Scyntylator to substancja, która pod wpływem promieniowania jonizującego emituje promieniowanie widzialne lub bliskie widzialnemu. Dzieje się to za sprawą zjawiska pochłaniania promieniowania jonizującego np. kwantu gamma przez atom ośrodka i wybijania elektronu na wyższe pozycje. Taki elektron rekombinuje czyli powraca do swojego stanu podstawowego ale nie może tego uczynić od tak. Musi najpierw pozbyć się nadmiaru energii i czyni to wysyłając kwant promieniowania widzialnego. Zjawisko to nazywa się luminescencją. Scyntylator to dobry rodzaj przetwornika promieniowania jonizującego na światło. Ma tę przewagę nad detektorami gazowymi, że ma większą gęstość a zatem występuję większe prawdopodobieństwo oddziaływania niż w gazie jak to ma miejsce w licznikach Geigera - Moullera. Liczba wybitych fotonów luminescencji jest w przypadku scyntylatorów lepszą miarą dawki promieniowania pochłoniętego bo scyntylatory lepiej oddają gęstość ciała ludzkiego.

Same scyntylatory mogą mieć postać ciał stałych lub cieczy, na zdjęciu Nr 6 pokazałem kawałek scyntylatora, który udało mi się wyciąć z detektora od tomografu. Jest to monokryształ jodku sodu aktywowany talem. Substancja bardzo uciążliwa w stosowaniu bo jest bardzo krucha, wrażliwa na światło i niestety higroskopijna.

Rys. 7 Monokryształ przechowywany w oleju silikonowym.

Niestety tak już często jest, że im coś jest lepsze pod jakimś względem musi być w innej materii bardziej kłopotliwe. Jodek sodu ma bardzo dobre właściwości spektrometryczne. Znaczy to, że może być z powodzeniem stosowany nie tylko do detekcji obecności cząstek promieniowania czy określania dawki promieniowania, ale także do analizy wartości energetycznych tych cząstek co pozwala na określenie rodzaju promieniowania oraz źródeł z jakich pochodzą.
Więcej na temat scyntylatorów i budowy detektorów napiszę w dalszej części opracowania, gdy przystąpię do budowy tej części detektora. Teraz zacznę od początku czyli od prawidłowego podłączenia fotopowielacza. Niezbędne będzie źródło wysokiego napięcia i tu od razu wspomnę, że fotopowielacz można skonfigurować co najmniej na kilka sposobów.

Rys. 8 Diagram podłączenia fotopowielacza do zasilania napięciem dodatnim.

W konfiguracji zasilania fotopowielacza jak na rys Nr 8 anoda spolaryzowana jest wysokim napięciem dodatnim i elektrony z fotokatody przyłączonej do zerowego potencjału podążają w jej kierunku. Oczywiście anodę do zasilania należy przyłączyć przez rezystor wysokiego napięcia o dużej rezystancji podobnie jak w liczniku Geigera - Moullera z co najmniej kilku powodów. Pierwszy do zabezpieczenie fotopowielacza przed przepływem zbyt wysokich prądów a kolejny to możliwość zobrazowania spadku napięcia na anodzie, gdy uderzy w nią strumień wtórnych elektronów. Gdyby rezystor nie miał odpowiednio dużej wartości rezystancji prąd natychmiast by napłynął ze źródła i uniemożliwił powstanie spadku napięcia.
Przy prawidłowo dobranych parametrach, gdy na detektor nie pada światło anoda ma wysoki potencjał, lecz gdy strumień wtórnych elektronów na nią padnie, potencjał gwałtownie się obniży i powstanie impuls, który może przejść przez kondensator separujący składową stałą od układu wzmacniania. Dalej ten impuls może zostać wzmocniony, policzony, przeanalizowany ....
W konfiguracji z rysunku nr. 5 rzecz ma się trochę inaczej bo to anoda jest podciągnięta przez rezystor do potencjału zerowego a wysokie napięcie spoczywa na fotokatodzie. Jednak by możliwy był przepływ elektronów do anody, fotokatodę trzeba zasilić napięciem ujemnym. Zasada działania jest podobna bo anoda, która ma potencjał zero, po uderzeniu strumienia elektronów nagle zmieni swój potencjał na ujemny co znów można zaobserwować. Odpowiednia wartość rezystora podciągającego "gasi" powstałe impulsy, ale wartość ta musi być też precyzyjnie dobrana bo za duża wartość zmniejszy rozdzielczość - impulsy będą na siebie nachodzić, a zbyt mała uniemożliwi prawidłową ich obserwację.

Rys. 9 Schemat przetwornicy wysokiego napięcia ujemnego. (kliknij by powiększyć).

Rezystorki spróbujemy później jakieś dobrać, a tym czasem potrzebujemy źródła wysokiego napięcia. W moim projekcie postanowiłem podłączyć fotopowielacz w konfiguracji z zasilaniem napięciem ujemnym. Jako źródło zbudowałem przetwornicę z malutkim transformatorkiem wysokonapięciowym od drukarki laserowej. Na początku miałem zastosować cały moduł, ale miał on zbyt wysokie napięcie i brak było precyzyjnej regulacji.

Rys. 10 Mozaika płytki PCB (kliknij by powiększyć).

Wylutowany transformatorek, który będzie można zobaczyć na kolejnych zdjęciach trzeba troszeczkę przerobić - musimy przewinąć mu uzwojenie pierwotne. Jak widać na schemacie transformator będzie zasilany przeciwsobnie więc musimy nawinąć uzwojenie z jednym odczepem w środku.

Rys. 11 Projektowanie przetwornicy na płytce prototypowej.

Zawsze, zanim przystąpię do projektowania płytki, cały układ buduję na płytce prototypowej. Z autopsji mogę poświadczyć, że chroni to przed rozczarowaniami i nie potrzebną stratą czasu związaną z projektowaniem, przerabianiem i ponownym wykonywaniem PCB.

Rys. 12 Płytka przetwornicy w trakcie montażu.

Teraz mały przykład jak ważne jest dokładne sprawdzanie zamówień na realizacje przez firmy zewnętrzne. Jak widać na obrazie projektu PCB, zrobiłem opis elementów na płytce co znacząco ułatwia montaż i poprawia estetykę. Jednak w trakcie zamawiana na formularzu przeoczyłem zaznaczenie nadruku opisu i miałem dość smutną minę, gdy dostałem płytkę i zobaczyłem że jest goła od strony opisu :(

Rys. 13 Zmontowana płytka PCB.