Wat is een scintillatieteller?
Een scintillatieteller is een apparaat dat wordt gebruikt om emissies van radioactieve elementen te detecteren en te meten. Radioactiviteit is een afgifte van deeltjes of energie uit bepaalde elementen die te veel neutronen bevatten en gevaarlijk kunnen zijn voor mensen, dieren en planten. De scintillatieteller combineert een chemische stof die licht creëert wanneer deze wordt getroffen door radioactieve emissies, en een detector om de lichtpulsen te detecteren en te tellen.
Veel elementen hebben isotopen, moleculen die verschillende aantallen neutronen bevatten met hetzelfde aantal protonen en elektronen. De meeste isotopen zijn stabiel en er zal na verloop van tijd niets veranderen aan hun chemische samenstelling. Een aantal radioactieve isotopen houden de neutronen echter niet op hun plaats en beginnen radioactief te vervallen.
Er zijn drie hoofdtypen radioactief verval en elk heeft verschillende kenmerken. Alfa-straling is een deeltje dat protonen en neutronen combineert en heeft een relatief lage energie, waardoor het kan worden gestopt door water of dunne metalen platen. Bètastraling is hoogenergetische elektronen die vrijkomen uit het element en kunnen lichaamsweefsels en lagen van beschermende afscherming binnendringen. Gammastraling is geen deeltje, maar eerder een elektromagnetische golf, vergelijkbaar met licht, die een zeer hoge energie heeft en alleen kan worden afgeschermd door lagen dichte loodplaten.
Alle drie soorten veroorzaken cellulaire schade aan planten en dieren omdat ze ervoor zorgen dat moleculen veranderen wanneer ze door straling worden getroffen. Als een radioactief deeltje of gammastraling een molecuul treft, laat het elektronen vrij in omliggende weefsels of de lucht. Als de straling een chemische stof raakt die een lichtflits geeft wanneer hij wordt geraakt, en het licht kan worden gedetecteerd, is een scintillatieteller gecreëerd.
Er zijn drie soorten vaste scintillatiechemicaliën, fosforen genoemd, die in tellers worden gebruikt en omvatten anorganische, organische en kunststoffen. Anorganische chemicaliën die licht kunnen vrijgeven, fotonen genoemd, zijn onder invloed van straling metaaljodiden en zinksulfide. Organische fosforen kunnen naftaleen, anthraceen en andere benzeen-gerelateerde verbindingen omvatten. Kunststof is op zichzelf niet typisch fosfor, maar chemicaliën kunnen worden gecombineerd met een kunststof om een fotonengenerator te vormen.
Anorganische chemicaliën zijn de beste detectoren voor gammastraling, organische stoffen zijn optimaal voor bèta-deeltjes en in plastic ingebedde fosforen werken goed voor neutronendetectie. Radioactieve isotopen kunnen vervallen met behulp van verschillende methoden, dus detectoren kunnen meer dan één type detectie-element bevatten. De telsoftware die in detectoren wordt gebruikt, is van cruciaal belang voor het bepalen van de hoeveelheid straling, omdat hogere tellingen aangeven dat er meer radioactief element aanwezig is of de teller dichtbij de radioactiviteit is.
Zodra fotonen van licht zijn gemaakt, is het andere belangrijke onderdeel de detector, die de fotonen zowel ziet als telt. Veel tellers gebruiken een fotomultiplicator, een reeks elektroden die in een vacuümbuis zijn gemonteerd. Als een foton van licht de buis binnenkomt, is het normaal gesproken te zwak om te worden gedetecteerd door de elektronische schakelingen in de scintillatieteller. Het foton raakt de eerste elektrode, waarop een elektrische spanning wordt toegepast.
Wanneer het door het licht wordt geraakt, laat de elektrode meer elektronen los, die naar de tweede elektrode reizen. Elke keer dat dit gebeurt, komen er meer elektronen vrij en wordt het signaal sterker. Na verschillende stappen, die zeer snel optreden met elektronen die met de snelheid van het licht reizen, is het signaal sterk genoeg voor de teller om het te detecteren, en registreert het de aanwezigheid van een foton van licht en telt het. Een fotomultiplicator is uiterst gevoelig en kan zeer kleine lichtflitsen van verval nauwkeurig detecteren.
Een ander type scintillatieteller is een vloeistoffase-eenheid. Deze tellers kunnen nuttig zijn bij laboratoriumanalyse, omdat een monster rechtstreeks in een vloeistof wordt geplaatst die bestaat uit een fosfor en een oplosmiddel. Elke radioactieve emissie wordt onmiddellijk gedetecteerd door de fosforen rondom het monster, die vervolgens worden geteld.
Deze technologie kan nuttig zijn bij het ontsmetten van een radioactieve lekkage, omdat veegtests kunnen worden gebruikt om te controleren op radioactiviteit. Kleine stoffen monsters worden over oppervlakken geveegd en vervolgens in een vloeistofscintillatieteller geplaatst. Dit proces kan indien nodig worden herhaald totdat de teller aangeeft dat de radioactiviteit laag is, achtergrondstraling genoemd.