scintillatiematerialen

Scintillatiematerialen zijn vaste of vloeibare stoffen die luminescentie produceren bij blootstelling aan ioniserende straling. Wanneer straling het materiaal bereikt, wordt energie omgezet in zichtbaar licht. Dit licht kan vervolgens door fotodetectoren, zoals fotomultipliers of siliconen fotodiodes, omgezet worden in elektrische signalen voor detectie en kwantitatieve analyse. Scintillatoren worden toegepast in medische beeldvorming, kernfysica, beveiliging en industriële nondestructieve testen.

Het werkingsprincipe berust op excitatie van het kristal en activatorcentra die luminesceren. Ioniserende straling veroorzaakt excitatie en ionisatie van het materiaal; activatorcentra geven emissie in het zichtbare spectrum. Belangrijke eigenschappen zijn de lichtopbrengst (fotonen per MeV), het emissiespectrum, de decaysnelheid (timing) en de dichtheid/stopkracht die de interactie met straling bepaalt.

Veelvoorkomende inorganic scintillatoren zijn NaI(Tl), CsI(Tl), BGO, LSO:Ce en LuAG:Ce. NaI(Tl) heeft een hoge lichtopbrengst maar is hygroscopisch; CsI(Tl) is minder gevoelig voor vocht en geeft groen-geel licht. BGO biedt hoge stopkracht maar lagere lichtopbrengst en langere decay. LSO/LYSO:Ce combineert hoge dichtheid met snelle emissie en goede lichtopbrengst; SrI2:Eu heeft uitstekende lichtopbrengst maar hogere prijs. Plastics en organische vloeistoffen zijn goedkoper, sneller maar met lagere stopping power.

Organische scintillatoren omvatten kunststof scintillatoren (polystyreen of polyvinyltoluene met fluorescente dopers) en vloeibare scintillatoren. Ze bieden snelle timing en are eenvoudig te vormen, maar lagere dichtheid en lagere lichtopbrengst.

Toepassingen omvatten PET- en SPECT-imaging, röntgen- en gammastralingdetectie in kernfysica en veiligheid, en industriële nondestructieve tests. Uitdagingen omvatten hygroscopiciteit, kristalgroeiproblemen, afterglow en stralingsschade, evenals afstemming op fotodetectoren zoals PMT en SiPM.