Сцинтилляционный счётчик

Сцинтилляцио'нный счётчик,прибор для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, g-квантов, мезонов и т. д.), основными элементами которого являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и (ФЭУ). Визуальные наблюдения световых вспышек (сцинтилляций) под действием ионизирующих частиц (a-частиц, осколков деления ядер) были основным методом ядерной физики в начале 20 в. (см. ) .Позднее С. с. был полностью вытеснен и .Его возвращение в ядерную физику произошло в конце 40-х гг., когда для регистрации сцинтилляций были использованы многокаскадные ФЭУ с большим коэффициентом усиления, способные зарегистрировать чрезвычайно слабые световые вспышки.

  Принцип действия С. с. состоит в следующем: заряженная частица, проходя через сцинтиллятор, наряду с ионизацией атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбуждённое (основное) состояние, атомы испускают фотоны (см. ) .Фотоны, попадая на катод ФЭУ, выбивают электроны (см. ) ,в результате чего на аноде ФЭУ возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется (см. рис. ). Детектирование нейтральных частиц (нейтронов, g-квантов) происходит по вторичным заряженным частицам, образующимся при взаимодействии нейтронов и g-квантов с атомами сцинтиллятора.

  В качестве сцинтилляторов используются различные вещества (твёрдые, жидкие, газообразные). Большое распространение получили пластики, которые легко изготовляются, механически обрабатываются и дают интенсивное свечение. Важной характеристикой сцинтиллятора является доля энергии регистрируемой частицы, которая превращается в световую энергию (конверсионная эффективность h). Наибольшими значениями hобладают кристаллические сцинтилляторы: NaI, активированный Tl [NaI (Tl)], антрацен и ZnS. Др. важной характеристикой является время высвечивания t, которое определяется временем жизни на возбуждённых уровнях. Интенсивность свечения после прохождения частицы изменяется экспоненциально: ,где I ₀ -начальная интенсивность. Для большинства сцинтилляторов t лежит в интервале 10 ^–9- 10 ^–5 сек.Короткими временами свечения обладают пластики (табл. 1). Чем меньше t, тем более быстродействующим может быть сделан С. с.

  Для того чтобы световая вспышка была зарегистрирована ФЭУ, необходимо, чтобы спектр излучения сцинтиллятора совпадал со спектральной областью чувствительности фотокатода ФЭУ, а материал сцинтиллятора был прозрачен для собственного излучения. Для регистрации в сцинтиллятор добавляют Li или В. Для регистрации быстрых нейтронов используются водородсодержащие сцинтилляторы (см. ) .Для спектрометрии g-квантов и электронов высокой энергии используют Nal (Tl), обладающий большой плотностью и высоким эффективным атомным номером (см. ) .

 С. с. изготавливают со сцинтилляторами разных размеров - объёмом от 1-2 мм ³до 1-2 м ³ .Чтобы не «потерять» излученный свет, необходим хороший контакт ФЭУ со сцинтиллятором. В С. с. небольших размеров сцинтиллятор непосредственно приклеивается к фотокатоду ФЭУ. Все остальные его стороны покрываются слоем светоотражающего вещества (например, MgO, TiO ₂). В С. с. большого размера используют (обычно из полированного органического стекла).

  ФЭУ, предназначенные для С. с., должны обладать высокой эффективностью фотокатода (до 2,5%), высоким коэффициентом усиления (10 ⁸-10 ⁸), малым временем собирания электронов (~ 10 ^–8 сек) при высокой стабильности этого времени. Последнее позволяет достичь разрешающей способности по времени С. с. Ј10 ^–9 сек.Высокий коэффициент усиления ФЭУ наряду с малым уровнем собственных шумов делает возможной регистрацию отдельных электронов, выбитых с фотокатода. Сигнал на аноде ФЭУ может достигать 100 в.

  Табл. 1. - Характеристики некоторых твёрдых и жидких сцинтилляторов,

применяемых в сцинтилляционных счётчиках

Вещество	Плотность, г/см 3	Время высвечивания, t, 10 -9 сек.	Длина волны в максимуме спектра,	Конверсионная эффективность h, %   (для электронов)
Кристаллы
Антрацен C 14H 10	1,25	30	4450	4
Стильбен C 14H 12	1,16	6	4100	3
NaI (Tl)	3,67	250	4100	6
ZnS (Ag)	4,09	11	4500	10
Csl (Tl)	4,5	700	5600	2
Жидкости
Раствор р-терфенила в ксилоле (5 г/л) с добавлением РОРОР 1(0,1 г/л)	0,86	2	3500	2
Раствор р-терфенила в толуоле (4 г/л) с добавлением РОРОР (0,1г/л)	0,86	2,7	4300	2,5
Пластики
Полистирол с добавлением р-терфенила (0,9%) и a-NPO 2(0,05 весовых %)	1,06	2,2	4000	1,6
Поливинилтолуол с добавлением 3,4% р-терфенила и 0,1 весовых % РОРОР	1,1	3	4300	2

  ¹РОРОР - 1,4-ди-[2-(5-фенилоксазолил)]-бензол.   ²NPO - 2-(1-нафтил)-5-фенилоксазол.

 Достоинства С. с.: высокая эффективность регистрации различных частиц (практически 100%); быстродействие; возможность изготовления сцинтилляторов разных размеров и конфигураций; высокая надёжность и относительно невысокая стоимость. Благодаря этим качествам С. с. широко применяется в ядерной физике, физике элементарных частиц и ,в промышленности (радиационный контроль), , ,геологии, медицине и т. д. Недостатки С. с.: малая чувствительность к частицам низких энергий (Ј 1 кэв) ,невысокая разрешающая способность по энергии (см. ) .

 Для исследования заряженных частиц малых энергий (< 0,1 Мэв) и осколков деления ядер в качестве сцинтилляторов применяются газы (табл. 2). Газы обладают линейной зависимостью величины сигнала от энергии частицы в широком диапазоне энергий, быстродействием и возможностью менять тормозную способность изменением давления. Кроме того, источник может быть введён в объём газового сцинтиллятора. Однако газовые сцинтилляторы требуют высокой чистоты газа и специального ФЭУ с кварцевыми окнами (значительная часть излучаемого света лежит в ультрафиолетовой области).

  Табл. 2. - Характеристики некоторых газов, применяемых в качестве

сцинтилляторов в сцинтилляционных счётчиках (при давлении 740 мм

рт. ст.,для a-частиц с энергией 4,7 Мэв)

Газ	Время высвечивания t, сек	Длина волны в максимуме спектра,	Конверсионная эффективность n, %
Ксенон	10 –8	3250	14
Криптон	10 –8	3180	8,7
Аргон	10 –8	2500	3
Азот	3Ч10 –9	3900	2

  Лит.:Бирке Дж., Сцинтилляционные счетчики, пер. с англ., М., 1955; Калашникова В. И., Козодаев М. С., Детекторы элементарных частиц, в кн.: Экспериментальные методы ядерной физики, М., 1966; Ритсон Д., Экспериментальные методы в физике высоких энергий, пер. с англ., М., 1964.

  В. С. Кафтанов.

Схема сцинтилляционного счётчика: кванты света (фотоны) «выбивают» электроны с фотокатода; двигаясь от динода к диноду, электронная лавина размножается.

Сцинтилляция

Сцинтилля'ция(от лат. scintillatio - мерцание), кратковременная (~10 ^–4-10 ^–9 сек) световая вспышка (вспышка ) ,возникающая в под действием ионизирующих излучений. С. впервые визуально наблюдал У. (1903) при облучении (a-частицами экрана из ZnS. Атомы или молекулы сцинтиллятора за счёт энергии заряженных частиц переходят в возбуждённое состояние; последующий переход из возбуждённого в нормальное состояние сопровождается испусканием света - С. Механизм С., её спектр излучения и длительность высвечивания зависят от природы люминесцирующего вещества. Яркость С. зависит от природы заряженных частиц и от энергии частицы, передаваемой при её пробеге в веществе (например, С. a-частиц и протонов значительно ярче С. b-частиц). Каждая С. - результат действия одной частицы; это обстоятельство используют в для регистрации элементарных частиц.

Сциофиты

Сциофи'ты(от греч. skiб - тень и phytуn - растение), то же, что .

Сципионы

Сципио'ны(Scipiones), в Древнем Риме одна из ветвей патрицианского рода ,к которой принадлежал ряд крупных полководцев и государственных деятелей. Среди них: Публий Корнелий Сципио н Африканский Старший (Publius Cornelius Scipio Africanus Major) (около 235 - около 183 до н. э.), полководец времени 2-й Пунической войны. В качестве военного трибуна сражался при (216). Курульный эдил 213. В 207 нанёс поражение карфагенскому полководцу в Испании. Консул 205. Разгромил армию при Заме (202). Играл видную роль в политической жизни Рима. С 199 цензор и принцепс сената, консул 194. Широко образованный человек, симпатизировал греческой культуре. Луций Корнелий Сципион Азиатский (Lucius Cornelius Scipio Asiaticus), брат Сципиона Старшего. Консул 190. Победитель селевкидского царя в битве при Магнесии (190). Публий Корнелий Сципион Эмилиан Африканский Младший (Publius Cornelius Scipio Aemilianus Africanus Junior) (около 185-129 до н. э.), полководец и политический деятель. Приёмный внук Сципиона Старшего. В 146, будучи консулом, захватил и разрушил Карфаген, завершив 3-ю Пуническую войну, в 133, будучи вторично консулом, подавил восстание нумантинцев в Испании. Несмотря на родственные связи с ,С. враждебно относился к их аграрной программе. Римская традиция изображает С. ревностным поклонником эллинской культуры, объединявшим вокруг себя писателей, стремившихся перенести на римскую почву греческую образованность и искусства («сципионов кружок»), сторонником укрепления государства путём раздачи италикам-арендаторам государственной земли.

Сцифистомы

Сцифисто'мы(от греч. skэphos - чаша, бокал и stуma - рот), особи полипоидного (бесполого) поколения класса (кроме отряда ставромедуз). С. ведут донный прикрепленный образ жизни. Конусовидное тело С. (высотой 1-3 мм) прикреплено к субстрату короткой «ножкой», или стебельком; на противоположном конце тела расположено ротовое отверстие, окруженное 4-32 щупальцами. С. представителей отряда корономедуз защищены твёрдой наружной конусовидной трубочкой и иногда образуют небольшие колонии. Размножаясь посредством поперечного деления ( ) ,С. дают начало личинкам полового поколения сцифоидных - .

Сцифоидные

Сцифо'идные(Scyphozoa), класс одиночных морских животных типа .С. имеют форму или и обладают радиальной симметрией. Кишечная полость разделена неполными радиальными перегородками на центральную часть и боковые карманы; у многих имеется система пищеварительных каналов. Жизненный цикл обычно происходит с чередованием поколений (по типу ) .Из яйца развивается личинка - ,которая после оседания на субстрат превращается в особь полипоидного поколения - .Последняя путём почкования даёт подобных себе полипов, а в результате поперечного деления ( ) отделяет личинок сцифомедуз (эфир). Прикосновение к некоторым С. (например, к ) может вызвать болевые ощущения и «ожоги» кожи. Отмечены случаи смертельного поражения людей ядом сцифомедузы из рода хиродрофус, обитающей у северных берегов Австралии. Некоторые С. (корнероты, ) имеют промысловое значение - употребляются в пищу в солёном виде. С. включают отряды: дискомедузы, корнероты, корономедузы, ставромедузы. Около 200 видов; распространены во всём Мировом океане, преимущественно в умеренных и тропических водах; в СССР - около 30 видов.

  Лит.:Наумов Д. В., Сцифоидные медузы морей СССР, М. - Л., 1961; Bronns Н. G., Klassen und Ordnungen des Tierreichs, Bd 2, Abt. 2, Lfg. 1-6, Lpz., 1936-59; Kramp P. L., Synopsis of the medusae of the world, Camb., 1961.

  Д. В. Наумов.

Сцифомедузы

Сцифомеду'зы(от греч. skэphos - чаша, бокал и ) ,особи медузоидного (полового) поколения класса .Зонтик уплощённый или в форме колокола, полупрозрачный, часто ярко окрашенный или с цветным рисунком. Края рта вытянуты в 4 ротовые лопасти, иногда разветвленные. Часто имеется 4, 8 или 16 простых либо ветвящихся радиальных каналов пищеварительной системы и кольцевой канал. По краям зонтика расположены глазки и ,у многих С. здесь же имеются краевые щупальца. Диаметр зонтика от нескольких смдо 2 м(у цианеи). Все С., кроме представителей отряда ставромедуз, обитают в толще морской воды и способны к активному плаванию.