СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ СЧЁТЧИК

СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ СЧЁТЧИК прибор
для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов,
электронов, у-квантов, мезонов и т. д.), основными элементами к-рого
являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор),
и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Визуальные наблюдения световых
вспышек (сцинтилляций) под действием ионизирующих частиц (а-частиц, осколков
деления ядер) были осн. методом ядерной физики в нач. 20 в. (см. Спинтарископ).
Позднее
С. с. был полностью вытеснен ионизационными камерами и

пропорциональными счётчиками.
Его
возвращение в ядерную физику произошло в кон. 40-х гг., когда для регистрации
сцинтилляций были использованы многокаскадные ФЭУ с большим коэфф. усиления,
способные зарегистрировать чрезвычайно слабые световые вспышки.

Принцип действия С. с. состоит в
следующем: заряженная частица, проходя Через сцинтиллятор, наряду с ионизацией
атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбуждённое (основное)
состояние,
атомы испускают фотоны (см. Люминесценция). Фотоны, попадая на катод
ФЭУ, выбивают электроны (см. Фотоэлектронная эмиссия),
в результате
чего на аноде ФЭУ возникает электрический импульс, который далее усиливается
и регистрируется (см. рис.). Детектирование нейтральных частиц (нейтронов,
у-квантов) происходит по вторичным заряженным частицам, образующимся
при взаимодействии нейтронов и у^{квантов} с атомами сцинтиллятора.

В качестве сцинтилляторов используются
различные вещества (твёрдые, жидкие, газообразные). Большое распространение
получили пластики, к-рые легко изготовляются, механически обрабатываются
и дают интенсивное свечение. Важной характеристикой сцинтиллятора является
доля энергии регистрируемой частицы, к-рая превращается в световую энергию
(конверсионная э ффективность n). Наибольшими значениями n обладают
кристаллич. сцинтилляторы: NaI, активированный Tl [NaI(Tl)], антрацен и
ZnS. Др. важной характеристикой является время высвечивания т, к-рое определяется
временем жизни на возбуждённых уровнях. Интенсивность свечения после прохождения
частицы изменяется экспоненциально: I = I-t/^т.
где Iо- начальная интенсивность. Для большинства сцинтилляторов x лежит
в интервале 10⁹ -10-⁵ сек. Короткими временами
свечения обладают пластики (табл. 1). Чем меньше т, тем более быстродействующим
может быть сделан С. с.

Таблица I

К ст. Суриков В. И. 1. "Сибирская
красавица". Портрет Е. А. Рачковской. 1891. 2. "Взятие снежного городка".
1891.

3,5. "Боярыня Морозова". 188/. Фрагменты.
4. "Покорение Сибири Ермаком". 1895. Фрагмент. 6. "Степан Разин".

1903-07, 1909-10. 7. "Утро стрелецкой
казни". 1881. Фрагмент. 8. "Переход Суворова через Альпы". 1899.

(1,3,5, 7-Третьяковская галерея,
Москва; 2, 4, 6, 8 - Русский музей, Ленинград.)

Таблица II

К ст. Судан. 1. Нубийская пустыня.
2. Ландшафт в провинции Дарфур. 3. Нил в Нубийской пустыне. 4. Город Хартум.
5. Дворец Республики в Хартуме. 6. На окраине Хартума. 7. Консервный завод
в Bay. 8. Хлопок, подготовленный к отправке. 9. Сушка сизаля в провинции
Бахр-эль-Газаль. 10. Сбор хлопка.

Таблица III

К ст. Судан. 1. Пирамиды северного
кладбища в Мероэ. 2 в. 2. Гробница Махди в Хя.ртумс. 3. "Гиена". Народ
шиллух. Глина. Британский музей. Лондон. 4. Руины храма в Сульбе. 15 в,
до н. э. 5. "Три отрока в печи огненной". Фреска храма в Фаросе. 8-11 вв.
6. А. А. Б о р x а н. "Суданские народные танцы". Гравюра иа дереве. 1958.
7. Пилон Львиного храма в Наге с изображением бога Ападемака. Конец 1 в.
до н. э. - 1 в. н. э. 8. Зернохранилище в Экваториальной провинции. 9.
Подставка для головы с фигурами предков (из Западного Судана). Дерево.
Этнографический музей. Вена.

(2, 3, 8,9 -19-20вв.)

Таблица IV

К ст. Суздаль. 1. Общий в-ад. 2.
Ансамбль
Александровского и Покровского монастырей. 16-18 вв. 3. Вознесенская церковь
Александровского монастыря. 1695. 4. Косьмодемьянская церковь. 1725. 5.
Архиерейские палаты. 15-18 вв. б. Мотель "Суздаль". 1974. Архитекторы М.
А. Орлов, Э. Я. Никсон и др., инженеры В. И. Лепскийи др. 7. Надвратная
Благовещенская церковь Покровского монастыря. Ок. 1518. 8. Смоленская церковь.
1696-1707. 9. Воскресенская церковь. 1720.

Таблица V

10. "Святые ворота " Ризположенского
монастыря. 1688. Зодчие И. Мамин, И. Грязнев, А. Шмаков. 11. Лазаревская
церковь. 1667. Справа, на переднем плане-часть Антипиевской церкви (1745).
12. Рождественский собор. 1222-25. Перестраивался. 13. Собор положения
риз богоматери Ризположенского монастыря. 1-я пол. 16 в. 14. Проездная
башня СпасоЕвфимиева монастыря. Сер. 17 в. 15. Жилой дом 18 в. Вид до реставрации.
16. Спасо-Евфимиев монастырь. Общий вид.

Таблица VI

К ст. Судно. 1. Трансатлантический
лайнер "Франс", Франция (валовая вместимость 66 347 per. т, 2044
пассажирских места). 2. Морское пассажирское судно "Шота Руставели", СССР
(валовая вместимость 19861 per. m, 700 пассажирских мест). 3. Речное пассажирское
судно на подводных крыльях "Спутник", СССР (300 пассажирских мест, скорость
65 км/ч). 4. Судно на воздушной подушке "Уэстленд" SR М" 2, Великобритания
(70 пассажирских мест, скорость 130 км/ч). 5. Судно на воздушной
подушке VT1, Великобритания (270 пассажирских мест, скорость 90 км/ч),
6.
Газовоз "Венатор", Норвегия (грузовместимость 29000 м³).
7. Газовоз (метановоз) :"Полар Аляска", Либерия (грузовместимость 72 000
м³).
8. Контейнеровоз "Сидней экспресс", Австралия (дедвейт 33 350 т,
вместимость 1508 контейнеров длиной 6,1 м и шириной 2,44 м).
9. Автомобилевоз ."Лаурита", Норвегия (вмещает 2700 легковых автомобилей).

Таблица VII

К ст. Судно. 1. Научно-исследовательское
судно "Космонавт Юрий Гагарин", СССР (водоизмещение 45000т). 2.
Атомный ледокол "Арктика", СССР (мощность 55.1-М em). 3.
Судно для генеральных грузов "Кери>, СССР (дедвейт 500т). 4. Ледокольно-транспортное
судно "Амгуемах, СССР (дедвейт 9573 т), 5. Рефрижераторное судно
(банановоз) "Арагви", СССР (дедвейт 2220 т). 6. Лесовоз "Игаркалес",
СССР (дедвейт 3629 га). 7. Морской землесос для Каспийского моря,
СССР (производительность 8000 м³/ч). 8. Грузопассажирский
паром "Ромашорн", ФРГ (грузоподъёмность 322 от, вместимость 560 пассажиров,
на главной палубе на 2 железнодорожных путях размещается 12 товарных вагонов
или 30 автомобилей).

Таблица VIII

К ст. Сухопутные войска. Советские
сухопутные войска на учениях: 1 - оперативно-тактические ракеты; 2 - десант
с вертолётов; 3 - подразделение войск противовоздушной обороны; 4 - артиллерийская
батарея на огневой позиции; 5 - подразделение мотострелковых войск в наступлении;
6 - парашютный десант; 7 - танки форсируют водную преграду.

Для того чтобы световая вспышка была
зарегистрирована ФЭУ, необходимо, что-бы спектр излучения сцинтиллятора
совпадал со спектральной областью чувствительности фотокатода ФЭУ, а материал
сцинтиллятора был прозрачен для собств. излучения. Для регистрации медленных
нейтронов в сцинтиллятор добавляют Li или В. Для регистрации быстрых
нейтронов используются водородсодержащие сцинтилляторы (см. Нейтронные
детекторы). Для спектрометрии у-квантов и электронов высокой энергии
используют Nal(Tl), обладающий большой плотностью и высоким эффективным
атомным номером (см. Гамма-излучение).

С. с. изготавливают со сцинтилляторами
разных размеров - объёмом от 1 -2 мм³ до 1-2 м³.
Чтобы не "потерять" излучённый свет, необходим хороший контакт ФЭУ со сцинтиллятором.
В С. с. небольших размеров сцинтиллятор непосредственно приклеивается к
фотокатоду ФЭУ. Все остальные его стороны покрываются слоем светоотражающего
вещества (напр., MgO, TiO). В С. с. большого размера
используют световоды (обычно из полированного органич. стекла).

ФЭУ, предназначенные для С. с., должны
обладать высокой эффективностью фотокатода (до 2,5%), высоким коэфф. усиления
(10⁶-10⁸), малым временем собирания электронов (
10^-8 сек) при высокой стабильности этого времени. Последнее
позволяет достичь разрешающей способности по времени С.с. < 10^-9сек.
Высокий коэфф. усиления ФЭУ наряду с малым уровнем собств. шумов делает
возможной регистрацию отд. электронов, выбитых с фотокатода. Сигнал на
аноде ФЭУ может достигать 100 в.

Достоинства С. с.: высокая эффективность
регистрации различных частиц (практически 100% ); быстродействие; возможность
изготовления сцинтилляторов разных размеров и конфигураций; высокая надёжность
и относительно невысокая стоимость. Благодаря этим качествам С.
с. широко применяется в ядерной физике, физике элементарных частиц и космических
лучей, в промышленности (радиационный контроль), дозиметрии, радиометрии,
геологии,
медицине и т. д. Недостатки С. с.: малая чувствительность к частицам низких
энергий (-S 1 кэв), невысокая разрешающая способность по энергии
(см. Сцинтилляционный спектрометр).

Для исследования заряженных частиц
малых энергий (<0,1 Мэв) и осколков деления ядер в качестве сцинтилляторов
применяются газы (табл. 2). Газы обладают линейной зависимостью величины
сигнала от энергии частицы в широком диапазоне энергий, быстродействием
и возможностью менять тормозную способность изменением давления. Кроме
того, источник может быть введён в объём газового сцинтиллятора. Однако
газовые сцинтилляторы требуют высокой чистоты газа и спец. ФЭУ с кварцевыми
окнами (значит, часть излучаемого света лежит в ультрафиолетовой области).

Табл. 2. - Характеристики некоторых
газов, применяемых в качестве сцинтилляторов в сцинтилляционных счётчиках
(при давлении 740 мм< рт. ст., для а-частиц с энергией 4,7
Мэв)