Detektory v rentgenové a neutronové difrakci

 

Nikolaj Ganev, Stanislav Vratislav, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT, V Holešovičkách 2, 180 00 Praha 8

 

  1. Detekce rentgenového záření

 

            Všechny procesy, na nichž jsou založeny detekce, měření a registrace intenzity

rentgenového záření používaného v difrakční strukturní analýze (E=3÷20 keV), zahrnují takovou interakci fotonu rtg. záření s elektronem vnitřní hladiny atomu, při níž dochází k jeho úplné absorpci. V tom je základní rozdíl od mechanizmu detekce nabitých částic, které odevzdávají detektoru jen část své energie. K detekci fotonů rentgenového záření jsou obvykle využívány tyto sekundární efekty doprovázející jeho absorpci:

            Podle těchto vlastností lze detektory rentgenových paprsků klasifikovat do čtyř hlavních skupin:

            a) fotografický film,

            b) ionizační komora,

               proporcionální detektor,

               Geigerův-Müllerův detektor,

            c) fluorescenční stínítka,

                scintilační detektory,

            d) polovodičové detektory.

            Jiné členění umožňuje druh absorbujícího prostředí (inertní plyn, pevná látka) nebo

způsob konstrukce (detektory bodové a polohově citlivé). Společným kritériem použitelnosti

všech typů detektorů v rentgenové difrakční analýze je citlivost v oblasti vlnových délek (0,05 ÷ 0,25) nm. S výjimkou fluorescenčních stínítek a fotografického filmu jsou na detektory kladeny ještě další požadavky, např. možnost indikace prostorově úzkých svazků (≈ 10mm2), rozsah měření intenzit 10-1 ÷ 106 impulsů za sekundu, přesnost (0,1 ÷ 1)%.

            U bodových detektorů dává každé absorbované kvantum elektrický impuls. Intenzita

záření se vyjadřuje počtem impulsů za jednotku času - výsledky měření jsou tedy vhodné ke

zpracování výpočetní technikou. V bodovém detektoru se registrují všechna pohlcená kvanta

stejným způsobem, nezávisle na tom, kterým bodem vstupního okénka vniklo kvantum záření do pracovního prostoru. Proto má okénko malé rozměry a k určení směru šíření rtg. paprsků musí bodový detektor měnit v prostoru svou polohu.

            Polohově citlivý detektor (PSD - position sensitive detector) nahrazuje funkci detektoru v kombinaci s difraktometrickým zařízením. Současnou detekcí fotonů difraktovaných v širokém oboru úhlů 2Θ jsou získávány údaje jak o množství fotonů, tak o jejich relativní poloze. Kromě intenzity záření se tedy těmito detektory stanovují zároveň i souřadnice bodu okénka, v němž kvantum záření do detektoru proniklo. Tato kvantitativní informace je dále elektronicky upravena pro numerické zpracování získaného difrakčního diagramu.

            Polohově citlivé detektory mají dvě hlavní přednosti:

          odpadá potřeba objemných a drahých mechanizmů charakteristických pro konvenční

difraktometry,

          umožňují shromáždit kvantitativní údaje současně ze širokého úhlového oboru 2Θ (≈20°) pro numerické zpracování.

 

 

B. Detektory v neutronové difrakci

 

Vzhledem t tomu, že neutrony nemají vlastní elektrický náboj, nelze přímo elektronicky registrovat jejich průlet. Metody detekce jsou proto založeny na jaderných reakcích, jejichž produktem jsou nabité částice, které mohou být registrovány.

 

K detekci neutronů u stacionárních zdrojů se zpravidla používají proporcionální plynové detektory; jejich činnost je nejčastěji založena na některé z jaderných reakcí

 

                                                

nebo

                                               

 

V případě scintilačního detektoru jsou neutrony absorbovány v plastovém nebo skleněném scintilátoru obohaceném  a ZnS. Nabité částice produkované při jaderné reakci

 

                                              

vyvolávají excitace elektronů v scintilátoru, jejichž zánik má za následek emisi světelných kvant. Pomocí světlovodu jsou vzniklé fotony odváděny k fotonásobiči, kde jsou detektovány.

 

V posledním období se stále častěji uplatňují polohově citlivé detektory neutronů.