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 Photovervielfacherröhre (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

Detektoren werden angewendet in der Industrie, in der Wissenschaft, in der Medizin, in der Sicherheitsbranche, im Umweltschutz.

Detektoren werden angewendet zur Messung von Strahlen und von Radioaktivität.

Die Kombination eines Szintillators und einem Lichtdetektor nennt man Szintillationsdetektor.

Alle bekannten und allgemein erhältlichen Materialien finden ihren Einsatz, wie zum Beispiel:
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

Ein Detektor besteht aus einem Szintillationskristall montiert in einem Aluminium oder Edelstahl oder Kupfergehäuse, optisch gekoppelt mit einem Photomultiplier (Fotovervielfacherröhre) oder ähnlicher Vorrichtung (Photodiode oder SiPm-PMT) Viele PMT Durchmesser sind individuell möglich.

Der am häufigsten verwendete Szintillationsdetektor besteht aus einem Szintillationskristall, der direkt an eine Photoverfielfacherröhre (PMT) gekoppelt ist. Kristall und PMT sind in einem lichtdichten Gehäuse mit μ-Metall-Abschirmung gegen Magnetfeldeinwirkung montiert und hermetisch abgedichtet. Der Schutz gegen Magnetfeldeinwirkung kann in der Dicke variieren.
Gängigste Modellytpen: 51B51/2M, 76B76/3M, 76BP76/3M – mit Axialbohrung

Standard-Detektoren (siehe Liste) oder maßgeschneiderte Detektoren nach Ihren Spezifikationen.

– Baugruppen mit Photovervielfacherröhre = Photomultiplier „PMT“
– Baugruppen ohne PMT

2 Versionen:
„A“ – Modelle zerlegbar
„B“ – Modelle integriert

C“ – Modelle vorgesehen zur Verwendung in Kombination mit PMT des Kunden in zerlegbaren Baugruppen, „CP“ – Modelle haben eine Axialbohrung und
„CA“ + „CD“ – Modelle mit dünnem Eintrittsfenster zur Detektion von energiearmer Röntgenstrahlung

„A“ – Modelle werden zerlegbar konstruiert, damit Photomultiplier leichter ausgetauscht werden können, sie werden üblicherweise bei Baugruppen mit mehreren Photomultipliern verwendet. Mit Axialbohrung erhalten sie die Bezeichnung „AP“ – und mit dünnem Eingangsfenster die Bezeichnung „AA“.

„B“ – Modelle bestehen aus Szintillationskristall gekoppelt mit einem Photomultiplier.
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.

„C“ – Modelle bestehen aus Szintillationskristall in Aluminium – oder Edelstahl – oder Kupfergehäuse montiert. Bei hygroskopischen Kristallen Abdichtung durch Glas- oder Quarzfenster, zur optischen Kopplung mit PMT oder anderer Lichtdetektionsvorrichtung.
Für weitere Standardmodelle siehe Produktübersicht „Standard Detektoren“

Hier handelt es sich um feste organische Szintillatoren.. Es gibt sie in vielen Varianten. Ihre Gemeinsamkeit ist, dass sie hauptsächlich aus Kohlenstoff – und Wasserstoffatomen bestehen und daher eine relativ geringe Dichte (ca. 1 g / cm3) und einen niedrigen Z-Wert aufweisen.
Szintillatoren auf Basis von PolyVinylToluol (PVT) und PolyStyrol (PS) werden als „Plastik – Szintillatoren “ bezeichnet.
Es gibt viele verschiedene Plastik – Szintillatoren

Im Allgemeinen bestehen Photodioden – Szintillationsdetektoren aus einer kleinen PIN – Photodiode, die mit einem Szintillationskristall gekoppelt ist, häufig CsJ (tl). In der Baugruppe ist standardmäßig ein ladungsempfindlicher Vorverstärker eingebaut.

SiPMs sind äußerst empfindliche Detektoren, die überall dort Anwendung finden wo niedrigste Licht – und Strahlungswerte mit hoher Präzision gemessen werden sollen.

Wenn der Durchmesser des Szintillators vergrößert wird, nimmt der Raumwinkel zu, unter dem der Detektor die Quelle „sieht“. Dies erhöht die Detektionseffizienz.

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 Photovervielfacherröhre // 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

C- und CP – Typen

CA -, CD – Typen (Baugruppen mit dünnem Eintrittsfenster)

Plastik – Szintillations – Detektoren (Plastikszintillatoren)

Silizium – Photovervielfacher – Detektoren (SiPM-Detektoren)

Photodioden – Detektoren

Flüssig – Szintillations – Detektoren (Flüssigszintillatoren)

Spezialtypen:

Anti – Compton Detektoren

Phoswhich Detektor

Detektor TypKristallgröße /
PMT Durchmesser		Energieauflösung
(FWHM) f. 662 keV
25 B 25 / 1,51“ x 1“
1,5“ PMT		7,5% oder besser
25 B 25 / 21“ x 1“
2“ PMT		7,5% oder besser
38 B 38 / 1,51,5“ 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 TypKristallgröße /
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 TypKristallgröße /
PMT Durchmesser		Energieauflösung
(FWHM) f. 5,9 keV
25 BD 1 / 1,1M – x1,5“ 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 – x2“ 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

Zubehör für Detektoren