सिंटिलेशन काउंटर
एक प्रस्फुरण गणित्र (सिंटिलेशन काउंटर) एक प्रस्फुरण सामग्री पर आपतित विकिरण के उत्तेजना प्रभाव का उपयोग करके और परिणामी प्रकाश स्पंदो का संसूचन के द्वारा आयनकारी विकिरण का संसूचन और मापन के लिए एक उपकरण है।
इसमें एक प्रस्फुरक होता है जो आपतित विकिरण के प्रतिक्रिया में फोटॉन उत्पन्न करता है, एक संवेदनशील फोटोडिटेक्टर (सामान्यतः एक प्रकाश गुणक नलिका (फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब) (पीएमटी), एक चार्ज-युग्मित उपकरण (सीसीडी) कैमरा या एक फोटोडायोड), जो प्रकाश के संकेत को संसाधित करने के लिए एक विद्युत संकेत और इलेक्ट्रानिकी में परिवर्तित करता है।
प्रस्फुरण गणित्रो का व्यापक रूप से विकिरण सुरक्षा, रेडियोधर्मी सामग्री की परख और भौतिकी अनुसंधान में उपयोग किया जाता है क्योंकि उन्हें अच्छी क्वांटम दक्षता के साथ सस्ते में बनाया जा सकता है, तथा आपतित विकिरण की तीव्रता और ऊर्जा दोनों को माप सकते हैं।
इतिहास
पहला इलेक्ट्रॉनिक प्रस्फुरण गणित्र का आविष्कार वर्ष 1944 में सर सैमुअल क्यूरन द्वारा किया गया था[1][2] जब वे बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में मैनहट्टन परियोजना पर काम कर रहे थे। यूरेनियम की छोटी मात्रा से विकिरण को मापने की आवश्यकता थी और उनका नवाचार अमेरिका के रेडियो निगम द्वारा बनाए गए नया-प्राप्य अत्यधिक संवेदनशील प्रकाश गुणक नलिका में से एक का उपयोग करना था, जिससे कि विकिरण के अधीन एक प्रस्फुरक से प्रकाश की चमक की सही गणना की जा सके। यह पहले के शोधकर्ताओं जैसे एंटोनी हेनरी बेकरेल के काम पर बनाया गया था, जिन्होंने वर्ष 1896 में यूरेनियम लवणों के स्फुरदीप्ति पर काम करते हुए रेडियोधर्मिता की खोज की थी। पहले प्रस्फुरण की स्थितियों को एक स्पिंथारिस्कोप का उपयोग करके आंखों से श्रमसाध्य रूप से पता लगाया जाता था जो प्रस्फुरक में प्रकाश की चमक का निरीक्षण करने के लिए एक सरल सूक्ष्मदर्शी था। पहला वाणिज्यिक तरल प्रस्फुरण गणित्र लायल ई. पैकार्ड द्वारा बनाया गया था और वर्ष 1953 में शिकागो विश्वविद्यालय में आर्गन कैंसर रिसर्च अस्पताल को बेच दिया गया था। उत्पादन मॉडल विशेष रूप से ट्रिटियम और कार्बन-14 के लिए अभिकल्पित किया गया था जो कि विवो और इन विट्रो में चयापचय अध्ययन में उपयोग किया गया था।[3] तत्पश्चात पैकर्ड इंस्ट्रूमेंट कंपनी ने एक ट्राई-कार्ब लिक्विड प्रस्फुरण गणित्र का उत्पादन आरम्भ किया, जिसमें एक स्वचालित नमूना परिवर्तक सम्मिलित था। इस अग्रिम ने आणविक जीव विज्ञान के क्षेत्र के विश्लेषण में अधिक सुधार किया है, जिसमें सैकड़ों नमूनों के उपेक्षित सहसा क्रमिक गणना की अनुमति दी गई है।
संचालन
जब एक आयनकारी कण प्रस्फुरक सामग्री में हस्तांतरित होता है, तो परमाणु एक दीशा के साथ उत्तेजित होते हैं। आवेशित कणों के लिए वह दीशा स्वयं कण का पथ होता है। गामा किरणों (अनावेशित) के लिए, उनकी ऊर्जा या तो प्रकाश विद्युत प्रभाव, कॉम्प्टन प्रकीर्णन या युग्मोत्पादन के माध्यम से एक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन में परिवर्तित हो जाती है।
प्रायः प्रस्फुरक में परमाणु व्युत्तेजन का रसायन दृश्यमान वर्णक्रम के नीले सिरे के पास कम ऊर्जा वाले फोटॉनों का उत्पादन करती है। यह मात्रा आयनीकरण कण द्वारा निक्षिप्त की गई ऊर्जा के समानुपाती होती है। इन्हें एक प्रकाश गुणक नलिका के फोटोकैथोड पर निर्देशित किया जा सकता है जो फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण प्रत्येक आने वाले फोटॉन के लिए अधिकतम एक इलेक्ट्रॉन का उत्सर्जन करता है। प्राथमिक इलेक्ट्रॉन का यह समूह इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से त्वरित होता है और एक विद्युत क्षमता द्वारा केंद्रित होता है जिससे कि वे नलिका के पहले डायनोड पर प्रहार करें। डायनोड पर एकल इलेक्ट्रॉन के प्रभाव से कई द्वितीयक इलेक्ट्रॉन अवमुक्त होते हैं जो परिणामस्वरूप दूसरे डायनोड पर प्रहार करने के लिए त्वरित होते हैं। प्रत्येक परवर्ती डायनोड प्रभाव के कारण अधिक इलेक्ट्रॉन अवमुक्त होते हैं, और इसलिए प्रत्येक डायनोड स्तर में एक विद्युत प्रवर्धक प्रभाव होता है। प्रत्येक चरण त्वरणशील क्षेत्र प्रदान करने के लिए पूर्व की तुलना में अत्यधिक सामर्थ्य है।
एनोड पर परिणामी उत्पादन संकेत प्रस्फुरक में एक मूल आयनीकरण स्थिति से फोटोन के प्रत्येक समूह का एक मापनीय स्पंद है जो कि फोटोकैथोड पर पहुंचता है और मूल आपतित विकिरण की ऊर्जा के बारे में जानकारी रखता है। जब इसे एक चार्ज एम्पलीफायर को सिंचित किया जाता है जो ऊर्जा की जानकारी को एकीकृत करता है, तो एक उत्पादक स्पंद प्राप्त होता है जो कण की ऊर्जा के समानुपाती होता है और प्रस्फुरक को उत्तेजित करता है।
प्रति एकांक समय में ऐसे स्पंदनों की संख्या से भी विकिरण की तीव्रता की जानकारी मिलती है। कुछ अनुप्रयोगों में एकाकी स्पंदो की गणना नहीं की जाती है, बल्कि केवल एनोड पर औसत विद्युत का उपयोग विकिरण तीव्रता के माप के रूप में किया जाता है।
प्रस्फुरक को सभी परिवेशी प्रकाश से परिरक्षित करना अनिवार्य है ताकि बाहरी फोटॉन आपतित विकिरण के कारण होने वाली आयनीकरण स्थितियों को आप्लावित न कर दें। इसे प्राप्त करने के लिए एक पतली अपारदर्शी पर्णिका, जैसे कि एल्युमिनाइज्ड माइलर, का प्रायः उपयोग किया जाता है, यद्यपि इसमें कम पर्याप्त द्रव्यमान होना चाहिए जिससे कि मापी जा रही आपतित विकिरण के अनुचित क्षीणन को कम किया जा सके।
प्रकाश गुणक नलिका पर लेख में नलिका के संचालन का विस्तृत विवरण दिया गया है।
संसूचन सामग्री
प्रस्फुरक में एक पारदर्शी क्रिस्टल होता है, सामान्यतः एक फॉस्फर, प्लास्टिक (सामान्यतः एन्थ्रेसीन होता है) या कार्बनिक तरल (तरल प्रस्फुरण गणन देखें) जो आयनीकरण विकिरण द्वारा घर्षण होने पर प्रतिदीप्त होता है ।
क्रिस्टलीय रूप में सीज़ियम आयोडाइड (सीएसआई) प्रोटॉन और अल्फा कणों के संसूचन के लिए प्रस्फुरक के रूप में प्रयोग किया जाता है। सोडियम आयोडाइड (एनएआई) जिसमें निम्न मात्रा में थालियम होता है, गामा तरंगों के संसूचन के लिए एक प्रस्फुरक के रूप में उपयोग किया जाता है और जिंक सल्फाइड (जेडएनएस) व्यापक रूप से अल्फा कणों के संसूचक के रूप में उपयोग किया जाता है। जिंक सल्फाइड वह पदार्थ है जिसका उपयोग रदरफोर्ड ने अपने प्रकीर्णन प्रयोग के लिए किया था। लिथियम आयोडाइड (एलआईआई) का उपयोग न्यूट्रॉन संसूचकों में किया जाता है।
डिटेक्टर क्षमता
गामा
एक गामा किरण संसूचक (प्रति इकाई आयतन) की क्वांटम दक्षता संसूचक में इलेक्ट्रॉनों के घनत्व पर निर्भर करती है, और सोडियम आयोडाइड और बिस्मथ जर्मनेट जैसे कुछ प्रस्फुटित पदार्थ जिन तत्वों से बने होते हैं उनके उच्च परमाणु संख्या के परिणामस्वरूप उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व प्राप्त करते हैं। यद्यपि, अर्धचालकों पर आधारित संसूचकों, शेष रूप से अतिश्योक्त जर्मेनियम में प्रस्फुरकों की तुलना में उत्तम आंतरिक ऊर्जा वियोजन होता है, और जहां गामा-किरण स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए संभव हो, उन्हें प्राथमिकता दी जाती है।
न्यूट्रॉन
न्यूट्रॉन प्रस्फुरकों के विषय में हाइड्रोजन में पर्याप्त प्रस्फुरण सामग्री के उपयोग के माध्यम से उच्च दक्षता प्राप्त की जाती है जो न्यूट्रॉन का कुशलतापूर्वक प्रकीर्णन करती है। तरल प्रस्फुरण गणित्र बीटा विकिरण की मात्रा निर्धारित करने का एक कुशल और व्यावहारिक साधन है ।
अनुप्रयोग
प्रस्फुरण गणित्र का उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में विकिरण को मापने के लिए किया जाता है, जिसमें हस्त विकिरण सर्वेक्षण मीटर, कार्मिक और रेडियोधर्मी संदूषण के लिए कार्यकर्ता और पर्यावरणीय अनुश्रवण, चिकित्सा प्रतिबिंबन रेडियोमेट्रिक परख, परमाणु सुरक्षा और परमाणु संयंत्र सुरक्षा सम्मिलित है।
परिवहन के समय संभावित संकटपूर्ण गामा उत्सर्जक सामग्री के संसूचन के लिए प्रस्फुरण गणित्र का उपयोग करते हुए कई उत्पादों को व्यापार में प्रस्तावित किया गया है। इनमें फ्रेट टर्मिनल (माल अंतस्थल), सीमा सुरक्षा, बंदरगाहों, वे ब्रिज(धर्मकांटा) अनुप्रयोग, उच्छिष्ट धातु प्रांगण (स्क्रैप मेटल यार्ड) और परमाणु अपशिष्ट के संदूषण अनुश्रवण के लिए अभिकल्पित किए गए प्रस्फुरण गणित्र सम्मिलित हैं। डर्टी बम या रेडियोधर्मी अपशिष्ट के कारण सुरक्षा स्थिति के अवस्था में त्वरित प्रतिक्रिया के लिए अनेक प्रकार के प्रस्फुरण गणित्र को पिक-अप ट्रकों और हेलीकाप्टरों पर आरूढ़ किया जाता हैं।[4][failed verification][5][failed verification] हस्त इकाइयां भी सामान्यतः उपयोग की जाती हैं।[6]
हस्त उपयोग के लिए चयन मार्गदर्शन
यूनाइटेड किंगडम स्वास्थ्य और सुरक्षा कार्यकारी या एच एस ई, ने संबंधित अनुप्रयोग के लिए सही विकिरण माप उपकरण का चयन करने पर एक उपयोगकर्ता मार्गदर्शन सूचना निर्गत किए है। यह सभी विकिरण उपकरण प्रौद्योगिकियों को सम्मिलित करता है, और प्रस्फुरण संसूचकों के उपयोग के लिए एक उपयोगी तुलनात्मक मार्गदर्शिका है।[7]
विकिरण संरक्षण
अल्फा और बीटा संदूषण
रेडियोधर्मी संदूषण अनुवीक्षक, क्षेत्र या व्यक्तिगत सर्वेक्षणों के लिए एक बड़े संसूचक क्षेत्र की आवश्यकता होती है ताकि अनुश्रवण की गई सतहों के कुशल और त्वरित विस्तृत सूचना को सुनिश्चित किया जा सके। इसके लिए एक बड़े क्षेत्र की खिड़की और एक एकीकृत प्रकाश गुणक नलिका के साथ एक पतला प्रस्फुरक आदर्श रूप से अनुकूल है। वे कर्मियों और पर्यावरण के रेडियोधर्मी संदूषण अनुश्रवण के क्षेत्र में व्यापक अनुप्रयोग प्राप्त करते हैं। संसूचकों को आवेदन के आधार पर एक या दो प्रस्फुरण सामग्री के लिए अभिकल्पित किया गया है। "एकल फॉस्फर" संसूचकों का उपयोग या तो अल्फा या बीटा के लिए किया जाता है, और "दोहरा फॉस्फर" संसूचकों का उपयोग दोनों का संसूचन के लिए किया जाता है।[8]
अल्फा कण संसूचन के लिए जिंक सल्फाइड जैसे प्रस्फुरक का उपयोग किया जाता है, जबकि बीटा संसूचन के लिए प्लास्टिक(कृत्रिम) प्रस्फुरक का उपयोग किया जाता है। परिणामी प्रस्फुरण ऊर्जाओं में विभेदित किया जा सकता है ताकि अल्फा और बीटा गणना को एक ही संसूचक से स्वतंत्र रूप से मापा जा सके, इस तकनीक का उपयोग हस्त और स्थिर अनुश्रवण उपकरण दोनों में किया जाता है, और ऐसे उपकरण गैस आनुपातिक संसूचक की तुलना में अपेक्षाकृत सस्ते होते हैं ।
गामा
प्रस्फुरण सामग्री का उपयोग परिवेश गामा अंश माप के लिए किया जाता है, यद्यपि संदूषण का संसूचन के लिए एक विभिन्न निर्माण का उपयोग किया जाता है, क्योंकि किसी पतली खिड़की की आवश्यकता नहीं होती है।
एक स्पेक्ट्रोमीटर के रूप में
प्रायः प्रस्फुरक उच्च ऊर्जा विकिरण के एक एकल फोटॉन को निम्न-ऊर्जा फोटोन की उच्च संख्या में परिवर्तित करते हैं, जहां निविष्ट ऊर्जा के प्रति मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट फोटॉन की संख्या काफी स्थिर होती है। प्रकाश की तीव्रता (एक्स-रे या गामा फोटॉन द्वारा उत्पादित फोटॉन की संख्या) को मापकर मूल फोटॉन की ऊर्जा में प्रभेद करना संभव है।
स्पेक्ट्रोमीटर में एक उपयुक्त प्रस्फुरक क्रिस्टल, एक प्रकाश गुणक नलिका और प्रकाश गुणक द्वारा उत्पादित स्पंदों की ऊंचाई को मापने के लिए एक परिपथ होता है। स्पंदों को उनकी ऊंचाई के आधार पर गिना और क्रमबद्ध किया जाता है, जो प्रस्फुरक प्रकाश ध्युति के विरुद्ध प्रकाश की संख्या के एक्स-वाई प्लॉट का निर्माण करता है, जो कुछ अतिरिक्त विरूपण साक्ष्य के साथ घटना विकिरण के ऊर्जा स्पेक्ट्रम का अनुमान लगाता है। एकवर्णी (मोनोक्रोमैटिक) गामा विकिरण अपनी ऊर्जा पर एक फोटोपीक उत्पन्न करता है। संसूचक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े के निर्माण के लिए फोटोपीक के नीचे 0.511 और 1.022 एमइवी ऊर्जा पर कॉम्प्टन प्रकीर्णन के कारण होने वाली निम्न ऊर्जा पर प्रतिक्रिया दर्शाता है, जब एक या दोनों विलोपन फोटॉन सुरक्षित निकल जाते हैं तो एक बैकस्कैटर शिखर पर होता है। उच्च ऊर्जा को तब मापा जा सकता है जब दो या दो से अधिक फोटॉन संसूचक पर लगभग एक साथ प्रहार करते हैं (डाटा अधिग्रहण श्रृंखला के समय रिज़ॉल्यूशन के भीतर ढेर हो जाते हैं), अथवा दो या दो से अधिक फोटोपीक के मूल्य तक ऊर्जा के साथ शिखर के रूप में दिखाई देते हैं।[8]
यह भी देखें
- गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी
- गीगर गणित्र
- तरल प्रस्फुरण गणित्र
- लुकास सेल
- कोलाहल प्रभाव
- फोटॉन गणना
- सिन्टीग्राफी
- संपूर्ण अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी
संदर्भ
- ↑ Curran, Samuel C. (1949). Counting tubes, theory and applications (in English). Academic Press (New York). p. 235. OL 17868379M.
- ↑ Oxford Dictionary of National Biography
- ↑ Joerges, Bernward (2001). Instrumentation Between Science, State and Industry (Sociology of the Sciences Yearbook, 22) (in English). Kluwer Academic Publishers. p. 270. ISBN 978-1402002427
- ↑ "Automatic Radiation Detection and Monitoring System". Archived from the original on 2014-08-14.
- ↑ "Automatic Radiation Detection Vehicles". Archived from the original on 2014-08-14.
- ↑ Portable MicroR Survey Meters Archived 2009-12-07 at the Wayback Machine
- ↑ "Selection, use and maintenance of portable monitoring instruments" (PDF). Health & Safety Executive. 2001. Archived from the original on 6 October 2012. Retrieved 6 October 2012.
{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link) - ↑ Jump up to: 8.0 8.1 Glenn F Knoll. Radiation Detection and Measurement, third edition 2000. John Wiley and sons, ISBN 0-471-07338-5
