scintillasjonsteller

Scintillasjonsteller er et instrument som i fysikk og kjemi brukes til å måle ioniserende stråling, inklusive fotoner (røntgenstråling og gammastråling).

Faktaboks

Uttale
sintillasjˈonsteller

Virkemåten er basert på at når ioniserende stråling treffer bestemte typer stoffer, sendes det ut lysglimt som i sin tur kan konverteres til et målbart, elektrisk signal.

Beskrivelse

En scintillasjonsteller utnytter at visse krystaller sender ut et svakt lysglimt når de treffes av en ioniserende partikkel. Denne egenskapen kalles for scintillasjon. Antall fotoner i lysglimtet er proporsjonalt med energien av den ioniserende partikkelen.

En scintillasjonsteller består skjematisk av:

  • Et scintillerende materiale som sender ut lys når partikkelen (eller fotonet) treffer det

  • En fotokatode som omformer lysglimtet til lavenergetiske elektroner, der antall elektroner er proporsjonal med antall fotoner

  • En fotomultiplikator som fanger opp og akselererer de lavenergetiske elektronene til en målbar elektrisk puls

  • Elektronisk utstyr som velger ut pulser med bestemt størrelse og registrerer disse, en såkalt mangekanalsanalysator

Pulshøyden er proporsjonal med den energien den ioniserende partikkelen har avsatt i scintillatoren. Spekteret som framkommer er dermed et pulshøydespektrum som derfor oppfattes som et energispektrum for de partiklene som blir registrert av scintillatorkrystallen. Når scintillasjonstelleren anvendes for å få et energispektrum, kalles den et scintillasjonsspektrometer.

Scintillatoren

Scintillatoren er vanligvis et fosfor (se fosforer og fosforescens) og bør fremvise følgende egenskaper:

  • ha høyt lysutbytte

  • være gjennomsiktig eller gjennomskinnelig

  • gi lyspulser med kort varighet

  • ha stor effektivitet for den type stråling man ønsker å registrere, men minst mulig for annen stråling

Lysutbyttet kan økes ved aktivering av fosforet, det vil si ved å føre inn minimale mengder av fremmedatomer i krystallen som virker som fargesentre.

Vanlige scintillatorer er antracen eller stilben for registrering av β-partikler, sinksulfid dopet med sølv (ZnS(Ag)) for α-partikler og natriumjodid dopet med thallium (NaI(Tl)) for γ-stråling. I de siste årene har det blitt utviklet andre scintillasjonsdetektorer som er mer robuste, hurtigere og har bedre energioppløsning som for eksempel lantan-3-bromid dopet med cerium-doping (LaBr3(Ce)) og cerium-3-bromide (CeBr3) samt andre varianter.

For registrering av svak og lavenergetisk stråling brukes væskescintillasjonstelling. En væskescintillator består blant annet av en primær scintillator som er løst i et oppløsningsmiddel til en homogen løsning eller gel. Som primær scintillator kan man bruke 2,5‐difenyloxazol (PPO), 2(4-Bifenyl)-5-(4-tert-butylfenyl)-1,3,4-oxadiazol (Butyl-PBD) eller p-terfenyl. Som løsningsmiddel har det tradisjonelt blitt brukt toluen, xylen og pseudocumen. I dag brukes hovedsakelig mindre giftige og mindre flyktige løsningsmidler, som 2,6-diisopropylnaftalene (DIPN), fenylxylylethan (PXE) eller lineær alkyl benzen (LAB).

Virkemåten er at det radioaktive stoffet som skal detekteres, blandes så homogent som mulig inn i scintillatorvæsken. Blandingen plasseres i et gjennomskinnelig prøverør. Lys som avgis som følge av partikkelutsendelse fra scintillatormolekylet oppfattes av fotomultiplikatorrør som står utenfor prøverøret.

Elektronisk utstyr

Scintillasjonstellerens elektroniske utstyr består av fotomultiplikator med fotokatode og dynoder, høyspenningskilde, pulsforsterker og pulshøydeanalysator (mangekanalanalysator), som sorterer pulsene etter størrelse og teller opp antall pulser i hvert størrelsesintervall, eller analog–digital-omformer, hvor pulshøyden måles og angis som et tall som kan behandles videre i en datamaskin. Små bærbare væskescintillasjonstellere kan ha bare en fotomultiplikator, mens moderne scintillasjonstellere med høy effektivitet og lav bakgrunn for anvendelse i laborato,rieomgivelser har to (eller flere) fotomultiplikatorer rundt prøverøret. Disse opereres i såkalt koinsidens modus, det vil si at bare de pulsene som oppfattes av to fotomultiplikatorer samtidig registreres som godkjente pulser. Dettte fjerner forstyrrende bakgrunnsaktivitet og og forbedrer følsomheten.

Anvendelse

Siden omkring 1960 er scintillasjonstelleren med fast detektorkrystall på flere områder som krever høyest mulig energioppløsning erstattet av halvlederdetektoren. Scintillasjonstellere brukes fremdeles som γ-teller når det settes spesielle krav til høy effektivitet og der høy energioppløsning ikke er absolutt nødvendig.

Væskescintillasjonstelling har en økende anvendelse innenfor vitenskap, teknologi, medisin og helse og miljøproblematikk, og teknologien er kontinuerlig under utvikling.

Historie

Scintillasjonstelleren er en videreføring av William Crookes spintariskop (scintilloskop) fra 1903, det instrumentet som først ble brukt for registrering av enkelte α-partikler. Det bestod av en skjerm belagt med små sinksulfidkrystaller som man så på gjennom en lupe eller et mikroskop. Instrumentet er anstrengende å bruke, og ble etter oppdagelsen av geigertelleren erstattet av denne, inntil Curran og Baker i 1944 viste at øyet kunne erstattes av en fotomultiplikator.

Harmut Kallman utførte på 1940-tallet også viktig arbeid med tanke på utviklingen av scintillasjonstelleren. Han monterte en naftalenkrystall på en fotomultiplikator og påviste strømpulser når krystallen ble truffet av ioniserende partikler. Han fant også at pulsenes størrelse økte med energien til partiklene.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg