Co to jest licznik scyntylacyjny?
Licznik scyntylacyjny to urządzenie służące do wykrywania i pomiaru emisji z pierwiastków promieniotwórczych. Radioaktywność to uwalnianie cząstek lub energii z niektórych pierwiastków zawierających zbyt wiele neutronów i może być niebezpieczne dla ludzi, zwierząt i roślin. Licznik scyntylacyjny łączy substancję chemiczną, która wytwarza światło po uderzeniu przez radioaktywne emisje, oraz detektor do wykrywania i liczenia impulsów świetlnych.
Wiele pierwiastków ma izotopy, cząsteczki zawierające różną liczbę neutronów o tej samej liczbie protonów i elektronów. Większość izotopów jest stabilna i z czasem nic się nie zmieni ich skład chemiczny. Jednak wiele izotopów promieniotwórczych nie utrzyma neutronów na miejscu i nie zacznie się rozkładać radioaktywnie.
Istnieją trzy główne rodzaje rozpadu promieniotwórczego, a każdy z nich ma inną charakterystykę. Promieniowanie alfa jest cząsteczką łączącą protony i neutrony i ma stosunkowo niską energię, co pozwala ją zatrzymać za pomocą wody lub cienkich metalowych płyt. Promieniowanie beta to wysokoenergetyczne elektrony uwalniane z pierwiastka, które mogą przenikać przez tkanki ciała i warstwy ochronnej osłony. Promieniowanie gamma nie jest cząsteczką, lecz falą elektromagnetyczną, podobną do światła, która ma bardzo wysoką energię i może być osłonięta tylko warstwami gęstej płyty ołowiowej.
Wszystkie trzy typy powodują uszkodzenie komórek roślin i zwierząt, ponieważ powodują zmianę cząsteczek po uderzeniu przez promieniowanie. Gdy cząsteczka radioaktywna lub promieniowanie gamma uderza w cząsteczkę, uwalnia elektrony do otaczających tkanek lub powietrza. Jeśli promieniowanie uderza w substancję chemiczną, która po uderzeniu daje błysk światła, a światło można wykryć, utworzono licznik scyntylacyjny.
Istnieją trzy rodzaje stałych chemikaliów scyntylacyjnych, zwanych luminoforami, stosowanych w licznikach, i obejmują nieorganiczne, organiczne i plastikowe. Nieorganiczne chemikalia, które mogą uwalniać światło, zwane fotonami, po uderzeniu przez promieniowanie obejmują jodki metali i siarczek cynku. Luminofory organiczne mogą obejmować naftalen, antracen i inne związki pokrewne benzenowi. Same tworzywa sztuczne zwykle nie są luminoforami, ale chemikalia można łączyć z plastikiem, aby utworzyć generator fotonów.
Chemikalia nieorganiczne są najlepszymi detektorami promieniowania gamma, substancje organiczne są optymalne dla cząstek beta, a luminofory osadzone w plastiku dobrze sprawdzają się w wykrywaniu neutronów. Izotopy promieniotwórcze mogą rozpadać się przy użyciu różnych metod, więc detektory mogą zawierać więcej niż jeden typ elementu wykrywającego. Oprogramowanie zliczające stosowane w detektorach ma kluczowe znaczenie dla określenia ilości promieniowania, ponieważ wyższe liczby wskazują, że więcej radioaktywnych pierwiastków jest obecnych lub licznik znajduje się w pobliżu radioaktywności.
Po utworzeniu fotonów światła drugą ważną częścią jest detektor, który zarówno widzi fotony, jak i je zlicza. Wiele liczników wykorzystuje fotopowielacz, który jest serią elektrod zamontowanych w rurze próżniowej. Gdy foton światła dostaje się do rurki, zwykle jest zbyt słaby, aby wykryć go obwody elektroniczne w liczniku scyntylacyjnym. Foton uderza w pierwszą elektrodę, do której doprowadzone jest napięcie elektryczne.
Po uderzeniu światłem elektroda uwalnia więcej elektronów, które przemieszczają się do drugiej elektrody. Za każdym razem, gdy to nastąpi, uwalniane są kolejne elektrony, a sygnał staje się silniejszy. Po kilku krokach, które zachodzą bardzo szybko z elektronami poruszającymi się z prędkością światła, sygnał jest wystarczająco silny, aby licznik mógł go wykryć, i rejestruje obecność fotonu światła i zlicza go. Fotopowielacz jest niezwykle czuły i może dokładnie wykryć bardzo małe błyski światła z rozpadu.
Innym rodzajem licznika scyntylacyjnego jest jednostka fazy ciekłej. Liczniki te mogą być przydatne w analizie laboratoryjnej, ponieważ próbkę umieszcza się bezpośrednio w cieczy złożonej z luminoforu i rozpuszczalnika. Każda emisja radioaktywna jest natychmiast wykrywana przez luminofory otaczające próbkę, które są następnie zliczane.
Ta technologia może być użyteczna podczas odkażania wycieku radioaktywnego, ponieważ można zastosować testy czyszczenia w celu sprawdzenia radioaktywności. Małe próbki tkaniny są wycierane na powierzchnie, a następnie umieszczane w ciekłym liczniku scyntylacyjnym. Proces ten można powtarzać w razie potrzeby, aż licznik wykaże niski poziom radioaktywności, zwany promieniowaniem tła.