Scintilace (fyzika) - Scintillation (physics)
Scintilace je záblesk světlo vyrobeno v a průhledný materiál průchodem částice (an elektron, an alfa částice, an ion nebo vysokoenergetická foton ). Vidět scintilátor a scintilační čítač pro praktické aplikace.[1][2]
Přehled
Proces scintilace je jedním z světélkování přičemž po absorpci světla je emitováno světlo charakteristického spektra záření. Vyzařované záření je obvykle méně energetické než absorbované. Scintilace je inherentní molekulární vlastností v konjugované a aromatický organické molekuly a vzniká z jejich elektronických struktur. K scintilaci dochází také v mnoha anorganických materiálech, včetně solí, plynů a kapalin.
Scintilace anorganických krystalů
U fotonů, jako jsou gama paprsky, se aktivovalo thalium NaI krystaly (NaI (Tl)) se často používají. Pro rychlejší odezvu (ale pouze 5% výstupu) CsF lze použít krystaly.[3]:211
Scintilace organických scintilátorů

V organických molekulách je scintilace produktem π-orbitaly. Organické materiály tvoří molekulární krystaly, kde jsou molekuly volně vázány Van der Waalsovy síly. Základní stav 12C je 1 s2 2 s2 2 s2. V teorii valenčních vazeb, když uhlík tvoří sloučeniny, jeden z 2s elektronů je excitován do stavu 2p, což vede ke konfiguraci 1s2 2 s1 2 s3. K popisu různých valencí uhlíku jsou čtyři valenční elektronové orbitaly, jeden 2s a tři 2p, považovány za smíšené nebo hybridizované v několika alternativních konfiguracích. Například v čtyřboké konfiguraci s a p3 orbitály se spojí a vytvoří čtyři hybridní orbitaly. V jiné konfiguraci, známé jako trigonální konfigurace, je jeden z p-orbitalů (řekněme pz) zůstává nezměněn a tři hybridní orbitaly jsou vyrobeny smícháním s, sX a stry orbitaly. Orbitály, které jsou symetrické kolem vazebných os a roviny molekuly (sp2) jsou známé jako σ-elektrony a vazby se nazývají σ-vazby. Strz orbitál se nazývá π-orbitál. Π-vazba nastane, když dva π-orbitaly interagují. K tomu dochází, když jsou jejich uzlové roviny koplanární.
V určitých organických molekulách π-orbitaly interagují za vzniku společné uzlové roviny. Ty tvoří delokalizované π-elektrony, které mohou být excitovány radiací. Výsledkem de-excitace delokalizovaných π-elektronů je luminiscence.
Vzrušené stavy π-elektronových systémů lze vysvětlit obvodovým modelem volných elektronů (Platt 1949). Tento model se používá k popisu polycyklických uhlovodíků sestávajících z kondenzovaných systémů benzenoidových kruhů, ve kterých žádný atom C nepatří k více než dvěma kruhům a každý atom C je na periferii.
Prsten lze aproximovat jako kruh s obvodem l. Vlnová funkce elektronového orbitálu musí splňovat podmínku rovinného rotátoru:
Odpovídající řešení Schrödingerova vlnová rovnice jsou:
kde q je kvantové číslo orbitálního prstence; počet uzlů vlnové funkce. Vzhledem k tomu, že se elektron může otáčet nahoru a dolů a může se otáčet kolem kruhu v obou směrech, všechny energetické úrovně kromě nejnižší jsou dvojnásobně degenerované.
Výše uvedené ukazuje hladiny n-elektronické energie organické molekuly. Po absorpci záření následuje molekulární vibrace na S1 Stát. Poté následuje de-buzení k S0 stav zvaný fluorescence. Populace stavů tripletů je možná i jinými prostředky. Stavy tripletů se rozpadají s mnohem delší dobou rozpadu než stavy singletů, což má za následek takzvanou pomalou složku procesu rozpadu (fluorescenční proces se nazývá rychlá složka). V závislosti na konkrétní ztrátě energie určité částice (dE / dx) jsou stavy „rychlý“ a „pomalý“ obsazeny v různých poměrech. Relativní intenzity světelného výkonu těchto stavů se tedy u různých dE / dx liší. Tato vlastnost scintilátorů umožňuje rozlišit tvar pulzu: je možné určit, která částice byla detekována, při pohledu na tvar pulzu. Rozdíl ve tvaru je samozřejmě viditelný na koncové straně pulsu, protože je způsoben rozpadem excitovaných stavů.
Viz také
Reference
- ^ Birks, John B. (1964). Teorie a praxe počítání scintilace. Pergamon Press, Ltd.
- ^ Knoll, Glenn F. (2000). Detekce a měření záření. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-07338-3.
- ^ Úvodní jaderná fyzika. Krane. 1987.