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Il meccanismo di scintillazione

Nei cristalli inorganici e negli alogenuri alcalini in particolare, il processo che porta all'emissione di fotoni di scintillazione é legato alla presenza di livelli energetici intermedi fra la banda di valenza e la banda di conduzione.

Nei cristalli non drogati, l'emissione di fotoni di scintillazione é un processo poco probabile. Per aumentare la probabilità di emissione di fotoni di scintillazione, al cristallo vengono aggiunte tracce di altri elementi. La presenza di questi elementi in tracce ha l'effetto di creare una modificazione nella struttura dei livelli energetici del cristallo, inserendo alcune bande energeticamente intermedie fra la banda di valenza e la banda di conduzione.
 
 

 
 

Lo spettro dei fotoni di scintillazione é diverso per i diversi cristalli inorganici. L'emissione non é monocromatica, ma una ampia banda con un massimo ad una lunghezza d'onda caratteristica.

Anche il tempo di decacimento della scintillazione é una quantità che varia fra i diversi materiali. Questa caratteristica é anche sfruttata, come vedremo, per la soppressione del fondo strumentale.
 
 

 

Tabella 4.1  

$$\lambda_{max}$$ Materiale Densità Cost. Fotoni/keV Indice di

$$\mu$$ (g/cm³) (nm) rifraz.

NaI(Tl) 3.67 415 0.23 38 1.85

CsI(Tl) 4.51 540 1. 52 1.8

CsI(Na) 4.51 420 0.63 39 1.84 7.

BGO 7.13 505 0.3 8.2 2.15

Cd WO₄ 7.9 470 5/20 12 2.2

Gd₂SiO₅(Ce) 6.71 440 0.06 8 1.85

 

Alcune caratteristiche comuni agli alogenuri alcalini sono:

• una leggera ma ben misurabile non linearità nella quantità di luce prodotta per energia unitaria al variare dell'energia depositata nel materiale
• una dipendenza dalla temperatura della quantità diluce prodotta
• una dipendenza dalla temperatura della costante di decadimento della scintillazione.

5/13/1998