Szintillator
von lateinisch: scintillare – flackern
Englisch: scintillator
Definition
Ein Szintillator ist ein Material, das bei Absorption ionisierender Strahlung kurze Lichtblitze (Szintillationen) emittiert. Dabei wird die Energie der einfallenden Strahlung in sichtbares oder ultraviolettes Licht umgewandelt. Szintillatoren werden in der Strahlenphysik und medizinischen Bildgebung zur Detektion ionisierender Strahlung eingesetzt.
Physikalische Grundlagen
Trifft ionisierende Strahlung, z.B. Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung, auf einen Szintillator, wird ihre Energie zunächst auf Elektronen des Materials übertragen. Dies geschieht meist über den Photoeffekt oder die Compton-Streuung. Die dabei entstehenden schnellen Sekundärelektronen regen Atome oder Moleküle im Kristallgitter des Materials an. Beim anschließenden Übergang in energetisch niedrigere Zustände wird ein Teil der Energie in Form sichtbarer oder ultravioletter Photonen abgegeben. Diese Lichtemission wird als Szintillation bezeichnet.
Für den Einsatz in Detektoren besitzen Szintillatoren typischerweise folgende Eigenschaften:
- hohe Lichtausbeute
- kurze Abklingzeit der Lichtemission
- hohe Absorptionsfähigkeit für ionisierende Strahlung
- gute optische Transparenz für das emittierte Licht
Viele Szintillatoren sind mit sogenannten Aktivatoren dotiert, die zusätzliche Energieniveaus im Kristallgitter erzeugen und so die Effizienz der Lichtemission erhöhen.
Typische Szintillatormaterialien sind:
- Natriumiodid dotiert mit Thallium (NaI:Tl)
- Cäsiumiodid (CsI:Tl)
- Cadmiumtungstat (CdWO₄)
- Bismutgermanat (BGO)
- Gadoliniumoxysulfid (Gd₂O₂S)
Anwendung
Szintillatoren werden in verschiedenen Detektorsystemen verwendet, z.B.:
- Szintillationsdetektor
- Gamma-Kamera
- Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
- Computertomographie-Detektoren
- Verstärkungsfolien
Dabei wird die Energie ionisierender Strahlung zunächst im Szintillator in Licht umgewandelt und anschließend mit einem Photodetektor registriert.