Kapitel 7.4: Nachweismethoden für ionisierende Strahlung - PTB

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432 7.4 Nachweismethoden für ionisierende Strahlung Tab. 7.5 Eigenschaften von Szintillatoren Szintillator- Dichte Effektive Licht- Abkling- Wellenlänge Bematerial in g/cm' Ordnungs- ausbeute zeit des merkungen zahl relativ zu in ns Emissions- Anthrazen maximums in nm Anorganische Szintillatoren Nal(Tl) 3,67 50 2,3 250 410 gute Kristalle Nal (rein, bei 78 K) 3,67 50 4,4 60 303 sehr hygroskopisch CsI(Tl) 4,50 54 0,95 550 420 gute Kristalle CsF 4,64 0,17 4 390 hygroskopisch Lil(Eu) 4,06 52 0,75 1400 440 hygroskopisch BaF 4,88 0,12 0,8 310 ZnS(Ag) 4,10 27 2 3000 440 sehr kleine bis 4 Kristalle KI(Tl) 3,13 49 0,8 >1000 410 gute Kristalle Bi4Ge30,2 (BGO) 7,13 0,4 300 480 hohe Dichte Cd WO4 7,90 0,65 5000 470/540 hohe Dichte Organische Kristalle Anthrazen 1,25 5,8 1,00 25 445 große Kristalle, etwas trüb Quaterphenyl - 5,8 0,85 8 438 schwer herstellbar Stilben 1,16 5,7 0,73 7 410 gute Kristalle, leicht herstellbar Therphenyl 1,12 5,8 0,55 12 415 Gute Kristalle, leicht herstellbar Diphenylazethylen 1,18 5,8 0,26 7 390 große Kribis 0,92 stalle, leicht herstellbar Kunststoffe Polystyrol') 1,0 5,6 0,35 5 450 große Volumina PolyvinyltoluoP) 1,0 5,6 0,40 3 380 leicht zu bearbeiten PolyvinyltoluoP) 1,0 5,6 0,40 4 445 Flüssige Szintillatoren Xylol, p-Terphenyl 0,87 5,6 0,50 < 3,0 360 große Volumina Xylol, DPO") 0,87 5,6 0,50 3,5 380 beliebige Formen Toluol, POPOP^) 0,87 5,6 0,61 ^ 3,0 430 kurze Abklingzeiten Xylol, PBD') 0,87 5,6 0,70 3,0 365 Gläserne Szintillatoren Typische Werte 2,5 20 0,1 40 bis 50 400 ') Aktivator: Tetraphenylbutadien;Aktivator; p-Terphenyl, pp-Diphenylstilben;Aktivator: p-Terphenyl, Tetraphenylbutadien; ") DPO: 2,5-DiphenyIoxazol; POPOP: l,4-Di-(2-(5-phenyloxazolyl))benzen, (C24H,6N202); PBD: 2-Phenyl-5-(4-biphenylyl)-l,3,4-oxadiazol, (C20H22N2O)
7.4.3 Nachweis mittels Szintillation, Lumineszenz und Exoelelctronen 433 Nal vorgezogen, da es auch ungekapselt an Luft verwendet werden kann. Eine hohe Dichte haben insbesondere Detektoren aus Wismutgermanat (BGO) und Cadmiumwolframat. Für die Erzielung einer kurzen Ansprechzeit können auch organische Stoffe, z. B. Plastikszintillatoren, die leicht mechanisch bearbeitbar sind, und flüssige Szintillatoren, benutzt werden. Plastik- und flüssige Szintillatoren mit Volumina bis zu mehreren hundert Litern werden z. B. bei Ganzkörperzählern angewandt. Plastik- und flüssige Szintillatoren besten aus einer geringen Menge einer fluoreszierenden organischen Substanz, die in das Plastikmaterial eingebaut bzw. in der Flüssigkeit gelöst ist. Sie zeichnen sich durch sehr kurze Abklingzeiten und gute Transparenz für die eigene Fluoreszenzstrahlung aus. Als Szintillationssubstanzen haben sich p-Therphenyl (3 bis 5 g/1), Diphenyloxazole, Tetraphenylbutadien sowie Phenyloxazole und Phenyldiazole bewährt. Sie werden meist mit den Abkürzungen PPO, PBD oder POPOP bezeichnet. Als Lösungsmittel kommen Toluol, Xylol oder Diphenylcyclohexan in Frage. Das Emissionsspektrum reicht bei den meisten Stoffen bis in den UV-Bereich. Daher empfiehlt sich die Verwendung eines UV-empfindlichen Photovervielfachers oder die Zugabe einer als Frequenzwandler dienenden Substanz in sehr geringen Mengen, die das Emissionsspektrum zu größeren Wellenlängen in den sichtbaren Bereich verschiebt (wavelength shifter). Eine Herabsetzung der Lichtausbeute (quenching) tritt bei Verunreinigung mit verschiedenen Stoffen, z. B. gelöstem Sauerstoff, auf Zum Austreiben des Sauerstoffs läßt man Stickstoff oder Argon durch die Lösung perlen. Flüssige Szintillatoren werden häufig zum Nachweis niederenergetischer Teilchen oder Quanten verwendet, wobei die zu untersuchende Substanz im Szintillator gelöst ist. Aufbau und Eigenschaften von Szintillationszählern Um eine gute Lichtsammlung zu erhalten, setzt man den vorzugsweise mit einem diffusen Reflektor aus MgO oder AI2O3 umgebenen Szintillator auf das Eintrittsfenster des Photovervielfachers, wobei zur Vermeidung von Reflexionsverlusten ein optisches Kontaktmittel verwendet wird. Oft wird auch ein zusätzlicher Lichtleiter zwischen Szintillator und Photovervielfacher eingesetzt (s. 7.6.6.3). Die Anordnung muß mit einem lichtdichten Gehäuse umgeben und der Vervielfacher am besten mit Mu-Metall gegen störende Magnetfelder abgeschirmt sein. Eine praktische Ausführungsform ist in Fig. 7.42 dargestellt. Zur Versorgung der Dynoden des Photovervielfachers mit den vom Hersteller angegebenen Spannungen dient ein Spannungsteiler, dessen Querstrom den mittleren Anodenstrom mindestens um das Hundertfache übertreffen soll; Fig. 7.42 Schnitt durch einen Szintillationszähler A Nal-Kristall B Photovervielfacher C magnetische Abschirmung D Aluminiumhülle E optisches Kontaktmittel F Glasfenster G lichtdichtes Gehäuse H Anschlüsse
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Seite 25 und 26: 7.4.4 Nachweis mittels chemischer R
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Seite 29 und 30: 7.4.6 Elektrische Effekte in Festk
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