Scintillaatiodetektorit

Scintillaatiodetektorit ovat ionisoivaa säteilyä havaitsevia laitteita, jotka perustuvat scintillaatiomateriaaliin. Kun säteily vuorovaikuttaa materiaalin kanssa, se saa aikaan valonpulsseja. Näitä valonpulsseja kerätään fotodetektorilla ja muunnetaan sähköiseksi signaaliksi. Detektorit mahdollistavat sekä energian että ajoituksen mittauksen ja niitä käytetään erityisesti gamma- ja röntgensäteiden havaitsemiseen sekä kuvantamiseen.

Yleisimmät epäorgaaniset scintillaattorit ovat NaI(Tl), CsI(Tl), BGO sekä LYSO/LSO. Materiaalien ominaisuudet vaikuttavat suorituskykyyn: valon tuotanto, jälkitoiminta, tiheys ja efektiivinen z-luku. Esimerkiksi NaI(Tl) tuottaa noin 38 000 fotonia/MeV ja sen decay-aika on noin 250 ns; CsI(Tl) antaa suuremman valon tuotannon mutta pidemmän jälkitoimintajakson; BGO on erittäin tiheä mutta matalamman valon tuoton omaava; LYSO/LSO on nopea (noin 40 ns) ja tiheä, mikä soveltuu sekä PET:iin että nopeisiin mittauksiin.

Detektorit koostuvat scintillaatiokristallipalikoista, jotka ovat optisesti kytkettyjä fotodetektoriin, usein PMT:hen tai nykyisin SiPM- tai APD-sähkökytkimiin. Kerätty valo muuntuu sähköiseksi signaaliksi, jota käytetään energian määrän ja ajoituksen määrittämiseen. Ominaisuuksiin vaikuttavat valon keräämisen tehokkuus, lämpötilariippuvuus sekä kalibrointi; modernit järjestelmät käyttävät digitaalisia muuntimia (ADC/TDC) ja voivat hyödyntää SiPM:ien magnettivapautta ja pienuutta.

Sovelluksia ovat lääketieteellinen kuvantaminen (PET ja SPECT), gamma-spektroskopia sekä säteilyturva- ja materiaalitestaus. Edut: korkea tiheys, hyvä valonkeräys ja hyvä nopeus; haittoja ovat kustannukset, lämpötilariippuvuus sekä joissakin materiaaleissa rajoitettu energianresoluutio. Tutkimus pyrkii kehittämään nopeampia, tehokkaampia ja käytännöllisempiä detektoreita sekä parantamaan kuvanlaatua pienemmillä järjestelmillä.