BACHELORARBEIT - Metzsch, Daniel

ii. Der Natriumiodid-Szintillationsdetektor
Der Natriumiodid-Szintillationszähler (kurz: NaI-Detektor) besteht prinzipiell
aus einem Szintillator, der in diesem Fall ein anorganisches Material (Thalliumdotiertes
Natriumiodid) ist, und einem Sekundärelektronenvervielfacher (engl.:
Photomultiplier). Beim Durchgang der γ − Strahlen durch den Szintillator
detektiert dieser die γ − Quanten und die vorhandene Messelektronik bestimmt
ihre Energie. Dabei emittiert er Photonen im sichtbaren und ultravioletten
Bereich, die Hüllenelektronen senden Lichtblitze, sog. Szintillationen, aus und
kehren so in den Grundzustand zurück. Dem NaI-Kristall wird in geringen
Mengen Thallium als Aktivator zugesetzt. Beim Durchgang eines schnellen
Teilchens werden wieder Elektronen-Loch-Paare gebildet, d.h. das Elektron
wird vom Valenzband in das Leitungsband angehoben (gemäß Bändertheorie).
Das Szintillationsmaterial wird so gewählt, dass die Quanten den Kristall
absorptionsfrei durchqueren können. An der Photokathode angekommen (s.
Abbildung 4) lösen die im Szintillator erzeugten Lichtquanten dort ein Elektron
geringer Energie. Dieses wird durch ein elektrisches Feld angezogen und in
Richtung der Dynoden im Photomultiplier beschleunigt. Diese zählen quasi die
ankommenden Elektronen. Die Anzahl der registrierten Teilchen ist dann
proportional zu dessen Energie.
Abbildung 4: schematischer Aufbau eines NaI-Detektors aus [13] S. 15
iii. Vergleich beider Detektortypen
Der Vorteil eines Spektrums, das mit einem Halbleiterdetektor aufgenommen
wird, liegt in der wesentlich geringeren Linienbreite, die man damit erhält. Die
Spektren sind so in einer besseren Auflösung darstellbar (Abbildung 6). Das ist
besonders wichtig, wenn die Energien der γ − Quanten nahe beieinander liegen.
Damit sollten die Halbleiterdetektoren für qualitative Analysen die bessere
Wahl sein. Jedoch haben NaI-Detektoren in der Regel eine höhere Ansprechwahrscheinlichkeit,
weshalb sie bei quantitativen Analysen vorzuziehen wären.
Abbildung 5 zeigt die Abhängigkeit der Ansprechwahrscheinlichkeit von der
Energie beider Detektoren. Wie man sieht, fällt sie mit steigender Energie.
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