Loi de Birks
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La loi de Birks[1],[2] (nommé d'après le physicien britannique John B. Birks)[3] est une formule empirique liant le rendement lumineux à la longueur de trajet à la perte d'énergie par longueur de trajet d'une particule traversant un scintillateur. Celle-ci donne une relation non-linéaire pour un taux de perte élevée.
Principe
La relation est la suivante:
.
Avec:
- L est le rendement lumineux;
- S est l'efficacité du scintillement;
- est la perte d'énergie par longueur de trajet;
- est la constante de Birks.
Pour un scintillateur polystyrène[4], vaut 0,126 mm/MeV et entre 1,26× 10−2 et 2,07× 10−2 g/(MeV cm2) pour les scintillateurs à base de polyvinyltoluene[5] [terme français manquant].
Birks supposa que la perte de linéarité de la relation est due à la recombinaison et l'effet d'extinction entre les molécules dites "excitées" et le substrat environnant.
La loi de Birks a principalement été testée dans des scintillateurs organiques. Son application aux scintillateurs inorganiques reste débattue. Un de ces débat figure dans Accelerators: Organic scintillators[6]. Un ensemble de constante de Birks pour différents matériaux peut être trouvé dans Semi-empirical calculation of quenching factors for ions in scintillators[7],[8]. Enfin, une théorie de la saturation du scintillement, qui donne la loi de Birks pour seulement la désexcitation unimoléculaire, peut être trouvée dans un ouvrage de Blanc, Cambou et De Laford.
Notes et références
- J. B. Birks, « Scintillations from Organic Crystals: Specific Fluorescence and Relative Response to Different Radiations », Proceedings of the Physical Society A, vol. 64, , p. 874–877 (ISSN 0370-1328, DOI 10.1088/0370-1298/64/10/303, lire en ligne, consulté le )
- (en) John B. Birks, The Theory and Practice of Scintillation Counting,
- https://web.archive.org/web/20170107095718/http://www.lsc-international.org/conf/pfiles/lsc1979_vol_1_011.pdf
- B. D. Leverington, M. Anelli, P. Campana et R. Rosellini, « A 1 mm Scintillating Fibre Tracker Readout by a Multi-anode Photomultiplier », arXiv:1106.5649 [hep-ex, physics:nucl-ex, physics:physics], (lire en ligne, consulté le )
- (en) L. Torrisi, « Plastic scintillator investigations for relative dosimetry in proton-therapy », Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, vol. 170, nos 3-4, , p. 523–530 (ISSN 0168-583X, DOI 10.1016/S0168-583X(00)00237-8, lire en ligne, consulté le )
- https://pdg.lbl.gov/2011/reviews/rpp2011-rev-particle-detectors-accel.pdf
- V. I. Tretyak, « Semi-empirical calculation of quenching factors for ions in scintillators », Astroparticle Physics, vol. 33, no 1, , p. 40–53 (DOI 10.1016/j.astropartphys.2009.11.002, lire en ligne, consulté le )
- (en) S. Nyibule, J. Tõke, E. Henry et W. U. Schröder, « Birks׳ scaling of the particle light output functions for the EJ 299-33 plastic scintillator », Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, vol. 768, , p. 141–145 (ISSN 0168-9002, DOI 10.1016/j.nima.2014.09.056, lire en ligne, consulté le )
