Was ist ein Szintillationszähler?
Ein Szintillationszähler ist ein Gerät zum Erfassen und Messen von Emissionen aus radioaktiven Elementen. Radioaktivität ist die Freisetzung von Partikeln oder Energie aus bestimmten Elementen, die zu viele Neutronen enthalten und für Menschen, Tiere und Pflanzen gefährlich sein können. Der Szintillationszähler kombiniert eine Chemikalie, die Licht erzeugt, wenn sie von radioaktiven Emissionen getroffen wird, und einen Detektor, um die Lichtimpulse zu erfassen und zu zählen.
Viele Elemente haben Isotope, Moleküle, die eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen mit der gleichen Anzahl von Protonen und Elektronen enthalten. Die meisten Isotope sind stabil und nichts wird mit der Zeit ihre chemische Zusammensetzung verändern. Einige radioaktive Isotope halten die Neutronen jedoch nicht an Ort und Stelle und beginnen, radioaktiv zu zerfallen.
Es gibt drei Haupttypen des radioaktiven Zerfalls und jeder hat unterschiedliche Eigenschaften. Alphastrahlung ist ein Teilchen, das Protonen und Neutronen kombiniert und eine relativ niedrige Energie aufweist, sodass es durch Wasser oder dünne Metallplatten gestoppt werden kann. Beta-Strahlung besteht aus energiereichen Elektronen, die vom Element freigesetzt werden und Körpergewebe und Schutzschichten durchdringen können. Gammastrahlung ist kein Teilchen, sondern eine elektromagnetische Welle, ähnlich wie Licht, die eine sehr hohe Energie aufweist und nur durch Schichten aus dichter Bleiplatte abgeschirmt werden kann.
Alle drei Arten verursachen Zellschäden bei Pflanzen und Tieren, da sie bei Bestrahlung zu einer Veränderung der Moleküle führen. Wenn ein radioaktives Teilchen oder eine Gammastrahlung auf ein Molekül trifft, setzt es Elektronen in das umgebende Gewebe oder in die Luft frei. Wenn die Strahlung auf eine Chemikalie trifft, die beim Auftreffen einen Lichtblitz erzeugt und das Licht detektiert werden kann, wurde ein Szintillationszähler erstellt.
Es gibt drei Arten von festen Szintillationschemikalien, Phosphore genannt, die in Zählern verwendet werden und anorganische, organische und Kunststoffe umfassen. Zu den anorganischen Chemikalien, die bei Bestrahlung Licht freisetzen können (Photonen genannt), gehören Metalliodide und Zinksulfid. Organische Leuchtstoffe können Naphthalin, Anthracen und andere mit Benzol verwandte Verbindungen einschließen. Kunststoffe an sich sind normalerweise keine Leuchtstoffe, aber Chemikalien können mit einem Kunststoff kombiniert werden, um einen Photonengenerator zu bilden.
Anorganische Chemikalien sind die besten Detektoren für Gammastrahlung, organische Substanzen sind optimal für Betateilchen und in Kunststoffe eingebettete Leuchtstoffe eignen sich gut für die Detektion von Neutronen. Radioaktive Isotope können mit einer Vielzahl von Methoden zerfallen, so dass Detektoren mehr als einen Typ von Detektionselementen enthalten können. Die in Detektoren verwendete Zählsoftware ist entscheidend für die Bestimmung der Strahlungsmenge, da höhere Zählwerte darauf hinweisen, dass mehr radioaktives Element vorhanden ist oder der Zähler sich in der Nähe der Radioaktivität befindet.
Sobald Lichtphotonen erzeugt wurden, ist der andere wichtige Teil der Detektor, der die Photonen sowohl sieht als auch zählt. Viele Zähler verwenden einen Photovervielfacher, bei dem es sich um eine Reihe von Elektroden handelt, die in einer Vakuumröhre montiert sind. Wenn ein Lichtphoton in die Röhre eintritt, ist es normalerweise zu schwach, um von den elektronischen Schaltkreisen im Szintillationszähler erfasst zu werden. Das Photon trifft auf die erste Elektrode, an die eine elektrische Spannung angelegt ist.
Beim Auftreffen des Lichts setzt die Elektrode mehr Elektronen frei, die zur zweiten Elektrode wandern. Jedes Mal, wenn dies auftritt, werden mehr Elektronen freigesetzt und das Signal wird stärker. Nach mehreren Schritten, die bei Elektronen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, sehr schnell ablaufen, ist das Signal stark genug, damit der Zähler es erfassen kann, und es registriert die Anwesenheit eines Photons aus Licht und zählt es. Ein Fotovervielfacher ist äußerst empfindlich und kann sehr kleine Lichtblitze beim Zerfall genau erfassen.
Eine andere Art von Szintillationszähler ist eine Flüssigphaseneinheit. Diese Zähler können bei der Laboranalyse nützlich sein, da eine Probe direkt in eine Flüssigkeit gegeben wird, die aus einem Leuchtstoff und einem Lösungsmittel besteht. Jede radioaktive Emission wird sofort von den die Probe umgebenden Leuchtstoffen erfasst, die dann gezählt werden.
Diese Technologie kann bei der Dekontamination radioaktiver Verschmutzungen hilfreich sein, da mit Wischtests die Radioaktivität überprüft werden kann. Kleine Stoffproben werden über Oberflächen gewischt und dann in einen Flüssigszintillationszähler gegeben. Dieser Vorgang kann nach Bedarf wiederholt werden, bis der Zähler eine geringe Radioaktivität anzeigt, die als Hintergrundstrahlung bezeichnet wird.