прибор для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, γ-квантов, мезонов и т. д.), основными элементами которого являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Визуальные наблюдения световых вспышек (сцинтилляций) под действием ионизирующих частиц (α-частиц, осколков деления ядер) были основным методом ядерной физики в начале 20 в. (см. Спинтарископ). Позднее С. с. был полностью вытеснен ионизационными камерами (См. Ионизационная камера) и пропорциональными счётчиками (См. Пропорциональный счётчик). Его возвращение в ядерную физику произошло в конце 40-х гг., когда для регистрации сцинтилляций были использованы многокаскадные ФЭУ с большим коэффициентом усиления, способные зарегистрировать чрезвычайно слабые световые вспышки.

Принцип действия С. с. состоит в следующем: заряженная частица, проходя через сцинтиллятор, наряду с ионизацией атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбуждённое (основное) состояние, атомы испускают фотоны (см. Люминесценция). Фотоны, попадая на катод ФЭУ, выбивают электроны (см. Фотоэлектронная эмиссия), в результате чего на аноде ФЭУ возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется (см. рис.). Детектирование нейтральных частиц (нейтронов, γ-квантов) происходит по вторичным заряженным частицам, образующимся при взаимодействии нейтронов и γ-квантов с атомами сцинтиллятора.

В качестве сцинтилляторов используются различные вещества (твёрдые, жидкие, газообразные). Большое распространение получили пластики, которые легко изготовляются, механически обрабатываются и дают интенсивное свечение. Важной характеристикой сцинтиллятора является доля энергии регистрируемой частицы, которая превращается в световую энергию (конверсионная эффективность η). Наибольшими значениями ηобладают кристаллические сцинтилляторы: NaI, активированный Tl [NaI (Tl)], антрацен и ZnS. Др. важной характеристикой является время высвечивания τ, которое определяется временем жизни на возбуждённых уровнях. Интенсивность свечения после прохождения частицы изменяется экспоненциально: , где I₀ - начальная интенсивность. Для большинства сцинтилляторов τ лежит в интервале 10^-9 - 10^-5 сек. Короткими временами свечения обладают пластики (табл. 1). Чем меньше τ, тем более быстродействующим может быть сделан С. с.

Для того чтобы световая вспышка была зарегистрирована ФЭУ, необходимо, чтобы спектр излучения сцинтиллятора совпадал со спектральной областью чувствительности фотокатода ФЭУ, а материал сцинтиллятора был прозрачен для собственного излучения. Для регистрации медленных нейтронов (См. Медленные нейтроны) в сцинтиллятор добавляют Li или В. Для регистрации быстрых нейтронов используются водородсодержащие сцинтилляторы (см. Нейтронные детекторы). Для спектрометрии γ-квантов и электронов высокой энергии используют Nal (Tl), обладающий большой плотностью и высоким эффективным атомным номером (см. Гамма-излучение).

С. с. изготавливают со сцинтилляторами разных размеров - объёмом от 1-2 мм³ до 1-2 м³. Чтобы не "потерять" излученный свет, необходим хороший контакт ФЭУ со сцинтиллятором. В С. с. небольших размеров сцинтиллятор непосредственно приклеивается к фотокатоду ФЭУ. Все остальные его стороны покрываются слоем светоотражающего вещества (например, MgO, TiO₂). В С. с. большого размера используют Световоды (обычно из полированного органического стекла).

ФЭУ, предназначенные для С. с., должны обладать высокой эффективностью фотокатода (до 2,5\%), высоким коэффициентом усиления (10⁸-10⁸), малым временем собирания электронов (Сцинтилляционный счётчик 10^-8 сек) при высокой стабильности этого времени. Последнее позволяет достичь разрешающей способности по времени С. с. ≤10^-9 сек. Высокий коэффициент усиления ФЭУ наряду с малым уровнем собственных шумов делает возможной регистрацию отдельных электронов, выбитых с фотокатода. Сигнал на аноде ФЭУ может достигать 100 в.

Табл. 1. - Характеристики некоторых твёрдых и жидких сцинтилляторов,

применяемых в сцинтилляционных счётчиках

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| | | Время | Длина волны | Конверсионная |

| Вещество | Плотность, г/см³ | высвечивания, τ, | в максимуме | эффективность η, |

| | | 10^-9 сек. | спектра,Å | \% (для электронов) |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Кристаллы | | | | |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Антрацен C₁₄ H₁₀ | 1,25 | 30 | 4450 | 4 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Стильбен C₁₄H₁₂ | 1,16 | 6 | 4100 | 3 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| NaI (Tl) | 3,67 | 250 | 4100 | 6 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| ZnS (Ag) | 4,09 | 11 | 4500 | 10 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Csl (Tl) | 4,5 | 700 | 5600 | 2 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Жидкости | | | | |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Раствор р-терфенила в ксилоле (5 г/л) с | 0,86 | 2 | 3500 | 2 |

| добавлением РОРОР¹ (0,1 г/л) | | | | |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Раствор р-терфенила в толуоле (4 г/л) с | 0,86 | 2,7 | 4300 | 2,5 |

| добавлением РОРОР (0,1г/л) | | | | |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Пластики | | | | |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Полистирол с добавлением р-терфенила (0,9\%) и | 1,06 | 2,2 | 4000 | 1,6 |

| a-NPO² (0,05 весовых \%) | | | | |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Поливинилтолуол с добавлением 3,4\% р- | 1,1 | 3 | 4300 | 2 |

| терфенила и 0,1 весовых \% РОРОР | | | | |

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

¹РОРОР - 1,4-ди-[2-(5-фенилоксазолил)]-бензол. ²NPO - 2-(1-нафтил)-5-фенилоксазол.

Достоинства С. с.: высокая эффективность регистрации различных частиц (практически 100\%); быстродействие; возможность изготовления сцинтилляторов разных размеров и конфигураций; высокая надёжность и относительно невысокая стоимость. Благодаря этим качествам С. с. широко применяется в ядерной физике, физике элементарных частиц и космических лучей (См. Космические лучи), в промышленности (радиационный контроль), дозиметрии (См. Дозиметрия), радиометрии (См. Радиометрия), геологии, медицине и т. д. Недостатки С. с.: малая чувствительность к частицам низких энергий (≤ 1 кэв), невысокая разрешающая способность по энергии (см. Сцинтилляционный спектрометр).

Для исследования заряженных частиц малых энергий (< 0,1 Мэв) и осколков деления ядер в качестве сцинтилляторов применяются газы (табл. 2). Газы обладают линейной зависимостью величины сигнала от энергии частицы в широком диапазоне энергий, быстродействием и возможностью менять тормозную способность изменением давления. Кроме того, источник может быть введён в объём газового сцинтиллятора. Однако газовые сцинтилляторы требуют высокой чистоты газа и специального ФЭУ с кварцевыми окнами (значительная часть излучаемого света лежит в ультрафиолетовой области).

Табл. 2. - Характеристики некоторых газов, применяемых в качестве

сцинтилляторов в сцинтилляционных счётчиках (при давлении 740 мм

рт. ст., для α-частиц с энергией 4,7 Мэв)

------------------------------------------------------------------------------------------------

| | Время | Длина волны | Конверсионная |

| Газ | высвечивания | в максимуме | эффективность |

| | τ, | спектра, Å | n, \% |

| | сек | | |

|----------------------------------------------------------------------------------------------|

| Ксенон | 10^-8 | 3250 | 14 |

|----------------------------------------------------------------------------------------------|

| Криптон | 10^-8 | 3180 | 8,7 |

|----------------------------------------------------------------------------------------------|

| Аргон | 10^-8 | 2500 | 3 |

|----------------------------------------------------------------------------------------------|

| Азот | 3․10^-9 | 3900 | 2 |

------------------------------------------------------------------------------------------------

Лит.: Бирке Дж., Сцинтилляционные счетчики, пер. с англ., М., 1955; Калашникова В. И., Козодаев М. С., Детекторы элементарных частиц, в кн.: Экспериментальные методы ядерной физики, М., 1966; Ритсон Д., Экспериментальные методы в физике высоких энергий, пер. с англ., М., 1964.

В. С. Кафтанов.

Схема сцинтилляционного счётчика: кванты света (фотоны) "выбивают" электроны с фотокатода; двигаясь от динода к диноду, электронная лавина размножается.

Люминофоры, в которых под действием ионизирующих излучений возникают световые вспышки - сцинтилляции (См. Сцинтилляция). С. могут служить многие кристаллофосфоры (например, ZnS, NaI), органические кристаллы (например, антрацен, стильбен), растворы пластмасс, инертные газы. С. применяют в сцинтилляционных счётчиках; (См. Сцинтилляционный счётчик) они должны быть прозрачны для собственного излучения.

1. прибор, показывающий уровень воды в каком-нибудь устройстве.

2. прибор для измерения расхода воды.

ВОДОМ'ЕР, водомера, ·муж. (тех.). Прибор для измерения количества протекающей воды.

| Шкала для наблюдения высоты уровня воды в реке.

газоразрядный прибор для обнаружения и исследования различного рода радиоактивных и др. ионизирующих излучений: α- и β-частиц, γ-kвантов, световых и рентгеновских квантов, частиц высокой энергии в космических лучах (См. Космические лучи) и на ускорителях. Гамма-кванты регистрируются Г. - М. с. по вторичным ионизирующим частицам - фотоэлектронам (См. Фотоэлектроны), комптоновским электронам (см. Комптон-эффект (См. Комптона эффект)), электронно-позитронным парам (см. Аннигиляция и рождение пар); нейтроны регистрируются по ядрам отдачи и продуктам ядерных реакций, возникающим в газе счётчика.

В Г. - М. с. рабочий объём - газоразрядный промежуток с сильно неоднородным электрическим полем. Чаще всего применяют счётчики с коаксиально расположенными цилиндрическими электродами: внешний цилиндр - катод, тонкая нить, натянутая вдоль его оси, - анод (рис. 1). Электроды заключены в герметически замкнутый резервуар, наполненный каким-либо газом до давления 13-26 кн/м² (100-200 мм pm. ст.). К электродам счётчика прикладывается напряжение в несколько сот в. На нить подаётся знак + через сопротивление R (рис. 2). Если в рабочем объёме счётчика нет свободных электронов, электрический разряд в нём не возникает. При попадании в счётчик ионизирующей частицы в газе образуются свободные электроны, которые движутся к положительно заряженной нити. Вблизи нити напряжённость электрического поля велика и электроны ускоряются настолько, что начинают, в свою очередь, ионизовать газ. В результате по мере приближения к нити число электронов лавинообразно нарастает. Возникает вспышка коронного разряда (См. Коронный разряд) и через счётчик течёт ток. При достаточно большом R (10⁸-10¹⁰ Ω) на нити скапливается отрицательный заряд и разность потенциалов между нитью и катодом быстро падает, в результате чего разряд обрывается. После этого чувствительность счётчика восстанавливается через 10^-1-10^-3 сек (время разрядки ёмкости С через сопротивление R). Такое большое время нечувствительности неудобно для многих применений. Ввиду этого несамогасящиеся счётчики, в которых гашение разрядов обеспечивается сопротивлением R, были вытеснены самогасящимися счётчиками (предложены Тростом), которые к тому же более стабильны. В них благодаря специальному газовому наполнению (инертный газ с примесью сложных молекул, например паров спирта, и небольшой примесью галогенов - хлора, брома, и́ода) разряд сам собой обрывается даже при малых сопротивлениях R. Время нечувствительности самогасящегося счётчика Гейгера - Мюллера счётчик10^-4 сек.

Электрические импульсы во внешней цепи, возникающие при вспышках разряда в Г. - М. с., усиливаются и регистрируются электромагнитным счётчиком или пересчётной схемой. На рис. 3 приведена счётная характеристика Г. - М. с. - зависимость числа N регистрируемых в единицу времени импульсов от приложенного к счётчику напряжения V. Рабочий участок характеристики (плато) имеет протяжённость от нескольких десятков в до нескольких сот в. На плато число отсчётов практически равно числу ионизующих частиц, попадающих в счетчик.

Г. - М. с. используют во многих областях физики, в биологии и медицине, в археологии, геологии и технике.

Лит.: Принципы и методы регистрации элементарных частиц, пер. с англ., М., 1963; Калашникова В. И., Козодаев М, С., Детекторы элементарных частиц, М. 1966 (Экспериментальные методы ядерной физики, ч, 1).

Рис. 1. Схема стеклянного счётчика Гейгера - Мюллера: 1 - герметически запаянная стеклянная трубка; 2 - катод (тонкий слой меди на трубке из нержавеющей стали); 3 - вывод катода; 4 - анод (тонкая натянутая нить).

Рис. 2. Схема включения счётчика Гейгера - Мюллера.

Рис. 3. Счётная характеристика счётчика Гейгера - Мюллера.