ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Практическая сцинтилляционная эффективность из "Проблемы физики и химии твердого состояния органических соединений" Спектральная чувствительность т] (v) и максимальная эффективность Сре фотоумножителей промышленных типов, даже одной и той же марки, меняются в довольно широких пределах [34]. При сравнении эффективностей различных сцинтилляторов важно учитывать эти вариации, хотя многие исследователи не делают этого. Кажущиеся расхождения результатов различных авторов при сравнении относительных достоинств сцинтилляторов часто обусловлены различиями в спектральной чувствительности используемых фотоумножителей. К сожалению, последнее редко учитывается. [c.169] Мы отложим дальнейшее рассмотрение вопроса о практической сцинтилляционной эффективности до раздела IX, в котором проведем сравнение свойств различных систем сцинтилляторов. [c.170] Теоретические кривые 4 — кривая, построенная по уравнению (37) при 5 = 1040 ед. чувствитель-ности/Л1зв кВ =6,6 мг-см - Мэв В — кривая, построенная по уравнению (39) при = 52 ед. [c.172] На рис. 8 дано сравнение экспериментальных данных, характеризующих зависимость dL/dx от dE/dx для кристаллов антрацена, возбуждаемых электронами, протонами и а-частицами, и теоретической кривой, соответствующей уравнению (37) при кВ = 6,6 мг-см Мэв , построенной Бруксом [371. Общее соответствие между теорией и экспериментом, которое иллюстрируется рис. 8, вполне удовлетворительное, тем не менее необходимо отметить два обстоятельства. [c.173] При подборе данных для рис. 8 Брукс [37] привел данные многих исследователей к единым условиям. Чтобы избежать возможных ошибок при этой операции, желательно рассматривать данные по чувствительности, полученные для одного и того же вещества одними и теми же авторами. Этому условию удовлетворяют недавние исследования, выполненные с пластическим сцинтиллятором NE 102 [51]. Вторичные электроны внутри сцинтиллятора были получены при комптоновском рассеянии у-лучей с энергией 279, 511 и 662 кэв, протоны отдачи внутри сцинтиллятора были получены от нейтронов с энергией от 2 до 4 Мэе, и а-частицы имели энергию до 5,3 Мэе. В пределах экспериментальных ошибок значение кВ = = (9,1 0,6) мг См -Мэв , полученное из данных при процессах электрон/протон и из уравнения (37), согласуется со значением кВ = (9,8 0,8) мг-см -Мэв , полученным из данных по процессу электрон/а-части-ца. Ошибки определяются неточностями в данных по dEldx. Нетрудно заметить, что разность средних значений кВ имеет обратный знак кВ в случае а-частиц больше, чем в случае протонов) по сравнению сданными рис. 8. [c.173] Хорошее согласие между теорией и экспериментом [51] в случае интегральных энергетических спектров интенсивности сцинтилляционных импульсов для протонов отдачи, полученных от нейтронов с энергией 3,66 Мэе при = 0,0088 см (пластика)(=9,1 м.г-см -Мэе- ), иллюстрируется рис. 9. Данные для а-частиц показаны на рис. 7. Прескотт и Рупаал сопоставили также значения кВ, полученные для восьми образцов пластического сцинтиллятора NE 102, изготовленного в различное время. Для семи образцов кВ (данные по процессу электрон/а-частица) оказалось равным (9,2—10,4) мг-см -Mae для одного образца, подвергавшегося засветке, иногда интенсивной, в течение более 2,5 лет, получено кВ = = 13,7 мг-см -Мэв . [c.173] Пластический сцинтиллятор МЕ 102 [51]. Интегральный амплитудный спектр импульсов от протонов отдачи, полученных от нейтронов с энергией 3,66 Мэе. [c.174] Светлые кружочки — наблюдаемый спектр черные кружочки — спектр, исправленный на чувствительность с применением уравнения (37) при кВ = 0,0088 см (пластика) Л1эв . [c.174] Блек [56] рассмотрел также процесс бимолекулярного тущения (двойная потеря энергии возбуждения) и миграции энергии из колонки ионов. Он получил более сложное выражение для связи между dLldx и dEldx, которое при графическом интегрировании с соответствующим подбором параметров дает результаты в пределах 20%, соответствующие данным Тейлора и др. [40] по чувствительности антрацена. [c.175] Сопоставление с экспериментальными данными (рис. 8) показывает, что с С 6, так что уравнение (41) становится эквивалентным уравнению (37). [c.175] Галанин [58] сделал попытку объяснить тушение при ионизации тепловой вспышкой в колонке ионов, которая дает мгновенное повышение температуры при больших значениях dEldx с соответствующим уменьшением сцинтилляционной эффективности. Его вычисления приводят к выводу, что тепловое тушение более чем достаточно для объяснения явления и что условия тушения при ионизации сохраняются в течение времени 10 сек. Рассматриваемое явление обсуждалось также Каллменом и Брукером [54], которые предположили, что миграция энергии из колонки ионов ограничивает процесс тушения. [c.175] При проведении дальнейшей экспериментальной и теоретической работы требуется выяснить механизм первичного тушения. Одним из возможных методов решения этого вопроса может быть сопоставление формы начальных сцинтилляционных импульсов, возбужденных различными частицами одной и той же энергии, с помощью которого может быть осуществлено исследова ние изменений времени тущения. Это время, по-видимому, слишком мало чтобы его можно было разрешить с помощью существующих фотоумножите лей. Косвенное доказательство наличия первоначальной импульсной вспыш ки при сцинтилляциях, возбуждаемых а-частицами, дано Райтом [59] но какие-либо прямые наблюдения таких компонент с быстрым затуханием отсутствуют. [c.175] Уравнение (41ж) дает следующую схему процесса начальное быстрое затухание по неэкспоненциальному закону (или импульс) сцинтилляций, возбужденных частицами с высоким значением dEldr, быстро переходит в затухания по экспоненциальному закону с временем затухания т, определяемым уравнением (41з) при т/5. [c.177] Поскольку анизотропия чувствительности зависит от природы возбуждающих частиц, то совершенно ясно, что она связана с тушением при ионизации. Хекман [167] связывает этот эффект с анизотропией миграции экситонов в кристаллической решетке, которая описывается эллипсоидом объема Ко вокруг молекулы, подвергшейся первичному возбуждению. При сравнении Уо с V, объемом цилиндра вокруг трека а-частицы, и в предположении пропорциональности тушения при ионизации отношению У/У автор получил теоретическое выражение, которое хорошо согласуется с результатами наблюдений. Было показано, что в кристалле антрацена длины осей гипотетического эллипсоида миграции экситона, параллельных соответственно осям кристалла Ь, а и с, находятся в соотношении 1 1, 28 1,69. Интересно, что размеры элементарной ячейки антрацена Ь а с находятся в соотношении 1 1,42 1,68. Сходство этих величин с отношением длин осей эллипсоида миграции экситона позволяет предполагать, что появление этого эллипсоида обусловлено различными молекулярными свойствами вдоль трех направлений кристалла. [c.178] Тот факт, что сцинтилляционная чувствительность к а-частицам, падающим вдоль оси с, в случае антрацена имеет максимальное значение, а в случае транс-стильбена — минимальное значение, по-видимому, связан с различиями в ориентации молекул и в их размещении в кристаллической решетке. Кристаллы, используемые в сцинтилляционных счетчиках, обычно устанавливаются таким образом, чтобы излучение падало нормально по отношению к плоскости спайности аЬ. В случае антрацена такая установка обеспечивает максимальную чувствительность к тяжелым частицам. Однако в случае транс-стильбена подобная установка дает минимальную чувствительность, и может быть получено увеличение чувствительности по отношению к а-частицам и протонам на 26%, если падающая радиация будет находиться в плоскости, перпендикулярной плоскости аЬ. [c.178] Если органический сцинтиллятор возбуладается падающими на него ионизирующими частицами, остаточный путь которых меньше 1 см воздушного эквивалента или 8 мк в сцинтилляторе, то оказывается, что dL/dx меньше, чем можно было бы ожидать, согласно уравнению (37) или исходя из чувствительности по отношению к более проникающей радиации. Этот эффект впервые наблюдался при возбуждении кристаллов антрацена а-час-тицами [46]. Если остаточный путь а-частицы х 8 мм воздушного экви- Ч валента, то L возрастает линейно при увеличении х в соответствии с уравнением (38). Если же л 8 мм воздушного эквивалента, то L меняется нелинейно при изменении х и dL/dx уменьшается, приближаясь примерно к половине теоретического или основного значения при л = 0. Аналогичное явление наблюдается в случае кристаллов транс-стильбена и п-терфенила [47], в случае жидких растворов [53] и пластических сцинтилляторов [49, 51] (см. рис. 7). [c.179] Экспериментальные данные крестики — фотоэ ектроны (Бирке и Брукс [42]) кружочки — внешние электроны (Тейлор и др. [40]). Теоретические кривые получены по уравнениям (37) и (44). [c.180] [40] и иллюстрируется рис. 8. Полученные данные были проанализированы [61], и было показано, что они согласуются с уравнением (44). Такой анализ привел к предположению, что сцинтилляционная чувствительность по отношению к электронам, полученным внутри сцинтиллятора под действием рентгеновских лучей, будет больше, чем чувствительность по отношению к падающему извне пучку электронов с той же энергией. Высказанное предположение было подтверждено экспериментально Бирксом и Бруксом [421 в случае антрацена при использовании ( )отоэлектронов с энергией от 6 до 30 кэв, полученных под действием различных характеристических рентгеновских лучей. Полученные результаты представлены на рис. 11 и сопоставлены с теоретическими кривыми, построенными на основании уравнения (44) для фотоэлектронов от рентгеновских лучей при Ф = 1 и для внешних электронов при ф, определенном из уравнения (43). [c.180] Вернуться к основной статье