Techniklexikon

Szintillationszähler

Nuklearmedizin Teilchenphysik, unter Ausnutzung der Szintillationseigenschaften (Szintillation) mancher Materialien arbeitender Detektortyp. Ein Szintillationszähler besteht im Prinzip aus einem Szintillator und einem Photomultiplier (siehe Abb.). Charakteristische Grössen eines szintillierenden Materials sind seine Lichtausbeute (Verhältnis aus Energie des einfallenden Teilchens zu emittiertem Licht) und sein lineares Verhalten in Abhängigkeit der Energie des einfallenden Teilchens (möglichst unter Vermeidung von Sättigungsphänomenen), das Absorptions- und Emissionspektrum des Materials selbst und die Pulsform des emittierten Lichts, das durch die Anstiegs- und Abklingzeit des Detektormaterials gegeben ist. Häufig eingesetzte Szintillatoren sind organische Materialien wie feste Kristalle, Polymere, Flüssigkeiten (z. B. Anthrazen C₁₄H₁₀, Naphtalen C₁₀H₈ oder Stilben C₁₄H₁₂), anorganische Materialien wie Kristalle und Gläser mit bestimmten Dotierungen (Natrium-Iodid NaI(Tl), Cäsium-Iodid CsI(Tl), BGO, BaF₂) und Gase (wie die Edelgase Xe, Kr, Ar, He, aber auch Stickstoff N₂). In organischen Materialien erfolgt die Anregung zur Szintillation durch das ionisierende Teilchen auf molekularer Ebene. Die typische Anregung erfolgt daher im Ultravioletten. Durch Wellenlängenschieber kann die Emission in den für Photomultiplier günstigeren Bereich um 400 nm »verschoben« werden. Anorganische Materialien sind häufig mit Aktivatoren dotiert (z. B. Thalium (Tl)). Anthrazen dient als Standard für die Lichtausbeute. Die absolute Lichtausbeute für Anthrazen liegt bei 0,05, während NaI(Tl) als anorganischer Szintillator eine Ausbeute (absolut) von 0,1 erreicht: je 25 eV Energie (des einfallenden Teilchens), die im Szintillator deponiert wird, wird 1 Photon emittiert. NaI(Tl) besitzt eine gute Energieauflösung, ist aber leider hygroskopisch, was Probleme bei der Verarbeitung und Handhabung aufwirft. Benutzt werden Szintillationszähler häufig als Time-of-Flight-Zähler (TOF), schnelle Trigger und Kalorimeter (die Lichtausbeute ist proportional zum Energieverlust pro im Detektor zurückgelegtem Weg, dE / dx). Das hohe Ansprechvermögen für harte Röntgen- und Gammastrahlung, das hohe zeitliche Auflösungsvermögen durch die kurzen Ansprechzeiten sowie die gute Proportionalität zwischen Eingangsenergie und emittierter Photonenzahl zeichnen diese Detektoren aus.

Szintillationszähler: Prinzipieller Aufbau. S: Szintillator, L: Lichtleiter, Ph: Photokathode, V: Vervielfachersystem, A: Anode, R: Arbeitswiderstand, C: Ausgangskapazität, U: Spannung, B: lichtdichte Box, Sp: Spannungsteiler.