Scintilacija

Scintilacija ili svjetlucanje je pojava u nuklearnoj fizici i fizici elementarnih čestica da neki materijali (scintilatori), kada su ozračeni ionizirajućim zračenjem stvaraju fotone vidljive svjetlosti. Materijali mogu biti u rasponu od relativno malog do velikog atomskog broja Z. Stoga su pogodni i za detekciju električki nabijenih čestica (alfa-čestice, beta-čestice), ali i za vrlo prodorne gama zrake. Naime, upadno zračenje proizvodi ionizaciju i pobuđenje atoma.^[1]

Deekscitacija ili prelazak iz pobuđenog u normalno stanje se djelomično odvija preko direktnog međudjelovanja s kristalnom rešetkom scintilatora, dakle bez emisije fotona, ali djelomično i preko posebnih centara, koje su stvorili aktivatori emisijom svjetlosti (fotona). Zbog toga su svi scintilatorski kristali pobuđeni nekim dodatnim elementom (aktivatorom). Npr. natrijev jodid (aktiviran talijem) NaI(Tl), CsI(Tl), ZnO(Ga), bizmutov germanat Bi₄Ge₃O₁₂ (BGO) su samo neki od brojnih scintilatorskih kristala. Pored anorganskih kristala kao scintilatori se mogu upotrebljavati plastični scintilatori ili organski scintilatori. Mogu se lako nabaviti u velikim zapreminama i lako ih je prilagoditi raznim geometrijskim uvjetima mjerenja.

Važna karakteristika scintilatorskih detektora je razmjernost dobivene amplitude scintilacija i energije upadne čestice. To ih čini pogodnim za razlikovanje energije upadnog zračenja. U današnjim modernim scintilacijskim detektorima dobiveni svjetlosni puls ne promatra se okom kao u prvim danima njihove primjene. Oni sadrže poseban uređaj fotomultiplikator, koji nastalo svjetlo pretvara u električni signal, čija se amplituda dalje analizira u modernim elektroničkim uređajima. Fotomultiplikator je preko svjetlovoda vezan za kristal. Na fotokatodi se optički fotoni pretvaraju u elektrone. Fotomultiplikator ubrzava "primarne" elektrone s foto-katode i pri tom se njihov broj umnožava. Na izlazu dobijemo snažan električni signal razmjeran amplitudi svjetla (scintilacija), dakle energiji upadne čestice. Elektroni s fotokatode udaraju u prvi red dioda, te se umnožavaju ili multipliciraju. Cijeli proces se nastavlja do kolektora.^[2]

Scintilacije su povijesno bile prvi pokazatelj postojanja nevidljivog ionizirajućeg zračenja, paralelno s otkrićem rendgenskog zračenja (fluorescencija zastora obasjanog rendgenskim zrakama). Suvremeni scintilacijski detektori, standardni su detektori za gama zrake. Najveći dio prodornih gama zraka bi kroz plinske brojače prošao bez ikakvog međudjelovanja, dakle neregistriran. Stoga je za detekciju gama zraka potreban gusti medij. Scintilacijski se detektor sastoji od tijela scintilatora, tvari u kojima postoje centri scintilacija, koji se pune interakcijom s ionizirajućim zračenjem i relaksiraju nakon vrlo kratkog vremena (10^-8 s) emitiranjem bljeska karakterističnog za materijal scintilatora.^[3]

1. ↑ [1]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 5. srpnja 2010. (Wayback Machine) "Ionizirajuće zračenje u biosferi", Mile Dželalija, Kemijsko-tehnološki fakultet, Sveučilište u Splitu, 2011.
2. ↑ [2]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 7. travnja 2011. (Wayback Machine) "Scintilacijski detektori", www.zpr.fer.hr, 2011.
3. ↑ [3]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 25. studenoga 2012. (Wayback Machine) "Jedinica radioaktivnosti", www.radiobiologija.vef.unizg.hr, 2011.