V této úvodní kapitole se pokusíme nastínit některé metodologické aspekty stavby fyziky a jejího začlenění do kontextu ostatní přírodovědy a vědeckého poznání vůbec. Tyto metodologické poznámky mohou být zajímavé např. pro studenty a zájemce nefyzikálních profesí, kteří si chtějí udělat ucelený obraz o fyzikálních aspektech zkoumání přírody.
2008 12:15:06]
. Spektrometrické vlastnosti
Intenzita světelného záblesku scintilátoru přímo úměrná energii kvanta, která tam pohltila.2.
A intenzitě záblesku přímo úměrný počet fotoelektronů emitovaných fotokatody
fotonásobiče. detektorů. Podrobněji struktura scintilačního spektra znázorněna obr. Skutečné ("fyzikální") spektrum
tohoto záření bude mít jednoduchý tvar podle obr. Amplitudovou
analýzou výstupních impulsů scintilačního detektoru můžeme tedy provádět energetickou
analýzu detekovaného záření jeho spektrometrii.2.htm (25 54) [15.2.
http://astronuklfyzika.cz/DetekceSpektrometrie.4. Vysoká detekční citlivost umožňuje jeho
použití pro detekci velmi slabého záření nízkých aktivit. korekci
na mrtvou dobu. Takže amplituda
A výstupního impulsu fotonásobiče přímo úměrná energii detekovaného záření: Eγ
(přesněji řečeno amplituda úměrná energii kvanta, která byla scintilátoru absorbována). trubice (kde většina
kvant prolétá bez interakce). Mrtvá doba scintilačního detektoru tedy asi 1µs, což téměř 100-krát kratší, než G. Postupně limitujícím faktorem mrtvé doby stává fotonásobič (u
přístrojů CT, kde požadována pouze rychlá detekce nikoli spektrometrie, jsou místo fotonásobičů používány
miniaturní fotodiody, které jsou rychlejší též podstatně levnější). Vojtěch Ullmann: Detekce aplikace ionizujícího záření
(a tedy detekuje) podstatně větší část záření gama než zředěném plynu G. Stejné zásady platí pro měření mrtvé doby event. Představme zpočátku, ozařujeme
scintilační detektor monoenergetickým zářením gama energii Eγ.RNDr.
3. Fotony záření gama budou interagovat scintilátorem
buď fotoefektem pak při jediné interakci jsou fotony pohlceny odevzdají veškerou svou
energii ionizujícímu elektronu, nebo Comptonovým rozptylem, kdy odevzdají jen část své energie (a
pak buď uniknou nebo vyvolají další interakci).2. Krátká mrtvá doba zase umožňuje
bezztrátové měření relativně vyšších intenzit záření vyšších aktivit.
2.
Scintilační spektrum
Zastavme podrobněji bodu spektrometrie. tohoto důvodu jsou v
některých přístrojích (jako jsou kamery PET nebo rychlé multidetektorové CT) scintilační krystaly bázi NaI(Tl) či
BGO nahrazovány rychlejšími scintilátory bázi kysličníků křemíku, dopovaných vzácnými zeminami, především
LSO (viz níže"Scintilátory jejich vlastnosti").10.2. detektoru, přičemž hodnota mrtvé doby ≅1µs.1 vpravo nahoře jediný uzoučký pík ve
spektru (další dvě linie zatím neuvažujeme). Multiplikační proces elektronů dynodách rovněž přesně lineární. Výška impulsu výstupu fotonásobiče bude vždy
úměrná energii, kterou foton gama skutečně ztratil krystalu.*) Scintilační detektor má
tedy značně široké rozmezí detekovatelných intenzit ionizujícího záření. Vodorovnou osu amplitudy lze
ocejchovat tak, aby jednotlivé dílky odpovídaly přímo energii detekovaného záření keV (viz
níže).
*) Pro mrtvou dobu scintilačního detektoru platí stejná závislost, jako uvedena obr.3.1 vpravo dole scintilační spektrum záření gama.4. Krátká mrtvá doba
Doba trvání scintilace krystalu neobyčejně krátká jen asi 10-9sec. Nejpomalejším článkem detekčního řetězce
sa tak postupně stává samotný scintilátor doba trvání scintilace, scintilační dosvit.
Vyneseme-li grafu vodorovnou osu velikost amplitudy výstupních impulsů fotonásobiče a
na svislou osu vždy počet impulsů touto amplitudou dostaneme křivku charakteristického tvaru
na obr. Scintilační detektory tedy mají vysokou detekční účinnost (citlivost), která
se často blíží 100%.4 vlevo odstavci G.-M.-M.-
M. Doba formování a
zpracování elektrického impulsu (časová konstanta) zesilovači analyzátoru současné
elektroniky cca 10-6sekundy; právě tato (nejpomalejší) doba celém spektrometrickém řetězci určující
*).4.
Tyto tři vlastnosti dělají scintilačního detektoru téměř ideální přístroj pro detekci a
spektrometrii ionizujícího záření, především záření gama. Doba, kterou procházejí
elektrony násobí fotonásobiči, rovněž velmi krátká cca 10-8sec.
*) Technický pokrok elektronice (použití rychlých elektronických součástek schopných pracovat gigahertzové
frekvenční oblasti) však mrtvou dobu elektroniky zkrátil více než 10-krát
