Люминесцентный анализ - Шлезингер М.А.
Скачать (прямая ссылка):
Возбуждение люминесценции под действием частиц (рад и о л ю м и н е с -ценция) по своему механизму сильно отличается от возбуждения светом. Еще далеко не все детали этого механизма выяснены. Несомненно, что переход'кинетической энергии частицы в энергию люминесценции включает ряд промежуточных и побочных процессов. Во всех случаях существенную роль в возбуждении люминесценции играют вторичные электроны, которые выбиваются из молекул вещества под действием первичной частицы. Если первичная частица заряжена (электрон, протон, а-частица), то возбуждение может быть обусловлено как непосредственным ее действием на молекулы люминофора, так и действием вторичных электронов. Если частица не заряжена (у-кванты, нейтроны), то возникновение люминесценции обусловливается промежуточными процессами. В случае у-лучей (а также рентгеновских лучей) люминесценция возбуждается электронами, которые вырываются из атомов вещества при поглощении у-кван-тов (фотоэффект) или их рассеянии (комптон-эффект). В случае нейтронов люминесценция вызывается или выбитыми из ядер атомов протонами, или а-частицами, получившимися в результате ядерных реакций.
В связи со сложностью процессов возбуждения и вытекающей отсюда возможностью дополнительных потерь энергии энергетический выход радиолюминесценции значительно ниже, чем фотолюминесценции. По-видимому, в самых благоприятных случаях энергетический выход для неорганических люминофоров не превышает 25%, а для органических 5%. Необходимо подчеркнуть, что для тех люминесцирующих веществ, у которых люминесценция обусловлена отдельными "центрами люминесценции", а не всей массой вещества (активированные кристаллофосфоры, рас-
10 Люминесцентный анализ
146
РЕГИСТРАЦИЯ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
[ГЛ. X
творы), для получения заметного вых,ода необходимо существование эффективного механизма переноса энергии от основного вещества к центрам люминесценции. Действительно, поглощение энергии частицы происходит неселективно, и при обычных концентрациях (например, порядка 10"3) подавляющая часть энергии поглощается в основном веществе (например, в растворителе) и только очень небольшая (около 0,1%)-непосредственно центрами люминесценции. Поэтому в тех случаях, когда передача энергии от растворителя к растворенному веществу отсутствует, выход радиолюминесценции очень мал. ¦
Требования, которые предъявляются к люминесцирующим вещества.^, предназначенным для регистрации ядерных излучений, весьма разнообразны. В одних случаях требуется высокий выход свечения, в других основное требование - кратковременность сцинтилляций, в третьих, когда применяются очень большие объемы люминесцирующих веществ (литры и даже десятки литров),- предъявляются высокие требования к прозрачности вещества для его собственной люминесценции. В некоторых случаях требуется, чтобы в состав вещества сцинтиллятора входили атомы с большими атомными номерами. Ниже мы даем очень краткий пе-' речень основных типов люминесцирующих веществ, применяемых для наблюдения радиолюминесценции ("сцинтилляторов"), с указанием их основных свойств.
2. Кристаллофосфоры на основе ZnS •
Сернистый цинк, активированный медью (ZnS-Cu), был классиче- ' ским люминофором, служившим для визуального наблюдения сцинтилляций под действием а-частиц. В настоящее время применяется главным образом ZnS-Ag, обладающий синим свечением, более подходящим к спек-, тральной чувствительности обычных фотоумножителей с сурьмяно-цезиевым фотокатодом (см. гл.' VII). Этот люминофор представляет собой порошок и применяется в виде тонких слоев для регистрации главным образом а- и других сильно ионизующих частиц. Для регистрации проникающих (например у-) лучей, где требуются толстые слои, применение таких порошкообразных поликристаллических люминофоров неэффективно вследствие рассеяния света в толстом слое люминофора.
В смеси с В203 люминофор ZnS-Ag используется для регистрации медленных нейтронов. При этом нейтроны захватываются бором, а получившаяся в результате ядерной реакции а-частица вызывает сцинтилляцию в ZnS-Ag. .
Энергетический выход радио люминесценции ZnS-Cu и ZnS-Ag очень высок (по некоторым данным не менее 25%). Сцинтилляции от а-частиц в ZnS-Ag затухают по неэкспоненциальному закону и имеют длительность порядка 10'6 сек.
3. Щелочно-галоидные кристаллы
Применяются главным образом йодиды (NaJ, KJ и CsJ), активиро-
ванные таллием (~0,1 мол.%), в виде прозрачных монокристаллов. Эти
кристаллы благодаря большой плотности и высокому выходу люминесценции являются наиболее эффективными сцинтилляторами для регистрации у-л у чей. Они дают возможность не только считать число поглощенных частиц, но и определять их энергию или энергетический спектр (сцинтил-ляционная y~ и Р-спектрометрия). Если на кристалл подают частицы
ЖИДКИЕ РАСТВОРЫ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
147
(например, электроны) одинаковой энергии, то яркость сцинтилляций оказывается также приблизительно одинаковой. Однако из-за неизбежных флуктуаций и других причин величина сцинтилляций и соответствующая; величина импульсов, получаемых от фотоумножителя, колеблется около некоторого значения. Этот разброс или полуширина *) кривой распределения импульсов по величине тем меньше, чем ярче каждая сцинтилляция и чём однороднее кристалл. Отношение полуширины кривой распределения к величине импульса, соответствующего ее максимуму ("разрешающая способность" по энергии), характеризует спектрометрические качества сцинтилляционного счетчика.
