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 हैजो आपतित विकिरण के प्रतिक्रिया में फोटॉन उत्पन्न करता है, एक संवेदनशील फोटोडिटेक्टर (सामान्यतः एक प्रकाश गुणक नली (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 इलेक्ट्रॉनिक्स (वैद्युतकशास्त्र) 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 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 नव-उपलब्ध अत्यधिक संवेदनशील प्रकाश गुणक नली 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। 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 स्पेक्ट्रम 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 नली 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 ताकि वे ट्यूब के पहले डायनोड पर प्रहार करें। डायनोड पर एकल इलेक्ट्रॉन के प्रभाव से कई द्वितीयक इलेक्ट्रॉन अवमुक्त करते 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। त्वरित क्षेत्र प्रदान करने के लिए प्रत्येक चरण पहले की तुलना में उच्च क्षमता पर 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 पन्नी, जैसे कि एल्युमिनाइज्ड माइलर, का प्रायः उपयोग किया जाता है, यद्यपि इसमें कम पर्याप्त द्रव्यमान होना चाहिए ताकि मापी जा रही आपतित विकिरण के अनुचित क्षीणन को कम किया जा सके।

प्रकाश गुणक नली पर लेख में नली के संचालन का विस्तृत विवरण दिया गया है।

जांच सामग्री
स्किंटिलेटर में एक पारदर्शी क्रिस्टल होता है, आमतौर पर एक फॉस्फर, प्लास्टिक (आमतौर पर अंगारिन होता है) या कार्बनिक तरल (तरल जगमगाहट की गिनती देखें) जो आयनकारी विकिरण से प्रभावित होने पर प्रतिदीप्त होता है।

क्रिस्टलीय रूप में सीज़ियम आयोडाइड (सीएसआई) प्रोटॉन और अल्फा कणों का पता लगाने के लिए सिंटिलेटर के रूप में प्रयोग किया जाता है। सोडियम आयोडाइड (NaI) जिसमें थोड़ी मात्रा में थालियम होता है, गामा तरंगों का पता लगाने के लिए एक सिंटिलेटर के रूप में उपयोग किया जाता है और जिंक सल्फाइड (ZnS) व्यापक रूप से अल्फा कणों के डिटेक्टर 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 (LiI) का उपयोग न्यूट्रॉन डिटेक्टरों में किया जाता है।

गामा
गामा किरण | गामा-किरण संसूचक (प्रति इकाई आयतन) की क्वांटम दक्षता संसूचक में इलेक्ट्रॉनों के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है, और सोडियम आयोडाइड और बिस्मथ जर्मनेट जैसे कुछ प्रस्फुटित पदार्थ उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व प्राप्त करते हैं। कुछ तत्वों की उच्च परमाणु संख्याएँ जिनसे वे बने हैं। हालांकि, सेमीकंडक्टर डिटेक्टर, विशेष रूप से हाइपरप्योर जर्मेनियम, में सिंटिलेटर्स की तुलना में बेहतर आंतरिक ऊर्जा रिज़ॉल्यूशन होता है, और जहां गामा-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए संभव हो, उन्हें प्राथमिकता दी जाती है।

न्यूट्रॉन
न्यूट्रॉन डिटेक्टरों के मामले में, हाइड्रोजन से भरपूर स्किंटिलिंग सामग्री के उपयोग के माध्यम से उच्च दक्षता प्राप्त की जाती है जो सिद्धांत न्यूट्रॉन को कुशलता से बिखराती है। लिक्विड स्किंटिलेशन काउंटिंग बीटा कण की मात्रा निर्धारित करने का एक कुशल और व्यावहारिक साधन है।

अनुप्रयोग
सिंटिलेशन काउंटरों का उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में विकिरण को मापने के लिए किया जाता है, जिसमें हैंड हेल्ड सर्वेक्षण मीटर, कार्मिक और रेडियोधर्मी संदूषण, चिकित्सा इमेजिंग, रेडियोमेट्रिक परख, परमाणु सुरक्षा और परमाणु संयंत्र सुरक्षा के लिए पर्यावरण निगरानी शामिल है।

परिवहन के दौरान संभावित खतरनाक गामा उत्सर्जक सामग्री का पता लगाने के लिए जगमगाहट काउंटरों का उपयोग करते हुए कई उत्पादों को बाजार में पेश किया गया है। इनमें फ्रेट टर्मिनल, सीमा सुरक्षा, बंदरगाहों, वे ब्रिज एप्लिकेशन, स्क्रैप मेटल यार्ड और परमाणु कचरे के संदूषण की निगरानी के लिए डिजाइन किए गए जगमगाहट काउंटर शामिल हैं। गंदे बमों या रेडियोधर्मी कचरे के कारण सुरक्षा स्थिति के मामले में त्वरित प्रतिक्रिया के लिए पिक-अप ट्रकों और हेलीकाप्टरों पर जगमगाहट काउंटरों के प्रकार हैं।  हाथ से चलने वाली इकाइयाँ भी आमतौर पर उपयोग की जाती हैं।

हाथ में उपयोग के लिए चयन मार्गदर्शन
यूनाइटेड किंगडम में, स्वास्थ्य और सुरक्षा कार्यकारी, या एचएसई ने संबंधित आवेदन के लिए सही विकिरण माप उपकरण का चयन करने पर एक उपयोगकर्ता मार्गदर्शन नोट जारी किया है। यह सभी विकिरण उपकरण प्रौद्योगिकियों को शामिल करता है, और जगमगाहट डिटेक्टरों के उपयोग के लिए एक उपयोगी तुलनात्मक मार्गदर्शिका है।

अल्फा और बीटा संदूषण
रेडियोधर्मी संदूषण मॉनिटर, क्षेत्र या व्यक्तिगत सर्वेक्षणों के लिए एक बड़े पहचान क्षेत्र की आवश्यकता होती है ताकि निगरानी की गई सतहों के कुशल और त्वरित कवरेज को सुनिश्चित किया जा सके। इसके लिए एक बड़े क्षेत्र की खिड़की और एक एकीकृत फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब के साथ एक पतला सिंटिलेटर आदर्श रूप से अनुकूल है। वे कर्मियों और पर्यावरण के रेडियोधर्मी संदूषण निगरानी के क्षेत्र में व्यापक आवेदन पाते हैं। डिटेक्टरों को आवेदन के आधार पर एक या दो जगमगाहट सामग्री के लिए डिज़ाइन किया गया है। सिंगल फॉस्फर डिटेक्टरों का उपयोग या तो अल्फा या बीटा के लिए किया जाता है, और दोहरी फॉस्फर डिटेक्टरों का उपयोग दोनों का पता लगाने के लिए किया जाता है। अल्फा पार्टिकल डिटेक्शन के लिए जिंक सल्फाइड जैसे स्किंटिलेटर का उपयोग किया जाता है, जबकि बीटा डिटेक्शन के लिए प्लास्टिक स्किंटिलेटर का उपयोग किया जाता है। परिणामी जगमगाती ऊर्जाओं में विभेद किया जा सकता है ताकि अल्फ़ा और बीटा गणनाओं को एक ही डिटेक्टर से अलग-अलग मापा जा सके, इस तकनीक का उपयोग हैंड-हेल्ड और फिक्स्ड मॉनिटरिंग उपकरण दोनों में किया जाता है, और ऐसे उपकरण गैस आनुपातिक डिटेक्टर की तुलना में अपेक्षाकृत सस्ते होते हैं।

गामा
जगमगाहट सामग्री का उपयोग परिवेश गामा खुराक माप के लिए किया जाता है, हालांकि संदूषण का पता लगाने के लिए एक अलग निर्माण का उपयोग किया जाता है, क्योंकि किसी पतली खिड़की की आवश्यकता नहीं होती है।

एक स्पेक्ट्रोमीटर
के रूप में

Scintillators अक्सर उच्च ऊर्जा विकिरण के एक एकल फोटॉन को निम्न-ऊर्जा फोटोन की उच्च संख्या में परिवर्तित करते हैं, जहां इनपुट ऊर्जा के प्रति इलेक्ट्रॉनवोल्ट फोटॉनों की संख्या काफी स्थिर होती है। फ्लैश की तीव्रता (एक्स-रे या गामा फोटॉन द्वारा उत्पादित फोटॉन की संख्या) को मापकर मूल फोटॉन की ऊर्जा को समझना संभव है।

स्पेक्ट्रोमीटर में एक उपयुक्त स्किंटिलेटर क्रिस्टल, एक फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब और फोटोमल्टीप्लायर द्वारा उत्पादित दालों की ऊंचाई को मापने के लिए एक सर्किट होता है। दालों को उनकी ऊंचाई के अनुसार गिना और क्रमबद्ध किया जाता है, जो कि कुछ अतिरिक्त कलाकृतियों के साथ, स्किन्टिलेटर फ्लैश चमक बनाम फ्लैश की संख्या का एक्स-वाई प्लॉट तैयार करता है, जो घटना विकिरण के ऊर्जा स्पेक्ट्रम का अनुमान लगाता है। एक मोनोक्रोमैटिक गामा विकिरण अपनी ऊर्जा पर एक फोटोपीक पैदा करता है। डिटेक्टर कम ऊर्जाओं पर भी प्रतिक्रिया दिखाता है, जो कॉम्पटन स्कैटरिंग के कारण होता है, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े के निर्माण के लिए फोटोपीक के नीचे 0.511 और 1.022 MeV ऊर्जा पर दो छोटे पलायन शिखर जब एक या दोनों विलोपन फोटॉन बच जाते हैं, और एक backscatter शिखर। उच्च ऊर्जा को तब मापा जा सकता है जब दो या दो से अधिक फोटॉन लगभग एक साथ डिटेक्टर पर वार करते हैं (पाइलअप (डिसएम्बिगेशन)|पाइल-अप, डेटा अधिग्रहण श्रृंखला के समय समाधान के भीतर), दो या दो से अधिक के मान तक ऊर्जा के साथ योग चोटियों के रूप में दिखाई देता है। फोटोपीक जोड़ा गया

यह भी देखें

 * गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी
 * गीगर काउंटर
 * तरल जगमगाहट गिनती
 * लुकास सेल
 * कोलाहल प्रभाव
 * फोटॉन गिनती
 * सिन्टीग्राफी
 * कुल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी