Материал, который испускает свет при прохождении через него частицы, используется для детектирования.Сцинтиллятор — это материал, который поглощает энергию ионизирующего излучения или частиц и переизлучает её в виде вспышки видимого или ультрафиолетового света. Этот световой импульс пропорционален переданной энергии, что позволяет детекторам измерять как наличие, так и энергию приходящих частиц. Сцинтилляторы являются рабочей лошадкой физики частиц, медицинской визуализации и радиационной безопасности, преобразуя невидимое излучение в сигнал, который могут считать фотодетекторы.
Первым практическим сцинтиллятором был экран из сульфида цинка, использованный Эрнестом Резерфордом в 1911 году для обнаружения альфа-частиц. Современные неорганические сцинтилляторы, такие как NaI(Tl), были разработаны в 1940-х годах Робертом Хофштадтером, который также стал пионером их применения в гамма-спектроскопии.
Когда заряженная частица проходит через сцинтиллятор, она возбуждает электроны в материале, переводя их на более высокие энергетические уровни. Когда эти электроны возвращаются в основное состояние, они испускают фотоны. В органических сцинтилляторах механизм включает молекулярное возбуждение и флуоресценцию; в неорганических кристаллах, таких как иодид натрия, он включает создание электрон-дырочных пар, которые рекомбинируют на центрах активации (например, примесях таллия), производя свет. Испущенные фотоны затем собираются фотоэлектронным умножителем или фотодиодом и преобразуются в электрический сигнал.
Сцинтилляторы используются в медицинских ПЭТ-сканерах, детекторах частиц в ЦЕРНе, дозиметрах излучения и даже в каротаже при разведке нефти. Последние разработки включают гибкие сцинтилляционные волокна, вплетённые в одежду для мониторинга радиации в реальном времени.
Световой выход сцинтиллятора может быть настолько быстрым, что позволяет различать события, разделённые менее чем на наносекунду, что даёт возможность отслеживать частицы, движущиеся почти со скоростью света.
