Szintillations-Detektoren
Detektoren werden in der Industrie, in der Wissenschaft, in der Medizin und in der Sicherheitsbranche angewandt und dienen zur Messung von Strahlen und von Radioaktivität.
Die Kombination eines Szintillators und eines Lichtdetektors wird als Szintillationsdetektor bezeichnet .
Das Wort Szintillator kann das betreffende Material oder auch das fertige Geräteteil bezeichnen.
Es gibt organische und anorganische Szintillatoren. Sie haben unterschiedliche Mechanismen der Szintillation.
Ein Szintillator ist ein Material, das durch ionisierende Strahlung verlorene Energie in Lichtimpulse umwandelt. Bei den meisten Szintillationszählanwendungen liegt die ionisierende Strahlung in Form von Röntgenstrahlen, γ-Strahlen und α- oder β-Partikeln vor, deren Energie von einigen tausend Elektronenvolt bis zu mehreren Millionen Elektronenvolt (keVs bis MeVs) reicht.
Für den Bau eines Detektors werden alle bekannten und allgemein erhältlichen Materialien eingesetzt, wie Szintillationskristalle (NaJ(tl), CsJ(tl), BGO, CeBr3), Plastikszintillatoren (EJ-200, EJ-204, EJ-212, EJ-240, EJ-440, EJ-444 etc), Flüssigszintillatoren (EJ-309), Elektronik wie Spannungsteiler mit oder ohne Vorverstärker (aufsteckbar oder integriert), Lichtdetektoren, Sockel, µ -Metallabschirmung, Kabel, Stecker, optischer Zement (Kleber), Detektorfarbe, Silikonfett, um die wichtigsten Bestandteile eines Detektors zu nennen.
Die am häufigsten verwendeten Szintillationsdetektoren bestehen aus einem Szintillationskristall, der direkt an eine Photoverfielfacherröhre (PMT) mit einem leicht flexiblen optischen Kopplungsmedium gekoppelt ist. Kristall und PMT sind in einem lichtdichten Gehäuse aus Aluminium, Edelstahl oder Kupfer montiert und mit einem Aluminium- oder Beryllium – Eingangsfenster hermetisch abgedichtet. Die Detektoren haben ein internes oder ein festes externes µ – Magnetgehäuse um den PMT und können mit 12/14/20 – poligen Anschlüssen geliefert werden zum Anschluss an einen Spannungsteiler, der integriert oder aufsteckbar sein kann – siehe hierzu Abschnitt über Elektronik-Zubehör.
Vom Szintillationsmaterial emittierte Lichtimpulse können von einem empfindlichen Lichtdetektor, häufig einer Photovervielfacherröhre (PMT), erfasst werden. Die Fotokathode des PMT, die sich auf der Rückseite des Eingangsfensters befindet, wandelt das Licht (Photonen) in sogenannte Photoelektronen um. Die Photoelektronen werden dann durch ein elektrisches Feld in Richtung der Dynoden des PMT beschleunigt, wo der Multiplikationsprozess stattfindet. Das Ergebnis ist, dass jeder Lichtimpuls (Szintillation) einen Ladungsimpuls an der Anode des PMT erzeugt, der anschließend von anderen elektronischen Geräten erfasst, analysiert oder mit einem Skalierer oder einem Geschwindigkeitsmesser gezählt werden kann.
Alternative Möglichkeiten, Szintillationslicht in ein elektrisches Signal umzuwandeln, sind Silizium-Photodioden (PDs) oder Silizium-Photovervielfacher (SiPMs).
Da die Intensität des von einem Szintillator emittierten Lichtimpulses proportional zur Energie der absorbierten Strahlung ist, kann letztere durch Messen des Impulshöhenspektrums bestimmt werden.
Um Kernstrahlung mit einer bestimmten Effizienz zu erfassen, sollte die Abmessung des Szintillators so gewählt werden, dass der gewünschte Anteil der Strahlung absorbiert wird. Zum Eindringen von Strahlung wie γ – Strahlen wird ein Material mit hoher Dichte benötigt. Darüber hinaus müssen die irgendwo im Szintillator erzeugten Lichtimpulse das Material passieren, um den Lichtdetektor zu erreichen. Dies führt zu Einschränkungen der optischen Transparenz des Szintillationsmaterials.

FAQ
Szintillations-Kristalle wie NaJ(tl), CsJ8tl), BGO, CeBr3
Plastik-Szintillatoren (u.a. EJ-200, EJ-204, EJ-212, EJ-240, EJ-440, EJ-444) Flüssig-Szintillatoren (EJ-309)
Elektronik wie Spannungsteiler o/m Vorverstärker (aufsteckbar oder integriert), und diverse Stecker
Photomultiplier und Sockel f Photomultiplier
Detektorkabel
μ-Metall-Abschirmung
Kleber (optischer Zement) EJ-500 Detektor-Farbe EJ-510 / EJ-520 Silikonfett EJ-550
Gängigste Modellytpen: 51B51/2M, 76B76/3M, 76BP76/3M – mit Axialbohrung
– Baugruppen ohne PMT
„A“ – Modelle zerlegbar
„B“ – Modelle integriert
„CA“ + „CD“ – Modelle mit dünnem Eintrittsfenster zur Detektion von energiearmer Röntgenstrahlung
Um den PMT herum internes oder externes magnetisches Gehäuse (Magnetabschirmung) und montiert in lichtdichtem Gehäuse mit Aluminium oder mit Beryllium – Eintrittsfenster. Lieferbar mit integriertem oder aufsteckbarem Spannungsteiler oder Spannungsteiler mit Vorverstärker.
Es gibt auch dünne „B“ – Modelle, sog. BA, BD, BM – Modelle zum Nachweis von energiearmer Strahlung. „BA“ – mit Aluminium-Eintrittsfenster für Röntgenstrahlung, „BD“ – mit Beryllium-Eintrittsfenster für niedrigere Energien, „BM“ – mit Mylar-Eintrittsfenster zum Nachweis schwerer Ionen energiearmer Beta-Partikel mit hygroskopischen Kristallen.
Für weitere Standardmodelle siehe Produktübersicht „Standard Detektoren“
Szintillatoren auf Basis von PolyVinylToluol (PVT) und PolyStyrol (PS) werden als „Plastik – Szintillatoren “ bezeichnet.
Es gibt viele verschiedene Plastik – Szintillatoren
Die Dicke des Szintillators ist der andere wichtige Faktor, der die Detektionseffizienz bestimmt. Bei elektromagnetischer Strahlung hängt die zu stoppende Dicke von beispielsweise 90% der einfallenden Strahlung von der Röntgen – oder γ – Strahlenergie ab. Für Elektronen (z.B. β – Teilchen) gilt das Gleiche, es gelten jedoch unterschiedliche Abhängigkeiten. Bei größeren Partikeln (z.B. α -Partikeln oder Schwerionen) stoppt eine sehr dünne Materialschicht bereits 100% der Strahlung.
Die Dicke eines Szintillators kann verwendet werden, um eine ausgewählte Empfindlichkeit des Detektors für einen bestimmten Typ oder eine bestimmte Strahlungsenergie zu erzeugen.
Dünne (z. B. 1 mm dicke) Szintillationskristalle haben eine gute Empfindlichkeit für Röntgenstrahlen mit niedriger Energie, sind jedoch gegenüber Hintergrundstrahlung mit höherer Energie nahezu unempfindlich. Szintillationskristalle mit großem Volumen und relativ dicken Eintrittsfenstern erfassen keine Röntgenstrahlen mit niedriger Energie, aber Gammastrahlen mit hoher Energie werden effizient gemessen.
Standard – Detektor – Konfigurationen
Baugruppen mit Photoverfielfacherröhre // Photomultiplier = PMT
A – Typen (zerlegbar, zur leichten Demontage des PMT)
B – und BP – Typen (mit integriertem PMT)
BA -, BD, – BM – Typen (Baugruppen mit dünnem Eintrittfenster)
Baugruppen ohne Photovervielfacherröhre // Photomultiplier = PMT
CA -, CD – Typen (Baugruppen mit dünnem Eintrittsfenster)
Plastik – Szintillations – Detektoren (Plastikszintillatoren)
Silizium – Photovervielfacher – Detektoren (SiPM-Detektoren)
Photodioden – Detektoren
Flüssig – Szintillations – Detektoren (Flüssigszintillatoren)
Spezialtypen:
Detektor Typ | Kristallgröße / PMT Durchmesser | Energieauflösung (FWHM) f. 662 keV |
---|---|---|
25 B 25 / 1,5 | 1“ x 1“ 1,5“ PMT | 7,5% oder besser |
25 B 25 / 2 | 1“ x 1“ 2“ PMT | 7,5% oder besser |
38 B 38 / 1,5 | 1,5“ x 1,5“ 1,5“ PMT | 7,5% oder besser |
51 B 51 / 2(M) | 2“ x 2“ 2“ PMT | 7,5% oder besser |
51 B 76 / 2(M) | 2“ x 3“ 2“ PMT | 7,5% oder besser |
76 B 76 / 3(M) | 3“ x 3“ 3“ PMT | 7,5% oder besser |
Bohrlochdetektor Typ | Kristallgröße / PMT Durchmesser | Energieauflösung (FWHM) f. 662 keV |
---|---|---|
51 BP 51 / 2(M) | 2“ x 2“ 2“ PMT | 8,5% oder besser |
76 BP 76 / 3(M) | 3“ x 3“ 3“ PMT | 8,5% oder besser |
Röntgendetektor Typ | Kristallgröße / PMT Durchmesser | Energieauflösung (FWHM) f. 5,9 keV |
---|---|---|
25 BD 1 / 1,1M – x | 1,5“ x 1 mm 1,1“ PMT | 42% oder besser |
25 BD1/1,5M – E2 Inkl. Spannungsteiler m.Vorverstärker | 1,5“ x 1 mm 1,5“ PMT | 42% oder besser |
51 BD 1 / 2 – x | 2“ x 1 mm 2“ PMT | 42% oder besser |
Lieferzeit: 8-10 Wochen / einige Modelle auch kurzfristig lieferbar
Weitere Detektoren gemäß Ihren spezifischen Angaben, speziell für ihre Anwendung – auf Anfrage