Ein Szintillationszähler ist ein Gerät, das verwendet wird, um Emissionen von radioaktiven Elementen zu erkennen und zu messen. Radioaktivität ist die Freisetzung von Partikeln oder Energie aus bestimmten Elementen, die zu viele Neutronen enthalten und für Menschen, Tiere und Pflanzen gefährlich sein können. Der Szintillationszähler kombiniert eine Chemikalie, die Licht erzeugt, wenn sie von radioaktiven Emissionen getroffen wird, und einen Detektor zum Erfassen und Zählen der Lichtimpulse.
Viele Elemente haben Isotope, Moleküle, die eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen mit der gleichen Anzahl von Protonen und Elektronen enthalten. Die meisten Isotope sind stabil und nichts wird ihre chemische Zusammensetzung im Laufe der Zeit ändern. Einige radioaktive Isotope halten die Neutronen jedoch nicht an Ort und Stelle und beginnen radioaktiv zu zerfallen.
Es gibt drei Haupttypen des radioaktiven Zerfalls, und jeder hat unterschiedliche Eigenschaften. Alphastrahlung ist ein Teilchen, das Protonen und Neutronen kombiniert und eine relativ niedrige Energie hat, sodass sie von Wasser oder dünnen Metallplatten gestoppt werden kann. Betastrahlung sind hochenergetische Elektronen, die vom Element freigesetzt werden und Körpergewebe und Schutzschichten durchdringen können. Gammastrahlung ist kein Teilchen, sondern eine elektromagnetische Welle, ähnlich dem Licht, die eine sehr hohe Energie hat und nur durch dichte Bleiplattenschichten abgeschirmt werden kann.
Alle drei Arten verursachen bei Pflanzen und Tieren Zellschäden, weil sie Moleküle verändern, wenn sie von Strahlung getroffen werden. Wenn ein radioaktives Teilchen oder eine Gammastrahlung auf ein Molekül trifft, werden Elektronen in das umgebende Gewebe oder die Luft freigesetzt. Wenn die Strahlung auf eine Chemikalie trifft, die beim Auftreffen einen Lichtblitz abgibt und das Licht nachgewiesen werden kann, wurde ein Szintillationszähler erstellt.
Es gibt drei Arten fester Szintillationschemikalien, sogenannte Phosphore, die in Zählern verwendet werden, und umfassen anorganische, organische und Kunststoffe. Anorganische Chemikalien, die Licht freisetzen können, sogenannte Photonen, wenn sie von Strahlung getroffen werden, umfassen Metalljodide und Zinksulfid. Organische Leuchtstoffe können Naphthalin, Anthracen und andere mit Benzol verwandte Verbindungen umfassen. Kunststoffe an sich sind normalerweise keine Leuchtstoffe, aber Chemikalien können mit einem Kunststoff kombiniert werden, um einen Photonengenerator zu bilden.
Anorganische Chemikalien sind die besten Detektoren für Gammastrahlung, organische Stoffe sind optimal für Beta-Partikel und in Kunststoff eingebettete Leuchtstoffe eignen sich gut für den Neutronennachweis. Radioaktive Isotope können mit einer Vielzahl von Methoden zerfallen, sodass Detektoren mehr als eine Art von Detektionselement enthalten können. Die in Detektoren verwendete Zählsoftware ist entscheidend für die Bestimmung der Strahlungsmenge, da höhere Zählungen anzeigen, dass mehr radioaktives Element vorhanden ist oder sich der Zähler in der Nähe der Radioaktivität befindet.
Sobald Lichtphotonen erzeugt sind, ist der andere wichtige Teil der Detektor, der die Photonen sowohl sieht als auch zählt. Viele Zähler verwenden einen Photomultiplier, bei dem es sich um eine Reihe von Elektroden handelt, die in einer Vakuumröhre montiert sind. Wenn ein Lichtphoton in die Röhre eindringt, ist es normalerweise zu schwach, um von den elektronischen Schaltkreisen im Szintillationszähler erkannt zu werden. Das Photon trifft auf die erste Elektrode, an die eine elektrische Spannung angelegt wird.
Beim Auftreffen des Lichts setzt die Elektrode weitere Elektronen frei, die zur zweiten Elektrode wandern. Jedes Mal, wenn dies geschieht, werden mehr Elektronen freigesetzt und das Signal wird stärker. Nach mehreren Schritten, die bei Elektronen mit Lichtgeschwindigkeit sehr schnell ablaufen, ist das Signal stark genug, damit der Zähler es erkennen kann, und er registriert die Anwesenheit eines Lichtphotons und zählt es. Ein Photomultiplier ist extrem empfindlich und kann sehr kleine Lichtblitze beim Zerfall genau erkennen.
Eine andere Art von Szintillationszähler ist eine Flüssigphaseneinheit. Diese Zähler können bei der Laboranalyse nützlich sein, da eine Probe direkt in eine Flüssigkeit gegeben wird, die aus einem Leuchtstoff und einem Lösungsmittel besteht. Jede radioaktive Emission wird sofort von den die Probe umgebenden Phosphoren erkannt und gezählt.
Diese Technologie kann bei der Dekontamination einer verschütteten radioaktiven Substanz nützlich sein, da Wischtests zur Überprüfung auf Radioaktivität verwendet werden können. Kleine Stoffproben werden über Oberflächen gewischt und dann in einen Flüssigszintillationszähler gegeben. Dieser Vorgang kann bei Bedarf wiederholt werden, bis der Zähler eine niedrige Radioaktivität anzeigt, die als Hintergrundstrahlung bezeichnet wird.