Szintillation (Strahlenphysik)

Die Elektronen regen Atome oder Moleküle im Kristallgitter des Szintillators an. Beim anschließenden Übergang der Elektronen in energetisch niedrigere Zustände wird ein Teil der Energie in Form sichtbarer oder ultravioletter Lichtphotonen abgegeben. Die entstehenden Lichtblitze werden als Szintillationen bezeichnet. Szintillation ist damit eine spezielle Form der Lumineszenz und eng mit der Fluoreszenz verwandt.

Eigenschaften von Szintillatoren

Für den Einsatz in Detektoren müssen Szintillatormaterialien bestimmte Eigenschaften besitzen:

• hohe Lichtausbeute, d.h. viele Lichtphotonen pro absorbiertem Strahlungsquant
• kurze Abklingzeit, damit einzelne Ereignisse zeitlich getrennt detektiert werden können
• hohe Absorptionsfähigkeit für ionisierende Strahlung, häufig durch Materialien mit hoher Ordnungszahl
• optische Transparenz für das emittierte Licht

Viele Szintillatoren enthalten Aktivatoren (Dotierungen), die zusätzliche Energieniveaus im Kristallgitter erzeugen und so die Lichtemission effizienter machen.

Typische Szintillatormaterialien sind:

• Natriumiodid dotiert mit Thallium (NaI:Tl)
• Cäsiumiodid (CsI:Tl)
• Cadmiumtungstat (CdWO₄)
• Bismutgermanat (BGO)
• Gadoliniumoxysulfid (Gd₂O₂S)

Radiologie und Nuklearmedizin

Szintillation ist die physikalische Grundlage vieler Detektoren für ionisierende Strahlung. Dabei absorbiert der Szintillator Röntgen- oder Gammaphotonen und wandelt deren Energie in sichtbares Licht um. Dieses Licht wird anschließend von Photodetektoren registriert, beispielsweise durch Photomultipliern oder Halbleiterdetektoren.

Das Szintillationsprinzip wird u.a. eingesetzt in:

• Szintillationsdetektor
• Gamma-Kamera
• Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
• Computertomographie-Detektoren
• Verstärkungsfolien

Durch die Umwandlung eines einzelnen hochenergetischen Photons in zahlreiche Lichtphotonen kann die Strahlung sehr empfindlich nachgewiesen werden.