Сцинтилляция. Сцинтилляция Сцинтилляция от лат scintillatio, мерцание
![]()
|
Сцинтилляция Сцинтилля́ция (от лат. scintillatio, «мерцание») — люминесценция малой продолжительности (длительностью от наносекунд до микросекунд) возникающая в результате взаимодействия сплошной среды-сцинтиллятора с ионизирующим излучением (альфа-частицами, гамма-квантами, быстрыми электронами, протонами и другими заряженными частицами). Явление сцинтилляции применяется для обнаружения частиц и излучения, например, сцинтилляционные детекторы регистрируют отдельные частицы[ ИсторияЯвление было открыто У. Круксом, наблюдавшим свечение сульфида цинка при облучении его альфа-частицами от радиоактивного материала. Механизм возникновенияКонкретный механизм и параметры (спектр, длительность) сцинтилляции зависит от сцинтиллятора, общий принцип состоит в том, что электронная система атомов или молекул сплошной среды переходит в возбуждённое состояние после взаимодействия с заряженной частицей или гамма-частицей, а при возврате в основное невозбуждённое состояние или промежуточные возбуждённые состояния испускаются один или несколько оптических фотонов. Передаваемая энергия в оптическое излучение и яркость вспышки сильно зависит от ионизирующей способности поглощённой частицы, например, свечение, вызываемое альфа-частицами и быстрыми протонами, значительно выше, чем свечение вызванное взаимодействием с электронами. Кроме того, интенсивность сцинтилляции зависит от энергии частицы, что позволяет определять энергетический спектр излучения. Сцинтилляция наблюдается в органических веществах, а также во многих неорганических материалах — кристаллах, газах и жидкостях. Спектр излучения большинства практически используемых сцинтилляторов лежит в синей и ультрафиолетовой частях спектра. Некоторые сцинтилляторыНеорганические сцинтилляторыНеорганические сцинтилляторы в основном применяются для регистрации гамма-излучения, так как гамма-излучение плохо поглощается органическими материалами, причём чем более тяжёлые элементы (химические элементы с бо́льшим зарядом ядра) применены, тем выше поглощение. Поэтому в качестве сцинтилляторов в сцинтилляционных детекторах гамма-частиц применяются монокристаллы иодида натрия, активированные таллием NaI(Tl). Для увеличения быстродействия (уменьшения длительности высвечивания) используют монокристаллы фторида цезия CsF, но по световому выходу этот материал менее эффективен (5 % от светового выхода NaI)[3]. Органические сцинтилляторыВ органических молекулах сцинтилляция вызывается электронными переходами в � ![]() Основное состояние атома углерода — 1�22�22�2 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() В некоторых органических молекулах � ![]() ![]() ![]() Возбужденные состояния � ![]() Ароматическое кольцо можно представить как окружностью длиной � ![]() �(�)=�(�+�), ![]() где � ![]() Соответствующие этому случаю решения волнового уравнения Шредингера: �0=(1�)12,��1=(2�)12cos(2� ���),��2=(2�)12sin(2� ���),��=�2ℏ22�0�2, ![]() где � ![]() �0 ![]() ℏ ![]() Поскольку у электрона спин может иметь два разных направления и он может вращаться по окружности в обеих направлениях, все уровни энергии, кроме самого нижнего, основного уровня, дважды вырождены. На рисунке 1 показаны � ![]() ![]() ![]() ![]() Рисунок 1. Электронные уровни энергии органической молекулы. �0 − ![]() �1, �2, �3 − ![]() �1, �2, �3 − ![]() �00, �01, �10, �11 ![]() Поскольку у электрона спин может иметь два разных направления и он может вращаться по окружности в обеих направлениях, все уровни энергии, кроме самого нижнего, основного уровня, дважды вырождены. На рисунке 1 показаны � ![]() ![]() ![]() ![]() Рисунок 2. Типовая временна́я зависимость кривой высвечивания сцинтиллятора от единичного возбуждения ионизирующей частицей. Триплетные состояния характерны тем, распадаются с гораздо более длительным временем, чем синглетные состояния, что приводит к так называемым медленным переходом в основное состояние, а процесс флуоресценции происходит быстро и называется быстрой составляющей сцинтилляции. В зависимости от конкретного случая, потери энергии на единицу длины пробега определённой частицы (��/�� ![]() ![]() |