Lichtentstehung

Organische Szintillatoren sind meist Mischungen aus drei Komponenten: Durch den Energieverlust eines geladenen Teilchens beim Durchfliegen des Szintillators wird ein primärer Fluoreszenzstoff angeregt. Beim Zerfall dieser angeregten Zustände wird ultraviolettes Licht emittiert. Die Absorptionslänge dieses UV-Lichtes beträgt jedoch in den meisten durchsichtigen organischen Materialien nur einige mm [Kle92]. Der primäre Fluoreszenzstoff ist also für sein eigenes Licht nicht transparent. Die Extraktion eines Lichtsignals gelingt nur dadurch, daß ein zweiter fluoreszierender Stoff beigemischt wird, der das primäre Fluoreszenzlicht absorbiert und Licht geringerer Frequenz isotrop reemittiert. Man bezeichnet diese zweite Komponente als ``Wellenlängen-Schieber''. Dieser zweite Fluoreszenzstoff wird so ausgewählt, daß sein Absorptionsspektrum maximal mit dem Emissionsspektrum des ersten Fluoreszenzstoffes überlappt und der Wellenlängenbereich seiner Emission an die Empfindlichkeit der Photokathode angepaßt ist. Oft spielt auch die Beständigkeit gegen Strahlenschäden eine Rolle bei der Auswahl der Fluoreszenzstoffe.
Die beiden ``aktiven'' Komponenten des Szintillators werden mit einer polymerisierenden Substanz vermischt, um die gewünschte Geometrie dauerhaft zu erhalten.

In Abbildung 3.1 wird die Wellenlängenverschiebung am Beispiel von Polystyrol als primäres und PMP420 als sekundäres Fluoreszenzmaterial verdeutlicht.

Abbildung 3.1: Absorptions- und Emissionsspektrum von Polystyrol und dem Szintillator PMP420, aus [Leu95].

Die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten szintillierenden Fasern verschiedener Hersteller basieren alle auf Polystyrol (PS) als primärer Fluoreszenzkomponente. Das Maximum des Emissionsspektrums liegt je nach weiterer Zusammensetzung des Szintillators im grünen (z. B. Kuraray 3HF 530 nm) oder blauen (z. B. Kuraray SCSF-78M 450 nm) Wellenlängenbereich.