Неорганические сцинтилляторы

. Неорга­нические сцинтилляторы представляют собой кристаллы неорга­нических солей. Практическое применение в сцинтилляционной технике имеют главным образом галоидные соединения некоторых щелочных металлов.

Процесс возникновения сцинтилляций можно представить при помощи зонной теории твердого тела. В отдельном атоме, не взаи­модействующем с другими, электроны находятся на вполне опре­деленных дискретных энергетических уровнях. В твердом теле атомы находятся на близких расстояниях, и их взаимодействие достаточно сильно. Благодаря этому взаимодействию уровни внешних электронных оболочек расщепляются и образуют зоны, отделенные друг от друга запрещенными зонами. Самой внешней разрешенной зоной, заполненной электронами, является валент­ная зона. Выше ее располагается свободная зона — зона прово­димости. Между валентной зоной и зоной проводимости находится запрещенная зона, энергетическая ширина которой составляет несколько электронвольт.

Если в кристалле имеются какие-либо дефекты, нарушения решетки или примесные атомы, то в этом случае возможно появле­ние энергетических электронных уровней, расположенных в за­прещенной зоне. При внешнем воздействии, например при про­хождении через кристалл быстрой заряженной частицы, электроны могут переходить из валентной зоны в зону проводимости. В ва­лентной зоне останутся свободные места, обладающие свойствами положительно заряженных частиц с единичным зарядом и назы­ваемые дырками.

Описанный процесс и является процессом возбуждения кри­сталла. Возбуждение снимается путем обратного перехода элек­тронов из зоны проводимости в валентную зону, происходит рекомендация электронов и дырок. Во многих кристаллах пере­ход электрона из зоны проводимости в валентную происходит через промежуточные люминесцентные центры, уровни которых находятся в запрещенной зоне. Указанные центры обусловли­ваются наличием в кристалле дефектов или примесных атомов. При переходе электронов в две стадии испускаются фотоны с энер­гией, меньшей ширины запрещенной зоны. Для таких фотонов вероятность поглощения в самом кристалле мала и поэтому све­товой выход для него много больше, чем для чистого, беспримес­ного кристалла.

На практике, для увеличения светового выхода неорганиче­ских сцинтилляторов вводятся специальные примеси других элементов, называемых активаторами. Так, например, в кристалл йодистого натрия в качестве активатора вводится таллий. Сцинтиллятор, построенный на основе кристалла NaJ(Tl), обладает большим световым выходом. Сцинтиллятор NaJ(Тl) имеет значильтельные преимущества по сравнению с газонаполненными счет­чиками:

большую эффективность регистрации g-лучей (с большими кристаллами эффективность регистрации может достигать десят­ков процентов);

малую длительность сцинтилляции (2,5 •10-7 сек);

линейную связь между амплитудой импульса и величиной энергии, потерянной заряженной частицей.

Последнее свойство требует пояснений. Световой выход сцинтиллятора имеет некоторую зависимость от удельных потерь энергии заряженной частицы .