Cintilador

Um cristal único CsI ​​(Tl) para uso em um contador de cintilação para radiação gama

Um cintilador é um corpo cujas moléculas são excitadas por processos de colisão quando fótons de alta energia ou partículas carregadas passam por eles e que emitem a energia de excitação novamente na forma de luz (principalmente na faixa ultravioleta ou visível). Este processo é chamado de cintilação (do latim cintilância : 'brilho', 'cintilação').

introdução

O efeito é usado principalmente em contadores de cintilação para medir a energia e a intensidade da radiação ionizante . A energia depositada no cintilador de cada processo de colisão individual resulta da medição da quantidade de luz (por exemplo, com um fotomultiplicador ou um fotodiodo ), a intensidade (o fluxo das partículas ou quanta) do número de cintilações por unidade de tempo.

Os nêutrons livres também podem ser detectados indiretamente , nomeadamente através das partículas carregadas que se movem através do cintilador devido ao recuo após processos de espalhamento ou que são liberadas durante as reações nucleares do nêutron no material cintilador (ver detector de nêutrons ).

A palavra cintilador pode designar o material relevante ou a parte final do dispositivo.

Existem cintiladores orgânicos e inorgânicos . Eles têm diferentes mecanismos de cintilação.

Cintiladores inorgânicos

Os cintiladores inorgânicos são cristais com centros ativadores dopados . A radiação ionizante gera elétrons livres , buracos livres ou pares elétron-buraco ( excitons ) neste sólido . Esses estados excitados migram na rede cristalina até encontrarem um centro ativador. O centro ativador agora está excitado e retorna ao seu estado básico com a emissão de luz visível ( fótons ). A perda de ionização das partículas determina quantos fótons são gerados no cristal.

Para que o cintilador seja suficientemente transparente à sua própria luz, geralmente deve ser um único cristal .

Exemplos: germanato de bismuto , tungstato de chumbo , oxiortosilicato de lutécio , iodeto de sódio , sulfeto de zinco , iodeto de césio

Cintiladores orgânicos

Os cintiladores orgânicos podem ser cristais , líquidos ou sólidos poliméricos . O mecanismo de cintilação é baseado na excitação de estados moleculares em uma substância fluorescente primária, que emite radiação ultravioleta quando se decompõe . Um segundo material fluorescente, e. B. o POPOP " controle deslizante de comprimento de onda " deve ser adicionado ao cintilador, uma vez que a radiação UV tem um alcance muito curto na maioria dos materiais transparentes. O polietileno naftalato foi recentemente descoberto como uma substância fluorescente primária com bons rendimentos na faixa de comprimento de onda visível, o que sugere uma redução significativa no preço dos cintiladores orgânicos.

No caso de líquidos como cintiladores, uma distinção deve ser feita entre

  • Contadores de cintilação líquida em que a substância a ser medida (um emissor beta de baixa energia) está em uma solução junto com o cintilador, e
  • Cintiladores líquidos para medição de nêutrons rápidos. Esse cintilador, encerrado em um recipiente de vidro fundido ou recipiente de metal com uma janela de vidro, é usado como um cintilador sólido. Esses cintiladores oferecem a vantagem de que os impulsos provenientes da radiação gama podem ser diferenciados dos impulsos de nêutrons por meios eletrônicos (discriminação da forma do impulso).

comprometimento

Os cintiladores são amplamente utilizados na pesquisa básica, mas também em áreas como proteção contra radiação e radioterapia . Na física de partículas , por exemplo, eles são usados em calorímetros - junto com outros materiais, como controles deslizantes de comprimento de onda . Com as energias e intensidades cada vez maiores dos feixes de partículas, as exigências de qualidade , complexidade e resistência à radiação dos materiais cintiladores também aumentam. Alguns designs de detector requerem esforços de calibração especiais porque os cintiladores LaBr, por exemplo, têm uma resposta não linear. Caso contrário, os cintiladores são usados ​​em modelos teóricos de geração de energia, nos quais eles "convertem" a radiação gama em fótons de baixa energia, que poderiam ser posteriormente usados ​​via efeito fotovoltaico.

Links da web

Wikcionário: Cintilador  - explicações de significados, origens de palavras, sinônimos, traduções
  • Stephan Paul, Wolfram Weise: Scintillation. In: partículas e núcleos do script online. 10 de agosto de 2005, arquivado do original em 6 de julho de 2007 .;

Evidência individual

  1. ↑ A. Dannemann: Investigações sobre a resistência à radiação de materiais poliméricos para uso em experimentos em física de alta energia , dissertação, Departamento de Física da Universidade de Hamburgo , 1996, relatório interno: DESY F35D-96-06 (PDF; 5,8 MB), acessado em 8. Junho de 2013.
  2. ↑ W. Busjan: Resistência à radiação de fibras sintéticas cintilantes em física de alta energia: formação e decadência de centros de absorção de vida curta . Dissertação, Departamento de Física, Universidade de Hamburgo , 1997.
  3. ↑ B. Casey, K. DeVaughan, Y. Enari, R. Partridge, S. Yacoob, Radiation Damage to Scintillator in the DØ Luminosity Monitor , Internal Report FERMILAB-CONF-06-469-E , (PDF; 0,9 MB ), acessado em 26 de junho de 2013.
  4. ↑ Alexander Blecher: Calibração de alta energia de detectores cintilantes com nêutrons térmicos . GRIN Verlag, Darmstadt 2015, ISBN 978-3-668-07839-0 , p. 3 .
  5. ↑ JK Liakos, Gamma-Ray-Driven Photovoltaic Cells via uma interface cintiladora , Artigo , (PDF; 0,4 MB), acessado em 1 de dezembro de 2019.