektron die Energie geben kann, die erforderlich ist, um die Bandlücke zu überschreiten und das Leitungsband zu erreichen.
- Preis . Der Nachteil ist, dass Germaniumdetektoren viel teurer sind als Ionisationskammern oder Szintillationszähler .
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