Zespół naukowców z Zakładu Fizyki Detektorów i Diagnostyki Plazmy w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) przeprowadził testy nowego, hybrydowego scyntylatora, który łączy zalety kilku materiałów i może znaleźć zastosowanie tam, gdzie kluczowa jest niezawodność.

Scyntylatory stanowią ważny element systemów detekcyjnych promieniowania jonizującego. Są to substancje, w których przechodząca cząstka promieniowania przenikliwego powoduje krótkotrwały błysk światła. To światło jest następnie rejestrowane przez detektor i zamieniane na sygnał, który można zmierzyć. Dzięki temu scyntylatory pomagają „zobaczyć” niewidzialne promieniowanie i są wykorzystywane m.in. w medycynie (np. w tomografii PET), w badaniach naukowych, energetyce jądrowej czy systemach bezpieczeństwa (np. do wykrywania materiałów radioaktywnych).

W ciągu ostatnich dwóch dekad technologia scyntylacyjna uległa istotnym przemianom. Duży nacisk położono na rozwój tzw. bezpiecznych scyntylatorów – zdolnych do rozróżniania promieniowania gamma i neutronowego, a jednocześnie nietoksycznych, niepalnych, trwałych i odpornych na niekorzystne warunki środowiskowe. Dotychczas stosowane scyntylatory ciekłe, mimo wysokiej skuteczności, miały liczne ograniczenia – zwłaszcza pod względem rozmiaru, kształtu oraz bezpieczeństwa użytkowania. W odpowiedzi na te wyzwania pojawiły się nowe rozwiązania, takie jak scyntylatory plastikowe (np. EJ-276 czy M-600) oraz szklane (OGS), opracowane m.in. przez zespoły z Lawrence Livermore National Laboratory, Target Systemelektronik GmbH oraz Sandia National Laboratories.

Najnowszym przedstawicielem tej grupy materiałów jest BSO-406 – hybrydowy scyntylator opracowany w Sandia National Laboratories. Ten nowatorski materiał jest kompozytem składającym się w 40% z organicznego szkła scyntylacyjnego (OGS) i w 60% z polistyrenu. Proporcja stanowi kompromis między wydajnością świetlną, a wytrzymałością mechaniczną i odpornością na czynniki zewnętrzne. BSO-406 nie wymaga ochronnych powłok i może być stosowany w detektorach o złożonej geometrii.

Właściwości materiału poddano szczegółowym badaniom w Zakładzie Fizyki Detektorów i Diagnostyki Plazmy w Narodowym Centrum Badań Jądrowych, gdzie porównano go z innymi scyntylatorami: plastikowymi EJ-276 i M-600, ciekłym EJ-309 oraz czystym szkłem organicznym BSO-100 (OGS). Celem było określenie przydatności BSO-406 w zaawansowanych systemach detekcyjnych, szczególnie tam, gdzie konieczne jest rozróżnianie sygnałów od promieniowania gamma i neutronowego.

— Wydajność świetlna BSO-406 okazała się tylko o 40% niższa niż w przypadku czystego szkła organicznego, co należy uznać za bardzo dobry wynik, biorąc pod uwagę obecność 60% polistyrenu. To wynik nico gorszy w porównaniu z ciekłymi scyntylatorami, lecz znacznie lepszy niż w przypadku plastików — komentuje dr hab. inż. Martyna Grodzicka-Kobyłka, prof. NCBJ, pierwsza autorka artykułu, opublikowanego w Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A.

Szczególną uwagę zwrócono także na zdolność do rozróżniania promieniowania, ocenianą metodą PSD (pulse shape discrimination). — Choć najlepsze wyniki uzyskały scyntylatory – ciekły i szklany, BSO-406 osiągnął najwyższy dotąd poziom separacji promieniowania gamma/neutron wśród materiałów zawierających plastik— dodaje dr Tomasz Szczęśniak, współautor badania.

Zespół z NCBJ podkreśla, że hybrydowy BSO-406 może stanowić atrakcyjną alternatywę dla dotychczasowych materiałów — zapewniając równowagę pomiędzy wydajnością, bezpieczeństwem i odpornością mechaniczną. Jego właściwości sprawiają, że może znaleźć zastosowanie m.in. w mobilnych systemach detekcji promieniowania, gdzie kluczowe są niezawodność, niska toksyczność i łatwość formowania.

Pełne wyniki badań są dostępne w publikacji: 
M. Grodzicka-Kobylka, T. Szczesniak, L. Adamowski, L. Swiderski, K. Brylew, A. Syntfeld-Każuch, W. K. Warburton, J. S Carlson, J. J. Valiente-Dobón, Comparison of an OGS/Polystyrene scintillator (BSO-406) with pure OGS (BSO-100), EJ-276, EJ-309, and M600 scintillators, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 1077, 2025, 170559.
https://doi.org/10.1016/j.nima.2025.170559