Co je to scintilační počítač?

Scintilační čítač je zařízení používané k detekci a měření emisí z radioaktivních prvků. Radioaktivita je uvolňování částic nebo energie z určitých prvků, které obsahují příliš mnoho neutronů a mohou být nebezpečné pro člověka, zvířata a rostliny. Scintilační počítač kombinuje chemikálii, která vytváří světlo, když je zasažena radioaktivními emisemi, a detektor pro snímání a počítání světelných pulzů.

Mnoho prvků má izotopy, molekuly, které obsahují různé počty neutronů se stejným počtem protonů a elektronů. Většina izotopů je stabilní a nestane se nic, co by změnilo jejich chemické složení v průběhu času. Řada radioaktivních izotopů však neutrony nebude držet na místě a začne se radioaktivně rozkládat.

Existují tři hlavní typy radioaktivního rozpadu a každý má odlišné vlastnosti. Alfa záření je částice kombinující protony a neutrony a má relativně nízkou energii, což umožňuje zastavení vodou nebo tenkými kovovými deskami. Beta záření jsou vysoce energetické elektrony uvolňované z prvku a mohou pronikat do tělesných tkání a vrstev ochranného stínění. Gama záření není částice, ale spíše elektromagnetická vlna podobná světlu, která má velmi vysokou energii a může být stíněna pouze vrstvami husté olověné desky.

Všechny tři typy způsobují buněčné poškození rostlin a zvířat, protože způsobují změny molekul, když jsou zasaženy zářením. Jakmile radioaktivní částice nebo gama záření dopadne na molekulu, uvolní elektrony do okolních tkání nebo do vzduchu. Pokud záření zasáhne chemikálii, která při nárazu vydá záblesk světla a světlo může být detekováno, byl vytvořen scintilační počítač.

Existují tři typy pevných scintilačních chemikálií, které se nazývají fosfory, používané v počítačích a zahrnují anorganické, organické a plasty. Anorganické chemikálie, které mohou při dopadu záření uvolňovat světlo, nazývané fotony, zahrnují jodidy kovů a sulfid zinečnatý. Organické fosfory mohou zahrnovat naftalen, anthracen a další sloučeniny související s benzenem. Plasty samy o sobě nejsou typicky fosfory, ale chemikálie mohou být kombinovány s plasty za vzniku fotonového generátoru.

Anorganické chemikálie jsou nejlepšími detektory pro gama záření, organické látky jsou optimální pro beta částice a pro detekci neutronů dobře fungují fosfory zabudované do plastů. Radioaktivní izotopy se mohou rozkládat pomocí různých metod, takže detektory mohou obsahovat více než jeden typ detekčního prvku. Počítací software používaný v detektorech je rozhodující pro stanovení množství záření, protože vyšší počty znamenají, že je přítomno více radioaktivního prvku nebo čítač je blízko radioaktivity.

Jakmile jsou vytvořeny fotony světla, další důležitou součástí je detektor, který vidí fotony a počítá je. Mnoho čítačů používá fotonásobič, což je řada elektrod namontovaných ve vakuové trubici. Když foton světla vstupuje do zkumavky, je obvykle příliš slabý na to, aby byl detekován elektronickými obvody v scintilačním počítači. Foton zasáhne první elektrodu, která má na ni přivedeno elektrické napětí.

Při zasažení světlem uvolní elektroda více elektronů, které putují do druhé elektrody. Pokaždé, když k tomu dojde, uvolní se více elektronů a signál zesílí. Po několika krocích, které se vyskytují velmi rychle u elektronů pohybujících se rychlostí světla, je signál dostatečně silný, aby jej mohl čítač detekovat, a zaregistruje přítomnost fotonu světla a spočítá jej. Fotomultiplikátor je mimořádně citlivý a dokáže přesně detekovat velmi malé záblesky světla způsobené rozpadem.

Jiným typem scintilačního čítače je jednotka v kapalné fázi. Tyto čítače mohou být užitečné v laboratorní analýze, protože vzorek je umístěn přímo do kapaliny složené z fosforu a rozpouštědla. Jakákoli radioaktivní emise je okamžitě detekována fosfory obklopujícími vzorek, které se pak počítají.

Tato technologie může být užitečná při dekontaminaci radioaktivní skvrny, protože ke kontrole radioaktivity lze použít testy otření. Malé vzorky tkanin se otírají po površích a poté se umístí do kapalinového scintilačního počítače. Tento proces lze podle potřeby opakovat, dokud počítadlo neukáže radioaktivitu na nízkých úrovních, nazývanou záření pozadí.