Sintilasyon (fizik) - Scintillation (physics)

Sintilasyon , bir parçacığın (bir elektron , bir alfa parçacığı , bir iyon veya yüksek enerjili bir foton ) geçişi ile şeffaf bir malzemede üretilen bir ışık parlamasıdır . Pratik uygulamalar için sintilatör ve sintilasyon sayacına bakın .

Genel Bakış

Sintilasyon süreci biridir lüminesans karakteristik spektrum ışık emilmesi ardından yayılan bu suretle radyasyon . Yayılan radyasyon genellikle absorbe edilenden daha az enerjiktir. Sintilasyon, konjuge ve aromatik organik moleküllerde doğal bir moleküler özelliktir ve bunların elektronik yapılarından kaynaklanır. Tuzlar, gazlar ve sıvılar dahil olmak üzere birçok inorganik malzemede sintilasyon da meydana gelir.

İnorganik kristallerin sintilasyonu

Gama ışınları gibi fotonlar için genellikle talyumla aktive edilmiş NaI kristalleri (NaI (Tl)) kullanılır. Daha hızlı bir yanıt için (ancak çıktının yalnızca% 5'i) CsF kristalleri kullanılabilir.

Organik sintilatörlerin sintilasyonu

Organik bir molekülün π-elektronik enerji seviyeleri. S ₀ temel durumdur. S ₁ , S ₂ , S ₃ uyarılmış singlet durumlarıdır. T ₁ , T ₂ , T ₃ uyarılmış üçlü durumlardır. S ₀₀ , S ₀₁ , S ₁₀ , S ₁₁ vb. Titreşim alt seviyeleridir.

Organik moleküllerde sintilasyon, π-orbitallerin bir ürünüdür . Organik malzemeler, moleküllerin Van der Waals kuvvetleri tarafından gevşek bir şekilde bağlandığı moleküler kristaller oluşturur . ¹² C'nin temel durumu 1s ² 2s ² 2p ^2'dir . Değerlik bağı teorisinde, karbon bileşikleri oluşturduğunda, 2s elektronlarından biri 2p durumuna uyarılır ve 1s ² 2s ¹ 2p ³ konfigürasyonuyla sonuçlanır . Karbonun farklı değerliklerini açıklamak için, dört değerlik elektron orbitali, biri 2s ve üç 2p, çeşitli alternatif konfigürasyonlarda karıştırılmış veya hibritlenmiş olarak kabul edilir. Örneğin, bir dört yüzlü konfigürasyonda s ve p ³ orbitalleri, dört hibrit orbital üretmek için birleşir. Üçgen konfigürasyon olarak bilinen başka bir konfigürasyonda, p-orbitallerinden biri (p _z diyelim ) değişmeden kalır ve s, p _x ve p _y orbitallerinin karıştırılmasıyla üç hibrit orbital üretilir . Molekülün (sp ² ) bağlanma eksenleri ve düzlemi etrafında simetrik olan orbitaller σ elektronları olarak bilinir ve bağlara σ-bağları denir. P _z orbitaline π orbitali denir. İki π-orbital etkileşime girdiğinde bir interact-bağı oluşur. Bu, düğüm düzlemleri eş düzlemli olduğunda meydana gelir.

Bazı organik moleküllerde π-orbitaller, ortak bir düğüm düzlemi oluşturmak için etkileşime girer. radyasyon tarafından heyecan Bu formu delokalize π-elektronları. Delokalize electron-elektronların uyarılmasının kaldırılması ışıldama ile sonuçlanır.

Π-elektron sistemlerinin uyarılmış durumları, çevre serbest elektron modeli (Platt 1949) ile açıklanabilir. Bu model, hiçbir C atomunun ikiden fazla halkaya ait olmadığı ve her C atomunun çevrede olduğu yoğunlaştırılmış benzenoid halkalar sistemlerinden oluşan polisiklik hidrokarbonları tanımlamak için kullanılır.

Halka, çevresi l olan bir daire olarak yaklaştırılabilir. Elektron yörüngesinin dalga işlevi, bir düzlem döndürücünün durumunu karşılamalıdır:

${\ displaystyle \ psi (x) = \ psi (x + l) \,}$

Schrödinger dalga denklemine karşılık gelen çözümler şunlardır:

${\ displaystyle {\ begin {align} \ psi _ {0} & = \ left ({\ frac {1} {l}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \\\ psi _ { q1} & = \ left ({\ frac {2} {l}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ cos {\ left ({\ frac {2 \ pi \ qx} {l} } \ sağ)} \\\ psi _ {q2} & = \ left ({\ frac {2} {l}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ sin {\ left ({\ frac {2 \ pi \ qx} {l}} \ right)} \\ E_ {q} & = {\ frac {q ^ {2} \ hbar ^ {2}} {2m_ {0} l ^ {2} }} \ end {hizalı}}}$

burada q yörünge halkası kuantum sayısıdır; dalga fonksiyonunun düğüm sayısı. Elektron yukarı ve aşağı dönebildiğinden ve daire etrafında her iki yönde de dönebildiğinden, en düşük olanlar hariç tüm enerji seviyeleri iki kat bozulur.

Yukarıdakiler organik bir molekülün π-elektronik enerji seviyelerini göstermektedir. Radyasyonun absorpsiyonunu S ₁ durumuna moleküler titreşim izler . Bunu, floresans adı verilen S ₀ durumuna bir de-eksitasyon izler . Üçlü devletlerin nüfusu başka yollarla da mümkündür. Üçlü durumlar, tekli durumlardan çok daha uzun bir bozulma süresiyle bozunur, bu da bozunma sürecinin yavaş bileşeni olarak adlandırılan şeyle sonuçlanır (flüoresan süreci hızlı bileşen olarak adlandırılır). Belirli bir parçacığın (dE / dx) belirli enerji kaybına bağlı olarak, "hızlı" ve "yavaş" durumlar farklı oranlarda işgal edilir. Bu durumların ışık çıkışındaki bağıl yoğunluklar, bu nedenle farklı dE / dx için farklılık gösterir. Sintilatörlerin bu özelliği, puls şeklinin ayrımına izin verir: puls şekline bakarak hangi partikülün tespit edildiğini belirlemek mümkündür. Tabii ki, şekil farkı, uyarılmış durumların azalmasından kaynaklandığından, darbenin arka tarafında görülebilir.

Ayrıca bakınız

• Pozitron emisyon tomografi

Referanslar