Сцинтилляторные детекторы для радиографического контроля

В неразрушающем контроле могут быть применены люминофоры, которые возбуждаются ионизирующим излучением, возвращаются в низкоэнергетическое состояние, испуская в процессе релаксации фотоны видимого света. Детектирование ионизирующего излучения можно осуществлять измерением светового выхода сцинтиллятора.

         Люминофоры применяются в НК вследствие обладания большой квантовой эффективностью детектирования, что позволяет использовать их в гамма-дефектоскопии. Ниже представлена таблица наиболее используемых сцинтилляторов.

Кристалл иодида натрия. Сцинтилляторы выпускаются в виде кристаллов, пластинок и гелей. Сами же вещества могут быть как органическими, так и неорганическими.

         Остановимся немного подробнее на неорганических сцинтилляторах, рассмотрим их с точки зрения физики. Неорганические твердые сцинтилляторы обычно представляют собой кристаллы галогенидов щелочных металлов. Люминесценция требует наличия примесей, которые изменяют цвет свечения и саму способность к люминесценции. Подобные примеси называются активаторы. Именно относительно атомов активаторов формируются центры свечения.

         Требования к сцинтилляторам относительно НК:

         - высокое поглощение падающего пучка проникающего излучения;

         - высокая эффективность преобразования энергии ионизирующих частиц в световую энергию;

         - высокое пространственное разрешение;

         - согласованность спектральной характеристики люминофора со спектральной характеристикой работающего совместно с ним фотонного преобразователя;

         - воспроизводимая технология.

         Наиболее подходящими являются материалы, содержащие атомы с высоким атомарным номером и имеющим высокую плотность.

         В оборудовании сцинтилляторы информационно связаны с фотонными преобразователями. Ниже представлена таблицами с их типами и характеристиками.

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) – прибор, состоящий из фоточувствительного слоя, фотокатод, и ряда электронных умножительных устройств, диноды. Фотокатод преобразует фотоны в сцинтилляторных вспышках в фотоэлектроны. 

         ФЭУ сконструирован так, что фотоэлектроны, испускаемые фотокатодом, фокусируются по направлению к первому диноду, получая дополнительную энергию из электростатического поля, созданного в ФЭУ, и взаимодействуя с динодом, за счет вторичной электронной эмиссии стимулируют выход из него большого числа электронов. Указанный процесс повторяется на каждом динодном каскаде. Использование ФЭУ дает существенное уменьшение потерь информации при обработке сигналов.

Схема сцинтилляционного детектора: 1 - сцинтиллятор; 2 - фотокатод; 3 - диафрагма; 4 - корпус ФЭУ; 5 - диноды; 6 - анод; 7 – делитель напряжения

Схема работы детектора «сцинтиллятор - фотодиод». 1 – рентгеновское излучение; 2 – сцинтиллятор; 3 – усилитель; 4 – р-n переход; 5 – SiO2; 6 – металлический контакт. 

         Сегодня в НК используются 3 основных детектора:

         - ионизационная камера, работающая в токовом режиме;

         - сцинтилляционный детектор в корпусе ФЭУ в счетном режиме;

         - сцинтилляционный детектор в корпусе ФЭУ в токовом режиме.