24 2.2. Generacja sygnału w lcznku scynylacyjnym. Proces generacj sygnału elekrycznego w lcznku scynylacyjnym dokonuje sę w jego drugm w porządku opologcznym podzespole funkcjonalnym, jak sanow foopowelacz. Poprzedza go sopeń konwersj sygnału perwonego (promenowana jonzującego) w sygnał pośredn (promenowane śwelne), kórą o funkcję pełn scynylaor. Odpowedzą scynylaora na ak deekcj jes mpuls foonowy o przebegu czasowym () zależnym od mechanzmu wzbudzena scynylacj oraz procesu reemsj promenowana. Według ogólne uznawanego opsu, zaproponowanego przez Ravara Koechlna 12 powerdzonego późnej przez Lyncha 13, kszał mpulsu śwelnego, emowanego przez scynylaor, można przedsawć zależnoścą ( ) (76) 1 gdze 1 jes sałą czasową procesu ransferu energ do pozomu opycznego, zaś sanow sałą czasową zanku emsj. W pewnych przypadkach wzajemne proporcje ych sałych czasowych pozwalają zanedbać człon odpowedzalny za czoło mpulsu śwelnego wówczas orzymujemy bardzo rozpowszechnoną w prakyce spekromerycznej zależność ( ) (77) Problemayka formowana mpulsu śwelnego w scynylaorach była przedmoem szczególne nensywnych sudów w laach pęćdzesąych sześćdzesąych. Doprowadzły one mędzy nnym do sformułowana opsu przebegu mpulsu śwelnego jako splou funkcj (76) oraz funkcj gęsośc prawdopodobeńswa f() 14 ( ) f( ) (78) Powyższa posać dobrze pracuje zwłaszcza w przypadku scynylaorów plaskowych 15. Proces konwersj promenowana w ego rodzaju scynylaorach jes bardzo złożony ne będze uaj dyskuowany. Ogranczymy sę równeż jedyne do zwęzłego przypomnena podsawowych procesów zachodzących w przypadku najprosszym. Są nm: wzbudzene, degradacja nadmaru energ wzbudzena z wyższych pozomów do najnższego, oraz emsja śwała z najnższego pozomu energeycznego. Proces emsj promenowana śwelnego, czyl lumnescencja może zachodzć bądź o w efekce fluorescencj lub fosforescencj. W perwszym przypadku przejśce zew sanu wzbudzonego do podsawowego jes dozwolone, wobec czego prawdopodobeńswo akego przejśca jes bardzo duże. W przypadku drugm najnższy san wzbudzony jes sanem measablnym bezpośredne przejśce do sanu podsawowego może zachodzć z bardzo małym prawdopodobeńswem. Zważywszy, że prawdopodobeńswo przejśca jes odwrone proporcjonalne do czasu zachodzącego efeku, należy oczekwać bardzo krókch czasów wyśwela-na scynylaora w procese fluorescencj oraz sosunkowo długch w procese fosforencencj. W soce, meszczą sę one odpowedno w przedzałach od 1-5 do 1-9 s. oraz od mkro-sekund do welu nawe godzn 16,17.
25 Z mechanzmem emsj promenowana wąże sę sę równeż kszał emowanego mpulsu foonowego. ak węc emsja ypu fluorescencyjnego daje mpuls o przebegu wykładnczym, naomas mpuls generowany w procese fosforescencj można opsać funkcją hperbolczną. Konwersja neelekrycznego - w poocznym rozumenu - sygnału foonowego w proporcjonalny sygnał elekryczny dokonuje sę w drugm człone funkcjonalnym lcznka scynylacyjnego, o jes w foopowelaczu. W ym przyrządze fooelekrycznym, kórego uproszczony schema pokazuje rysunek 1, nasępuje podsawowa konwersja fooelekryczna sygnału ( fo el ), oraz wzmocnene wygenerowanego mpulsu prądowego w układze powelana elekronów. FOOKAODA SYSEM POWIELANIA ELEKRONÓW ANODA a fo ele n WEJŚCIOWY SYSEM ELEKRONOWO OPYCZNY COKÓŁ Rys.1. Uproszczony schema foopowelacza. W dealnym przypadku pełnego zochronzmu fooelekronów elekronów wórnych układu powelającego odpowedzą foopowelacza na wymuszene mpulsem śwelnym scynylaora byłby mpuls prądowy o przebegu czasowym pokrywającym sę werne z przebegem mpulsu foonowego. Jeśl węc przyjąć kszał mpulsu foonowego według formuły (77), wówczas wyjścowy mpuls prądowy foopowelacza a () odberany z jego obwodu anodowego przyjme formę a( ) amax (79) Całka określona powyższej funkcj, oblczona w przedzale < >, deermnuje globalny ładunek Q zawary w mpulse a (). Korzysając z ej oczywsej zależnośc można wyrazć warość a max przez paramery globalne mpulsu prądowego, j. Q oraz. W konsekwencj Q amax skąd d Q a max Q a ( ) amaz (8) (81).
26 Powyższa posać równana, opsującego przebeg wyjścowego mpulsu prądowego foopowelacza, sosowana jes z zadowalającym przyblżenem w przypadkach braku zochronzmu, gdy dyspersja czasu przelou elekronów w foopowelaczu jes znkomo mała w porównanu z czasem wyśwelana scynylaora. Użyy u ermn: czas wyśwelana określa czas, po upływe kórego naężene mpulsu foonowego spadne do pozomu e-krone nższego od jego ampludy; odpowada węc warośc sałej czasowej zanku mpulsu. Podsawowe paramery czasowe współczesnych foopowelaczy, jak średn czas przelou p, dyspersja czasu przelou, oraz czas narasana odpowedz n na wymuszene quasdrakowske, przyjmują odpowedno warośc p = (2 4) ns = (1.5 4.) ns n = (.2.5) ns Są one uwarunkowane główne geomerą układu opoelekroncznego oraz sochasycznym charakerem wykorzysywanych w nm zjawsk fzycznych: fooemsj emsj wórnej 18. Zagadnena e zosały blżej omówone w Dodaku B. O wele szerszy jes przedzał warośc czasu wyśwelana scynylaorów. Dla jego zlusrowana zesawono w ablcy III orenacyjne dane klku wybranych ypów scynylaorów. ablca III Scynylaory Scynylaory Neorganczne Plaskowe NaJ(l) 25 ns NAON 136 1.6 ns CsJ(l) 11 ns NE 211 1.8 ns LJ(Eu) 12 ns NE 12 A 2.4 ns Organczne Cekłe ZnS Ag 2 ns NE 211 2.6 ns Anracen 27 ns NE 218 3.9 ns Slben 4.5 ns NE 223 7.1 ns Rozmyce (dyspersja) czasu przelou elekronów wywera zasadnczy wpływ na przebeg czoła czas narasana prądowego mpulsu wyjścowego lcznka scynylacyjnego. W grancznym przypadku emsj przez fookaodę ylko jednego fooelekronu, na wyjścu foopowelacza pojaw sę rozmya paczka elekronów wórnych, kórej przebeg czasowy (SER) można zadowalająco opsać rozkładem normalnym Gaussa. Oznaczając symbolem N o całkową lczbę elekronów docerających do anody, przez p średn czas przelou (zdefnowany jako odległość czasowa współrzędnej punku cężkośc mpulsu wyjścowego od momenu przyłożena jednoelekronowego wymuszena), oraz przez dyspersję czasu przelou elek-
27 ronów, prąd anodowy wywołany przez jeden fooelekron aq przyjme formę aq N q p ( ) 2 (82) W warunkach rzeczywsych mamy jednak do czynena ne z pojedynczym fooelekronem lecz z ch lawną o nensywnośc, zależnej od naężena srumena foonowego fo (). Jeśl zaem przez N oznaczymy całkową lczbę fooelekronów wyworzonych przez ndywdualny mpuls śwelny scynylaora, w konekśce formuł (77) (81) możemy napsać N n ( ) (83) gdze n() określa chwlową warość lczby fooelekronów emowanych przez fookaodę w czase jednej sekundy. Prądową odpowedź lcznka scynylacyjnego na wymuszene mpulsem foonowym (77) określa całka splou funkcj (81) (82). Jej osaecznym rezulaem jes zależność a NN q p p p ( ) 2 erf erf 2 2 4 2 2 (84) denyczna zreszą w forme z zależnoścą (73).W rozważanym obecne przypadku zarówno średn czas przelou p jak dyspersja czasu przelou są welkoścam sałym, zależnym od wybranego ypu foopowelacza. Korzysnej jes zaem przyjąć za czynnk normalzacj zmennej nezależnej dyspersję czasową zaś za paramer rodzny funkcj prądu anodowego (podobne jak uprzedno) sosunek /. Przekszałcona według akej konwencj funkcja (84) przyjme posać: a NN q p p p ( ) 2 erf erf 2 2 4 2 2 (85) Odwzorowuje ona nauralny kszał sygnału prądowego foopowelacza. Rodznę ego rodzaju przebegów, o sprowadzonych do wspólnego pozomu ampludach, przedsawono na rysunku 11. Wyznaczono je dla przecęnych warośc paramerów czasowych foopowelacza różnych rodzajów scynylaorów. W szczególnośc przyjęo: = 3 ns oraz p = 3 ns, zaś z poszczególnych grup scynylaorów wybrano jako reprezenaywne nasępujące ypy: NE 218, NAON 136, Anracen jodek cezu - NaJ(l). Warośc ch czasu wyśwelana (podane w ablcy III)
28 deermnują wespół z waroścą dyspersj czasu przelou warośc parameru funkcj (84) =. Wynoszą one: - dla scynylaora NAON 136 1.9 - dla scynylaora NE 218 =.75 - dla scynyladora anracenowego =.111 - dla scynylaora NaJ(l) =.12 ref.8 NaJ(l).6.4.2 NE 218 Anracen NAON 136 p -5 5 1 15 2 25 3 Rys.11. Rodzny przebegów prądowej odpowedz sandardowego foopowelacza na wymuszena mpulsam foonowym różnych scynylaorów. Zauważmy, że dla scynylaora NaJ(l) wzajemne relacje czasu narasana opadana wyjścowego mpulsu prądowego foopowelacza pozwalają z dobrym przyblżenem opsać jego przebeg ogólną formułą (79). Jeszcze lepsze dopasowane dawać będze ona dla szeregu nnych scynylaorów neorgancznych. Zanedbane dyspersj czasowej w foopowelaczu formalne jes równoważne przyjęcu drakowskej charakerysyk mpulsowej ego przyrządu. W przypadku alernaywnym, gdy czas wyśwelana scynylaora jes znacząco mnejszy od dyspersj foopowelacza, jej warość decyduje główne o kszałce wyjścowego sygnału prądowego.