Скачать или смотреть Szintillationszähler (einfach und anschaulich erklärt)

In diesem Video geht es um den Szintillationszähler. Hier seht ihr den vereinfachten Aufbau. Schauen wir was passieren kann, wenn ein Gammaphoton auf den Szintillator trifft. Dabei kann das Gammaphoton seine Energie zum Beispiel vollständig über den Fotoeffekt an ein Elektron des Szintillatormaterials abgeben. Dieses Elektron erhält soviel Energie, dass es das Atom verlässt und gegen Elektronen von anderen Atomen stößt. Durch die Stöße werden die anderen Elektronen in höhere Energiezustände anhgehoben. Wenn die angeregten Elektronen wieder zurück in ihren Grundzustand fallen, emittieren die Elektronen Licht.
Ein Teil dieses emittierten Lichts trifft auf die Photokathode, wodurch über den Photoeffekt Elektronen freigesetzt werden. Diese freien Elektronen werden zur ersten Dynode beschleunigt. Die Dynode besteht aus einem speziellen Material, das durch den Einschlag eines Elektrons weitere Elektronen freisetzt. Die Dynoden sind in einer Kaskade angeordnet und jeweils durch Widerstände miteinander verbunden, wodurch an den einzelnen Widerständen Teilspannungen der Gesamtspannung anliegen. Die freigesetzten Elektronen werden an den Dynoden multipliziert und landen schließlich auf der Anode. Von dort fließen sie durch einen Messwiderstand zum Pluspol. Der dabei entstehende elektrische Impuls gibt Aufschluss über die Intensität der Strahlung und damit über die ursprüngliche Energie des Gammaphotons. Je größer der Impuls, umso mehr Energie hatte die einfallende Strahlung. Ein Impulshöhenanalysator stellt die gemessenen Werte in einem Diagramm dar, wobei auf der x-Achse die Energie und auf der y-Achse die Häufigkeit aufgetragen wird. Besonders entscheidend für das Gammaspektrum ist der sogenannte Photopeak, der entsteht, wenn ein Gammaphoton seine gesamte Energie durch den Photoeffekt an ein Elektron im Szintillator überträgt. Dieser Peak ist relativ breit, da die Photonen, die durch den Übergang der angeregten Elektronen in den Grundzustand in alle möglichen Richtungen fliegen können. So können zum Teil nur wenige Photonen auf die Photoplatte treffen oder so wie hier gezeigt alle Photonen. Manchmal fliegen somit wenige Elektronen von der Photoplatte auf die erste Dyode und manchmal mehr. Das führt zu unterschiedlich hohen Impulsen am Widerstand und damit zu einem breiten Peak.
Ein weiterer wichtig Punkt im Diagramm ist die Compton-Kante, die auftritt, wenn ein Gammaphoton auf ein Elektron trifft und um 180° zurückreflektiert wird. Dabei gibt das Photon seine maximal mögliche Energie durch den Compton-Effekt an das Elektron ab. Diese Energie ist berechenbar und im Diagramm sichtbar. Das freie Elektron hat in diesem Fall nicht die gesamte Energie des Gammaphotons wie beim Fotoeffekt erhalten. Somit ist auch die Bewegungsenergie des freien Elektrons geringer und dadurch kann das freie Elektron dieses mal nur weniger weitere Elektronen auf ein höheres Energieniveau anheben. Wird ein Photon in einem anderen Winkel als 190° zurückgestreut, erhält das getroffene Elektron noch weniger Energie. In diesen Fällen werden Energien gemessen, die sich links von der Compton-Kante befinden.
Darüber hinaus gibt es den sogenannten Rückstreupeak: Hier trifft ein Gammaphoton zunächst auf ein Elektron außerhalb des Szintillators, verliert Energie und trifft dann mit geringerer Energie auf den Szintillator, wo es durch den Photoeffekt erneut Energie abgibt. Der entstehende Impuls ist dementsprechend geringer.
Ganz links im Diagramm finden sich weitere Peaks. Diese entstehen, wenn Gammaphotonen auf die Wand des Strahlerstifts treffen und Elektronen aus der K-Schale freisetzen. Beim Zurückfallen dieser Elektronen entsteht Röntgenstrahlung, die eine geringere Energie als Gammastrahlung besitzt. Deshalb wird dieser Peak weiter links im Diagramm angezeigt.