Зачем талий в сцинтылляторе NaI (Tl)

Answer 1

Неорганические сцинтилляторы имеют четко выраженную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся атомы, связанные друг с другом ионными связями. Физический механизм люминесценции неорганических сцинтилляторов объясняется на основе зонной теории строения твердого тела. Согласно этой теории кристалл имет три энергетических зоны – валентную зону, запрещенную зону и зону проводимости. В нормальных условиях, когда отсутствует ионизирующе излучение, электроны находятся в кристалле в валентной зоне. Получив избыток энергии от частиц или фотонов ионизирующего излучения, часть электронов из валентной зоны переходит в зону проводимости, а на их месте в валентной зоне остаются "дырки". Если кристалл чистый, без дефектов, то через некоторое время электроны вернутся в валентную зону, испустив при этом кванты того же спектрального диапазона, что и при поглощении энергии ионизирующего излучения. В этом случае высвечивания в видимом диапазоне не происходит. Однако если кристалл имет в своей решетке дефекты, вызванные присутствием чужеродных атомов, то в запрещенной зоне образуются локальные энергетические уровни (L) , способные захватывать электроны. В кристаллах такой структуры электроны, попавшие в зону проводимости, могут возвращаться в валентную зону не сразу, а поэтапно, делая попутно короткую остановку на локальном уровне L. Тогда поглощенная электронами энергия ионизирующего излучения испускается по частям и одна из этих частей может сответствовать видимому спектральному диапазону. Дефекты кристалла играют важную роль в формировании квантов видимого света. Обычно эти дефекты создаются искусственно введением специальных веществ – примесей, называемых активаторами. Однако, концентрация активатора не может быть слишком большой, иначе будет нарушен остов кристаллической решетки. В большинстве случаев весовая концентрация примеси не превышает 0, 1%. Таков механизм сцинтилляции неорганических кристаллов. Выбор конкретного активатора осуществляется таким образом, чтобы обеспечить оптимальное сотношение конверсионной эффективности, спектрального состава сцинтилляций и постоянной времени высвечивания. Из неорганических сцинтилляторов NaI, активированный таллием, имет одну из самых низких постоянных времени высвечивания, т. е. обладает наиболе высокой разрешающей способностью по сравнению с другими неорганическими сцинтилляторами.