Номер 2, страница 121, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Каков принцип работы сцинтилляционного счетчика?

2. Каков принцип работы сцинтилляционного счетчика?

Решение

Принцип работы сцинтилляционного счетчика основан на явлении сцинтилляции — способности некоторых веществ (называемых сцинтилляторами) излучать свет при поглощении ионизирующего излучения. Этот свет затем преобразуется в измеримый электрический сигнал.

Процесс работы сцинтилляционного счетчика можно разбить на несколько ключевых этапов:

1. Взаимодействие излучения со сцинтиллятором. Частица или квант ионизирующего излучения (например, альфа-частица, бета-частица, гамма-квант) попадает в сцинтиллятор. Сцинтиллятор — это может быть кристалл (например, иодид натрия, легированный таллием NaI(Tl)), пластик или специальная жидкость. При прохождении через вещество частица теряет свою энергию, расходуя ее на возбуждение и ионизацию атомов сцинтиллятора.

2. Сцинтилляция (возникновение вспышки света). Возбужденные атомы сцинтиллятора очень быстро (за время порядка наносекунд) возвращаются в свое основное, стабильное состояние. При этом они испускают избыток энергии в виде фотонов видимого или ультрафиолетового света. Совокупность этих фотонов представляет собой очень слабую, короткую световую вспышку, называемую сцинтилляцией. Важно, что яркость этой вспышки (то есть полное число испущенных фотонов) пропорциональна энергии, которую поглотила в сцинтилляторе исходная частица.

3. Преобразование света в электроны (фотоэффект). Фотоны, испущенные сцинтиллятором, собираются и направляются (часто с помощью специального световода) на фотокатод фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Фотокатод покрыт материалом, который при поглощении фотонов света испускает электроны. Это явление называется внешним фотоэффектом. Таким образом, световая вспышка преобразуется в небольшой поток электронов (фотоэлектронов).

4. Усиление сигнала в ФЭУ. Первоначальное число фотоэлектронов очень мало. Для их регистрации и усиления используется ФЭУ. Внутри ФЭУ, в вакууме, расположена система электродов (динодов) с возрастающим потенциалом. Электроны, выбитые из фотокатода, ускоряются электрическим полем и ударяются о первый динод. При ударе каждый электрон выбивает из динода несколько (3-5) вторичных электронов. Эта новая, увеличенная группа электронов ускоряется к следующему диноду, где процесс повторяется. В ФЭУ содержится каскад из 10-12 таких динодов. В результате лавинообразного размножения на выходе ФЭУ (на аноде) образуется значительный сгусток электронов, который создает хорошо измеримый импульс тока. Коэффициент усиления ФЭУ достигает $10^6$–$10^8$.

5. Регистрация электрического импульса. Электрический импульс с анода ФЭУ поступает на регистрирующую электронику (счетчик импульсов, анализатор амплитуд). Амплитуда (величина) этого импульса пропорциональна яркости первоначальной световой вспышки и, следовательно, энергии зарегистрированной частицы. Подсчитывая число импульсов в единицу времени, можно определить интенсивность излучения, а анализируя их амплитуды — получить энергетический спектр излучения.

Ответ: Принцип работы сцинтилляционного счетчика заключается в регистрации вспышек света (сцинтилляций), возникающих в специальном веществе (сцинтилляторе) под действием ионизирующего излучения, с последующим преобразованием этих вспышек с помощью фотоэлектронного умножителя в электрические импульсы, которые затем усиливаются, подсчитываются и анализируются.