A szcintilláció folyamata, szcintillátorok típusai

   Tankönyv Fizikusoknak  »  Nukleáris medicina fizikusoknak  »  Detektorok  »  Szcintillátorok  »  A szcintilláció folyamata, szcintillátorok típusai

A szcintillátorok olyan anyagok, amelyek képesek arra, hogy radioaktív sugárzás hatására fényfelvillanás történjen bennük, ezáltal alkalmasak arra, hogy sugárzás detektálására használjuk őket. Halmazállapotuk szerint megkülönböztetünk gáz, folyadék és szilárd szcintillátorokat. A nukleáris medicina területén leginkább szilárd szcintillátor-anyagokkal találkozhatunk. Ezek lehetnek szerves anyagok, ill. szervetlen kristályok, az általunk alkalmazott kristályok a szervetlenek közé sorolhatók. Általában egykristályokat használunk.

Szcintillátor kristályok (A kép az Omega Piezo honlapjáról származik)

 
Az detektoranyagba érkező gamma-foton fotoeffektus vagy Compton-szórás révén nagyenergiás szabad elektront kelt, majd ez elektronokat gerjeszt, míg leadja energiáját. A felgerjesztett elektronok relaxációja lesz az a folyamat, ami a látható tartományba eső fényjeleket szolgáltatja. Több olyan folyamat is van emellett, amik párhuzamosan zajlanak, kisebb valószínűséggel. Ezek a folyamatok zajként jelennek meg a jelben. Ilyen az elektronok fékezési sugárzása, ill. Auger-elektronok létrejötte, elektron-elektron ütközés vagy az energia nem sugárzásos átmeneteken való relaxációja. Az alapfolyamatban felgerjesztett elektronok un. lumineszcens centrumba kerülnek, innen relaxálódva bocsátanak ki fényt, innen ered az elnevezés is.

A szcintilláció folyamata

 
Szcintillátorok típusai:

 
Alapvetően kétféle szcintillátort különböztethetünk meg aszerint, hogy a lumineszcens centrumok létezése az adott anyag saját tulajdonsága (intrinsic szcintillátor) vagy valamilyen szennyező hozzáadásával érjük el, hogy lumineszcens centrumok megjelenjenek (extrinsic szcintillátor).
Intrinsic szcintillátor a szervetlen anyagok között az un. BGO: Bi4Ge3O12 – Bi3+.
Extrinsic, vagy más néven szennyezett szcintillátorok:

• NaI:Tl-Tl+: igen elterjedt, viszonylag könnyű gyárthatósága és olcsó ára miatt
• CsI:Na-Na+
• Ce3+: előnye, hogy igen gyors az átmenet (relaxáció), sok foton keletkezik, így viszonylag jó energiafelbontás érhető el vele.

Az, hogy egy felvillanás időbeli lefutása milyen a szcintillátoron belül, leginkább a töltéshordozók adott anyagban való mozgékonyságától függ.