آشکار ساز سنتیلاتور

اساس کار آشکارساز سنتیلاتور

در بلور یک جسم جامد، برهمکنش میان ذرات باردار حامل انرژی و الکترون ها باعث کنده شدن الکترون در شبکه بلور می‌شود. هنگامی که الکترونی در این جای خالی می‌افتد، نوری گسیل می‌شود. بعضی از بلورها نسبت به این نور شفاف هستند. بنابراین عبور ذره باردار حامل انرژی در بلور با سنتیلاسیون یا سوسوزنی نور گسیل شده از بلور علامت داده می‌شود. 

اجزای تشکیل دهنده فوتومولتی پلایر

تاریخچه آشکار سازها

رادرفورد از این روش با استفاده از ZnS به عنوان سنتیلاتور برای شمارش ذرات آلفای پراکنده در تجربه تاریخی خود به نام "پراکندگی آلفا" استفاده نمود. این روش خسته کننده و ابتدایی بود و خیلی زود روش استفاده از شمارنده‌های گازی که در آن شمارش بطور الکترونیکی انجام می شد (در صورت لزوم بدست آوردن اطلاعات درباره انرژی اشعه نیز ممکن بود) جانشین آن گردید. در سال 1944 لوکان و بیکر، فوتو مولتی پلایر را جانشین روش استفاده با چشم غیرمسلح نمودند و کمی بعد کالمن، نفتالین را جانشین کریستال کوچک و نازک ZnS نمود. این دو تغییر انقلابی در آشکار سازی با روش سنتیلاسیون؛ آشکار سازی، ثبت و تجزیه و تحلیل پالس هایی که با هر یک از ذرات تابش بوجود می‌آیند را امکان ‌پذیر ساخته است.

مواد سنتیلاتور

بعضی از مواد می‌توانند انرژی جذب نموده و مقداری از آن را به‌صورت نور مجددا تابش نمایند، این عمل لومینسانس نام دارد. موادی که تابش مجدد را در طول زمانی حدود چند میکرو ثانیه یا کمتر انجام می‌دهند، به مواد فلوئورسان موسوم هستند. موادی که فاصله زمانی جذب انرژی و پس دادن آن به‌صورت نور برایشان طولانی‌تر است، فسفرسان نام دارند. در آشکار سازی تابش ها فقط مواد فلوئورسان بکار می‌روند. وقتی برای چنین منظوری مورد استفاده قرار می‌گیرند، سنتیلاتور نامیده می‌شوند.

یکی از خواص لازم برای سنتیلاتور این است که باید به مقدار زیاد نسبت به فوتونهایی که تابش می‌کند، شفاف باشد. قسمتی از فوتونها که بوسیله سنتیلاتور جذب می‌گردد، بستگی به نوع ماده دارد. سنتیلاتورهای غیر آلی تقریبا 100% شفاف هستند. سنتیلاتورهای آلی بطور کلی شفافیت کم دارند. انواع مختلف سنتیلاتور مورد استفاده قرار می‌گیرند. مواد غیر آلی جامد بیشتر یدور فلزات قلیایی و مواد جامد آلی، به مقدار زیاد هیدروکربورهای معطر جانشین شده و جانشین نشده، محلول های آلی در حلال های مایع و یا پلاستیک از مواد سنتیلاتور هستند.

* تصاویر بالا آشکار ساز یدور سدیم است که از انواع آشکار سازهای سنتیلاتور جهت آشکارسازی پرتو های گاما و اشعه ایکس می باشد را نشان می دهد.

کریستال سدیم یدید (NaI)

يکي از رايج ترين سيستم ها که جهت اندازه گيري تابش هاي گاما با انرژي بسيار کم در اسپکتروسکوپي به کار مي رود، سيستم هاي مجهز به آشکارساز هاي سديم يديد مي باشد. اين سيستم ها به دليل حد تشخيص بالا و کم هزينه بودن از معروفيت خاصي در اندازه گيري هاي اسپکترومتري گاما برخوردارند[1]. 

(NaI(Tl دارای ویژگی های نامطلوبی نیز هست؛ از جمله این ویژگی ها این است که شکننده بوده و به تغییرات سریع دما و شوک های حرارتی حساس است. بسیار جاذب رطوبت است به همین دلیل همواره باید آن را در کپسول سربسته نگه داری کرد. NaI همیشه مقداری ناخالصی پتاسیم دارد، که به دلیل وجود ایزوتوپ های پتاسیم-40 در اندازه گیری ها مقداری "زمینه" ایجاد می کند.

کریستال سزیم یدید (CsI) 

سدیم یدید به دلیل چگالی نسبی و عدد اتمی بالای آن، ماده ای با قدرت برای توقف پرتوهای گاما محسوب می شود. برای شمارش سوسوزنی به صورت خالص یا غیر خالص همراه با سدیم یا تالیم استفاده می شود[2].

سنتیلاتور پلاستیکی

پلی اتیلن نفتالات نشان داده که خودش خواص سوسوزنی دارد بدون آنکه چیزی به آن اضافه شود و انتظار می رود به دلیل کارایی بالا و قیمت پایین جایگزین سنتیلاتور(سوسوزن) های پلاستیکی شود. اغلب موادی که به عنوان پایه در سوسوزن های پلاستیکی استفاده می شود از پلاستیک های آروماتیک و پلیمرها با حلقه های آروماتیک به عنوان گروه عاملی ساخته شده اند. در میان آن ها، پلی وینیل تولوئن (PVT) و پلی استایرن (PS) برجسته  ترین هستند[3].

 کاربردها

                   - پزشکی هسته ای
                   - اندازه گیری های محیطی
                   - ژئو فیزیک
                   - فیزیک انرژی های متوسط

 خصوصیات سنتیلاتور پلاستیکی

  1- آشکارساز پلاستیکی معمولا داری خروچی بزرگ و در محدود نانوثانیه است (25-30% (NaI(Tl).
  2- دارای dacay time کوتاه است.
  3- آشکار سازی سریع 
  4- مناسب برای کاربردهایی که حجم زیادی از سنتیلاتور جامد مورد نیار است.
  5- حساس به پرتوهای ایکس، گاما، نوترون های سریع و ذرات باردار.

لامپ های فوتومولتی پلایر

لامپ فوتو مولتی پلایر یکی از اساسی‌ترین قسمت های یک سیستم آشکار سازی سنتیلاسیون است. کار اصلی آن تبدیل علامت نوری از سنتیلاتور به یک علامت الکتریکی با انجام یک تقویت خطی با ضریب تقویت بزرگتر از می‌باشد. این لامپ نباید بخش زمانی یا انرژی قابل توجه داشته باشند. اولین و مهمترین قسمت فوتوکاتد می‌باشد که قسمتی از انرژی فوتون تابشی را به الکترونها می‌دهد. در اغلب لامپ های جدید طراحی شده برای شمارش سنتیلاسیون قشر نیمه شفافی از CsSb در سطح شیشه داخلی یا کوارتز (داخل لامپ) قرار داده شده است. این نوع فوتوکاتدها دارای راندمان عددی (نسبت فوتوالکترونها به فوتونهای تابشی) حدود 10% می‌باشند. 

نمایی از لامپ فوتومولتی پلایر و اساس کار آن