Studium scintilačního počítače

    Při pohybu látkou ztrácejí nabité částice rychle svoji energii srážkami s atomy a to procesem ionizace nebo excitace atomů. Při přechodu do základního stavu excitované atomy vysílají elektromagnetické záření. Pohybuje-li se částice v luminiscenční látce, část její energie se přemění na luminiscenční záření, jehož spektrum může ležet v oblasti viditelného světla, takže v ní mohou vzniknout luminiscenční záblesky. V případě záření g je luminiscence vyvolána elektrony, které vznikají při průchodu záření látkou v důsledku fotoefektu, Comptonova jevu nebo tvořením elektron-pozitronových párů. Takto vzniklé záblesky lze pomocí fotonásobiče převést na elektrické impulsy, čímž vznikne scintilační počítač. Elektrické impulsy vzniklé na výstupu počítače lze již registrovat elektrickou aparaturou. Tyto impulsy jsou charakteristické strmou náběžnou hranou (její délka se udává max.10^-9s), což umožňuje vysokou rozlišovací schopnost počítače. Amplituda výstupního impulsu scintilačního počítače je úměrná energii, kterou částice ztratila ve scintilátoru, takže na základě analýzy velikosti amplitudy výstupních impulsů lze stanovit energii dopadající částice. Této vlastnosti scintilačních počítačů se využívá při spektroskopii jaderného záření, především při spektroskopii záření g.

    Jako scintilátorů se používá organických nebo anorganických krystalů, kapalných a plynných látek a umělých hmot. Všechny tyto látky se liší svými vlastnostmi a proto nacházejí uplatnění v různých oblastech jaderné fyziky.

    V další části se omezíme na scintilátory v pevné fázi. Aby došlo k dobrému optickému kontaktu mezi okénkem fotonásobiče a scintilátorem, je tento přechod zhotoven z tzv. světlovodiče (zpravidla plexisklo). Kromě toho je nutné styčnou plochu natřít silikonovým olejem tak, aby mezi světlovodičem a okénkem fotonásobiče vznikla souvislá vrstvička. Celý kryt scintilačního počítače musí být světlotěsný a při jakékoli manipulaci se sondou (např. při výměně krystalů) je bezpodmínečně nutné vypnout vysoké napětí, neboť jinak by došlo ke zničení fotonásobiče v důsledku příliš velkého světelného toku.

    Účinnost scintilačního počítače e se definuje jako poměr počtu částic n_r, které dopadly na počítač za tutéž dobu.

    Účinnost scintilačních počítačů závisí na typu použitého scintilátoru a na energii dopadajícího záření.

    Pro záření g lze celkový počet kvant n_c, který dopadl na počítač za jednotku času stanovit podle vztahu:

kde A je aktivita zářiče vyjádřená v počtu rozpadů za jednotku času, a je počet kvant g, které vzniknou při jednom rozpadu a g je geometrický faktor, který udává, kolik kvant g letí do prostorového úhlu W vymezeného plochou počítače S. Za předpokladu, že zářič lze považovat za bodový a jeho vzdálenost r od počítače je velká ve srovnání s poloměrem scintilátoru, je:

neboť prostorový úhel lze odhadnout na

    Není-li velikost šumu při měření zanedbatelná, je skutečný počet částic, které dopadly na počítač

kde n_a je počet částic registrovaných aparaturou a n_p průměrná intenzita šumu.

PRACOVNÍ ÚKOL

    Změřte absolutní účinnost scintilačního počítače na záření g se scintilátory z plastiku a krystalu NaJ (Tl) pro čtyři různé vzdálenosti od zdroje záření. Posuďte, nakolik jsou v jednotlivých případech splněny výše vyslovené předpoklady.

POKYNY

1. K měření použijte uzavřený zářič izotopu ¹³⁷Cs.
2. Před zahájením měření se přesvědčte, zda je na sondě připevněn scintilátor.
3. Při výměně scintilátoru vždy nejdříve vypneme vysoké napětí, potom se odšroubuje převlečná matice a scintilátor se sejme mírným tažením do strany. Na okénko se nasadí nový scintilátor, několikrát se jím otočí, aby došlo k dobrému optickému kontaktu, přitáhne se převlečná matice a dotáhne se. V případě potřeby se předem pomocí skleněné tyčinky nakape na okénko fotonásobiče silikonový olej.

POZOR

Výměnu scintilátoru provádějte vždy pouze v přítomnosti vedoucího praktika !!!

POZNÁMKY

1. Aktivita zářiče v čase t je , kde A₀ je aktivita změřená v čase t=0 a l je rozpadová konstanta, kterou lze určit z poločasu rozpadu. Poločas rozpadu ¹³⁷Cs je 33 roků (1 rok = 5,26 10⁵min = 3,1526 107s)
2. Plastik je paraterfenyl rozpuštěný v polyvinyltoluenu. Krystal NaJ (Tl) je silně hygroskopický, takže již při normální vlhkosti vzduchu se krystal potáhne vrstvou, která silně absorbuje scintilační záblesky. Proto musí být krystaly NaJ (Tl) při použití ve funkci scintilátorů uzavřeny ve vzduchotěsném pouzdru.