闪烁体探测器原理
闪烁体探测器（Scintillation Detector ）是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的，也是目前应用最多、最广泛的电离辐射探测器之一。
入射辐射射入闪烁体并在闪烁体中损耗能量，引起闪烁体原子的电离和激发，受激电子会激发出可见光； 光子经过光传输过程打在光电倍增管光阴级上发生光电效应产生光电子； 光电子的光电倍增管内倍增，最后电子经阳级进入信号处理电路，形成电脉冲信号，被电子学仪器记录下来。
1K PL qeME Q neME U C h C C
εν=
==， 1K PL q N n h E εν==式中，是入射粒子单位能量产生的光电子数。
（4）光阴极吸收光子发射光电子。光电转换率为ε，从阴极到倍增系统中的第一打拿极的传输系数为q ，则光阴极发射并到达第一打拿极的光电子数为'N qR ε=。
（5）光电子在倍增管中倍增，最后到阳极形成电压脉冲。设光电的倍增系数为M ，则在输出端得到MN 个电子，相应的脉冲电荷Q=Emn ，如果它们被全部输出到电容C 收集，则形成一个电压脉冲U 。
（6）这个脉冲通过成形后由射极跟随器或前置放大器输出，被电子学仪器分析记录。
闪烁体探测器的输出脉冲的幅度与入射粒子能量成正比，选择光产额（一定数量的入射粒子所能产生的光子数）大的晶体，提高光收集系数L （要求闪烁体的发射光谱和吸收光谱的重合部分尽量少，同时为减少在闪烁体和倍增管界面上光的损失，常在它们中间加光导或光耦合剂），提高光阴极的光电转换效率ε、电子传输系数q 和光电倍增管的放大倍数M ，都可以使脉冲幅度增大。
闪烁体基本特性
1．发光效率
表征闪烁体将吸收的粒子能量转化为光的本领。常用光输出强度和能量转换效率来表示。光输出强度S 定义：在一次闪烁过程中产生的光子数目R 和带点粒子在闪烁体内损失的能量之比。
()/'R S MeV E =
光子数 能量转换效率P 定义：在一次闪烁过程中产生的光子总能量和带电粒子损失的能量之比。
()00'
Rh P Sh E νν==
3．发射光谱
发射光谱：闪烁体发射的光子数虽波长的分布称为闪烁体的发射光谱； 不同的闪烁体和不同的入射粒子，其光谱特性不同。使用闪烁体时了解它的发射光盘是十分必要的，据此选择与之匹配的光电倍增管，选择合适的光导材料；
4．发光时间和发光衰减时间τ:
1τ为增长时间常数，τ为衰减时间常数；
光子数随时间的变化方程：()()1//01t t N t N e e ττ--=-
5．光衰减长度:
光在闪烁体中传播时，由于吸收、散射而发生的衰减，距离按指数规律衰减。设带电粒子打到闪烁体中某一点时产生的光子数为0N ，那么据此点为x 的闪烁体另一点的光子数为()N x ,则有如下关系
()/0x N x N e λ-=
6．温度效应
7．探测效率
8．辐照效应
溴化镧晶体介绍
溴化镧(3LaBr )晶体是2001年发现的一种新型闪烁晶体，属于六方晶系，空间群为P63/m , 密度为5.3g/cm^3，熔点为783℃。探测器中使用的溴化镧晶体是以溴化镧为基质材料掺杂铈离子激活剂而成，与NaI 晶体（Tl ）一样同属无机闪烁晶体,但相比 NaI 晶体相比具有更高的能量分辨率和光产额，且相比于高纯锗溴化镧更加廉价易得。已有报道表明在掺铈的溴化镧晶体中晶体的光输出高达
60000photons /MeV, 能量分辨率达到3%，且衰减时间仅有20ns。该晶体能提供良好的高光输出，能量分辨率以及快衰减常数的组合，这种特性对于实际应用来说正是我们所期望的。
闪烁体探测器原理 闪烁体探测器（Scintillation Detector ）是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的，也是目前应用最多、最广泛的电离辐射探测器之一。 入射辐射射入闪烁体并在闪烁体中损耗能量，引起闪烁体原子的电离和激发，受激电子会激发出可见光； 光子经过光传输过程打在光电倍增管光阴级上发生光电效应产生光电子； 光电子的光电倍增管内倍增，最后电子经阳级进入信号处理电路，形成电脉冲信号，被电子学仪器记录下来。 1K PL qeME Q neME U C h C C εν= ==， 1K PL q N n h E εν==式中，是入射粒子单位能量产生的光电子数。
（4）光阴极吸收光子发射光电子。光电转换率为ε，从阴极到倍增系统中的第一打拿极的传输系数为q ，则光阴极发射并到达第一打拿极的光电子数为'N qR ε=。 （5）光电子在倍增管中倍增，最后到阳极形成电压脉冲。设光电的倍增系数为M ，则在输出端得到MN 个电子，相应的脉冲电荷Q=Emn ，如果它们被全部输出到电容C 收集，则形成一个电压脉冲U 。 （6）这个脉冲通过成形后由射极跟随器或前置放大器输出，被电子学仪器分析记录。 闪烁体探测器的输出脉冲的幅度与入射粒子能量成正比，选择光产额（一定数量的入射粒子所能产生的光子数）大的晶体，提高光收集系数L （要求闪烁体的发射光谱和吸收光谱的重合部分尽量少，同时为减少在闪烁体和倍增管界面上光的损失，常在它们中间加光导或光耦合剂），提高光阴极的光电转换效率ε、电子传输系数q 和光电倍增管的放大倍数M ，都可以使脉冲幅度增大。 闪烁体基本特性 1．发光效率 表征闪烁体将吸收的粒子能量转化为光的本领。常用光输出强度和能量转换效率来表示。光输出强度S 定义：在一次闪烁过程中产生的光子数目R 和带点粒子在闪烁体内损失的能量之比。 ()/'R S MeV E = 光子数 能量转换效率P 定义：在一次闪烁过程中产生的光子总能量和带电粒子损失的能量之比。 ()00' Rh P Sh E νν==
液体闪烁计数（Liquifd scintillation counting） 液体闪烁计数所用的闪烁体是液态，即将闪烁体溶解在适当的溶液中，配制成为闪烁液，并将待测放射性物质放在闪烁液中进行测量。应用液体闪烁计数可达到4π立体角的优越几何测量条件，而且源的自吸收也可以忽略，对于能量低，射程短、易被空气和其它物质吸收的α射线和低能β射线（如3H和14C），有较高的探测效率，液体闪烁计数器是α射线和低能β射线的首选测量仪器。 1.探测机理 闪烁液产生光子的过程是，从放射源发出的射线能理，首先被溶剂分子吸收，使溶剂分子激发。这种激发能量在溶剂内传播时，即传递给闪烁体（溶质），引起闪烁体分子的激发，当闪烁体分子回到基态时就发射出光子，该光子透过透明的闪闪烁液及样品的瓶壁，被光电倍增管的光阴极接收，继而产生光电子并通过光电倍增管的倍增管的位增极放大，然后被阳极接收形成电脉冲，完成了放射能→光能→电能的转换。 2.闪烁液 液体闪烁计数系统作用的闪烁溶液，是指闪烁瓶中除放射性被测样品之外的其它组分，主要是有机溶剂和溶质（闪烁体），有时为了样品的制备或提高计数效率的需要，还加入其它添加剂。 ⑴溶剂：从β源放射β射线到发射能被肖阴极接收的光妇的这一系列能量转移环节中，能量转移效率是很低的，只有少部分放射能量被利用来发射光子，其中放射源与溶剂之间，能量转移效率大约为5￣10％。对溶剂的选择，主要视其对闪烁体的溶介度和将放射能转移给闪烁体的效率而定。如果以一定浓度的闪烁体在甲苯溶液中产生的脉冲高度为100％，那么，凡能产生80％以上的脉冲高度的都定为溶剂，能使脉冲高度随其浓度上升而逐渐减小的称为稀释液，而在浓度很低时就能引起脉冲高度显著下降的叫淬灭剂。在液体闪烁计数系统中，一个好的溶剂应满足下列条件：①对闪烁体的溶介度高；②对放射源的转移效率高；③对闪烁发射的光子透明度高；④在无论有无助溶剂的帮助下都可以溶介放射性样品；⑤在计数器的工作温度下来结冰；⑥能够形成均相的测量溶液。一般认为，烷基苯是最好的溶剂，如甲苯，二甲苯。此外，苯甲醚也是比较好的溶剂。另外，对于含水量较多的样品，采用1，4－二氧不作为溶剂，因为该有机化合物的极性较大，既能很好地溶介闪烁体又可溶介含水量较多的样品，能改善计数效率，缺点是价格昂贵，冰点高，久放后产生淬灭作用很强的过氧化物，必须经纯化才能使用，并应加入0.001％的二乙基二硫代氨基甲酸钠或丁基氢氧基甲苯（BHT），以抑制纯化的二氧六环变质。溶剂在闪烁溶液中约占99％，因此，它的纯度对闪烁液的品质是很大的影响因素。溶剂中不发光的杂质、氧和水的含量多少，都关系到淬灭程度。原则上讲，溶剂应具有闪烁纯，即不含或很少含有影响闪烁计数的淬灭成分。实际证明，“分析纯”试剂可以不经纯化而直接使用。 ⑵闪烁液：在液体闪烁计数系统中，闪烁体又称荧光体，是闪烁液的溶质，它的很多，根据其荧光特性及作用，可分为两类，即第一闪烁和第二闪烁体。 ①第一闪烁体：（初级闪烁体）：常用的第一闪烁体：对联三苯（TP）：化学结构它是最早使用的闪烁体之一。它的计数率高，价格比较便宜，但是，在低温或含水溶液介度不高。2,5－二苯恶唑（PPO）：化学结构它是目前普遍使用的闪烁体，能很好地溶介在常用的溶剂中，在含水的情况下也是如此，在甲苯中的溶介度达200克／升以上。它的化学性质稳定，价格也较便宜。但是，它的最大缺点是有明显的浓度淬灭（自身淬灭），即随着PPO在溶剂中的浓度升高，计数效率下降。2-苯基－5－（4-二苯基）－1,3,4恶唑（PBD）：化学结构为它是已知的最有效的闪烁体之一。比PPO能耐受浓度淬灭，但是，它的溶介度低，尤其是在低温和含水样品存在时，溶介度下降更快，而且用量比PPO多两倍，价格昂贵。2-（4-t-丁基苯基）-5-（4-二苯基）－1,3,4,恶二唑（丁基－PBD）：化学结构为
三大类探测器比较（闪烁体、半导体、电离室） （闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点的直线，仅在能量低于几百keV（对电子）和（1~2）MeV（对质子）时才偏离直线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。因此测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。NaI(TI)烁体的主要优点是密度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。另外它的发光效率高，因而能量分辨率也较好。它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。 碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作激活剂。铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。碘化铯的密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。与碘化钠相比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。此外，它不易潮解，也不易氧化。但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。碘化铯的主要缺点是光输出比较低，原材料价格较贵。 锗酸铋探头：与碘化钠（TI）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。对0.511MeV γ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的效率和最好的信噪比。BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。在低能区（<<0.5MeV）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于0.511MeV的γ射线，BGO的时间分辨为1.9ns，而碘化钠NaI(TI)的的为0.75ns。BGO的主要缺点是折射率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。价格高。 硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。
闪烁体探测器的基本介绍 秦1林2 （中国石油大学华东，青岛，255680） 摘要：闪烁体探测器是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的，也是目前应用最多、最广泛的电离辐射探测器之一。 关键词：闪烁体；辐射；电离激发 早在1903年，威廉·克鲁克斯就发明了由硫化锌荧光材料制成的闪烁镜并用其观察镭衰变放出的辐射；卢瑟福在其著名的卢瑟福散射实验中也曾使用硫化锌荧光屏观测α粒子。不过，由于传统荧光材料在使用上很不方便，闪烁探测器一直没有大的进展。1947年Coltman和Marshall成功利用光电倍增管测量了辐射在闪烁体内产生的微弱荧光光子，这标志着现代闪烁体探测器的发端。 1.基本构成与原理 闪烁体主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。 图1 闪烁体探测器基本构造 入射辐射在闪烁体内损耗并沉积能量，引起闪烁体中原子（或离子、分子）的电离激发，之后受激粒子退激放出波长接近于可见光的闪烁光子。闪烁光子通过光导射入光电倍增管的光阴极并打出光电子，光电子受打拿级之间强电场的作用加速运动并轰击下一打拿级，打出更多光电子，由此实现光电子的倍增，直到最终到达阳极并在输出回路中产生信号。 2.闪烁体的分类 很多物质都可以在粒子入射后而受激发光，因此闪烁体的种类很多，可以是固体、液体或气体。 闪烁体材料大致可分为以下三类：
（1）用于γ射线探测的CsI(Tl)晶体无机闪烁体：包括碱金属卤化物晶体（如NaI(Tl)、CsI(Tl)等，其中Tl是激活剂）、其他无机晶体（如CdWO4、BGO等）、玻璃体。 （2）有机闪烁体：有机晶体（如蒽、芪等）、有机液体、塑料闪烁体。 （3）气体闪烁体：如氩、氙等。 3 闪烁体的性质 3.1发光效率高 能够将入射带电粒子的动能尽可能多地转换为闪烁光子数。 3.2线性好 入射带电粒子损耗的能量在很大范围内与产生闪烁光子数保持线性关系。3.3发射光谱与吸收光谱不重叠 闪烁体介质对自身发射光是透明的，不存在自吸收。 3.4发光衰减时间短 入射粒子产生闪光的持续时间短，探测器反应快。 3.5其它性质 加工性能好、折射率合适、原料易得且无毒、成本低廉等。一般而言，无机闪烁体的光子产额高、线性好，但发光衰减时间较长；有机闪烁体发光衰减时间短，但光子产额较低。 4 闪烁体的发光机理 不同闪烁体在电离辐射作用下发光的物理机制有很大区别。 4.1无机闪烁体 这类闪烁体的发光机制以掺杂激活剂的碱金属卤化物晶体最为典型。在此类晶体中各原子呈周期性排列，在原子核电场的作用下，原本属于单个原子的核外电子可以以在相邻原子间转移，这样的电子不再固定从属于某个原子，而是从属于整个晶体，这种现象称为晶体中电子的共有化。原先孤立原子中的能级也相互交错重叠形成晶体能带，这些能带又可分为价带与导带，二者之间存在一定宽度的禁带。当电离辐射进入晶体中，原先处于价带的电子受激发跃迁至导带，之后
塑料闪烁体探测器时间分辨 一、实验原理 (一)塑料闪烁体工作原理及特征 塑料闪烁体是一种有机闪烁体计数器，其工作原理可分为以下五个过程： 1.射线进入闪烁体，发生相互作用，闪烁体电离，激发； 2.受激原子、分子退激发射荧光光子； 3.光子收集到光电倍增管的光阴极上，打出光子； 4.光子在光电倍增管上倍增，产生电子流，在阳极负载上产生电信号； 5.电子仪器记录和分析电信号 塑料闪烁体是一种用途广泛的有机闪烁体，他可以测量α、β、γ、快中子、质子、宇宙射线及裂变碎片等。它有以下几个特点： 1.制作简便； 2.发光衰减时间短（1~3ns）； 3.透明度高，光传输性能好； 4.性能稳定，机械强度高，耐振动，耐冲击，耐潮湿，不需要封装； 5.耐辐射性能好 其主要不足是能量分辨本领较差，因此一般只做强度测量。 (二)TAC工作原理 时幅转换器有两路输入型号，一路作为起始信号，一路作为结束信号，将两信号之间的时间间隔转换为电压幅度 有两种类型的TAC：起停型时幅变换和重叠型时幅变换 起停型时幅变换：线性好，时间间隔范围宽（微妙到纳秒），时间分辨好（ps），
通用性强 脉冲重叠型时幅变换：变换速度快，死时间小，线性和精度较差，用于短时间间隔测量，即高计数率时间分析实验中。 (三)时间分辨 对于能量和质量确定的粒子，飞行一定距离所需要的时间是单一的。实际上用飞行时间方法测得的这时间是围绕某一平均值的一个分部，分布的宽度通常用半高 宽FWHM表示，成为时间测量系统的时间分辨，它直接影响到时间测量的精度。 二、实验过程及数据 (一)塑闪响应曲线的测量 由于在不同的电压下塑料闪烁体的性能不同，因此先测量探测器在不同电压下对辐射信号的响应变化。 将放射源放在两个塑闪的中间，测量1000V~1800V电压范围内，10秒时间内定标器所记录的计数：
闪烁体、半导体、电离室三大类探测器比较（闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点的直线，仅在能量低于几百keV（对电子）和（1~2）MeV（对质子）时才偏离直线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。因此测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。NaI(TI)烁体的主要优点是密度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。另外它的发光效率高，因而能量分辨率也较好。它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。 碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作激活剂。铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。碘化铯的密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。与碘化钠相比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。此外，它不易潮解，也不易氧化。但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。碘化铯的主要缺点是光输出比较低，原材料价格较贵。 锗酸铋探头：与碘化钠（TI）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。对0.511MeVγ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的效率和最好的信噪比。BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。在低能区（<<0.5MeV）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于0.511MeV的γ射线，BGO的时间分辨为1.9ns，而碘化钠NaI(TI)的的为0.75ns。BGO的主要缺点是折射率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。价格高。硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。 laBr3是新型卤化物闪烁体，其基本性能已经全面超越了传统的碘化钠闪烁体，谱仪具有比碘化钠更好的能量分辨率、峰形和稳定性。液体闪烁体：对脉冲形状甄别的性能极好，主要用于强γ场中测量快中子，也常用于测量低能弱β射线的发射率。测量β辐射和中子大都选用塑料闪烁体，也可采用有机液体闪烁体； 测量α辐射一般用ZnS（Ag）闪烁体；BGO闪烁体适用于测量低能x射线和高能γ射线；NaI(TI)主要用于探测γ射线。检测3H和14C等放射源的低能β辐射的微弱放射性活度，经常使用液体闪烁体。 （半导体）高纯锗探测器：普遍用于γ射线谱仪中。硅探测器对γ射线的探测效率 很低，锗探测器使用时需要在液氮温度下冷却，这是由于他们的原子序数低和禁带宽度很窄
闪烁计数器的工作原理 闪烁计数器是一种利用射线引起闪烁体的发光而进行记录的辐射探测器。1947年由J.W. 科尔特曼和H.P.卡尔曼所发明。它由闪烁体、光电倍增管（见光电管）和电子仪器等单元组成。 它是由闪烁体（也称荧光体）和光电倍增管构成。常用的闪烁体有NaI（TI）［铊激活］、ZnS（Ag）和有机晶体“蒽”等，它们在射线照射下会发光（闪烁）。它的工作原理是：射线在闪烁体中产生的光子，打到光电倍增管的阴极上产生光电子，光电子的电子流通过倍增管放大并被阳极接收，形成了一个电脉冲，再由仪器的其他部件加以放大记录。碘化钠晶体常用来测量γ射线，硫化锌晶体常用来测量α射线。闪烁计数器的优点是，效率高、记录快，可以测定射线的能量。 闪烁计数器的应用 射线同闪烁体相互作用，使其中的原子、分子电离或激发，被激发的原子、分子退激时发出微弱荧光（见固体发光），荧光被收集到光电倍增管，倍增的电子流形成电压脉冲，由电子仪器放大分析和记录。利用这种现象可探测带电粒子。可用的闪烁体种类很多，用得较多的有NaI（加微量Tl）、CSI（加微量Tl）、ZnS（加微量Ag ）等无机盐晶体和蒽、茋、对联三苯等有机晶体，也有用液体、塑料或气体的闪烁体。闪烁计数器的优点是效率高，有很好的时间分辨率和空间分辨率，时间分辨率达10^-9秒，空间分辨率达毫米量级。它不仅能探测各种带电粒子，还能探测各种不带电的核辐射；不仅能探测核辐射是否存在，还能鉴别它们的性质和种类；不但能计数，还能根据脉冲幅度确定辐射粒子的能量。在核物理和粒子物理实验中应用十分广泛。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关仪器仪表产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/2a8731651.html,/
第三章液体闪烁测量技术 第一节液体闪烁计数的原理 一、液体闪烁测量的特点 液体闪烁（液闪）测量（liquid scintillating counting）是借助闪烁液作为射线能量传递的媒介来进行的一种放射性测量技术。它的技术特点是将待测样品完全溶解或均匀分散在液态闪烁体之中,或悬浮于闪烁液内,或将样品吸附在固体支持物上并浸没于闪烁液中，与闪烁液密切接触；因此射线在样品中的自吸收很少，也不存在探测器壁、窗和空气的吸收等问题，几何条件接近4π。所以，液闪测量对低能量、射程短的射线具有较高的探测效率，尤其是对样品中的3H和14C探测效率显著提高。目前商品供应的液体闪烁计数仪对3H的计数效率 可达50%～60%，对14C及其他能量较高的β- 射线可高达90%以上。 由于β- 射线的电离密度大、在闪烁液中的射程短，绝大部分β - 粒子的能量在闪烁液中 被吸收，又因为闪烁过程中产生的光子数与β- 射线的能量成正比，因而液体闪烁法也可用 于β- 谱测定。 液闪技术还可用于探测α射线、β+射线、低能γ射线，液闪仪也可用于契伦科夫 （Cerenkov）辐射、生物发光和化学发光等方面的测量。液闪测量技术在示踪研究领域中，特别在医学生物学领域已成为最常用的技术之一。 二、液体闪烁测量的原理 液闪测量是对分散在闪烁液中的放射性样品进行直接计数，样品所发射的β-粒子的能量绝大部分先被溶剂吸收，引起溶剂分子电离和激发。大部分受激发分子（约90％）不参与闪烁过程，以热能的形式失去能量；其中部分激发的溶剂分子处于高能态，当其迅速地退激时，便将能量传递给周围的闪烁剂分子[第一闪烁剂（primary scintillator）），使之受激发。受激发的高能态闪烁剂分子退激复原时，能量发生转移，在瞬间发射出光子。当光子的光谱与液体闪烁计数器的光电倍增管阴极的响应光谱相匹配时，便通过光收集系统到达光电倍增管的阴极，转换成光电子，在光电倍增管内部电场作用下，形成次级电子，并被逐级倍增放大，阳极收集这些次级电子后，便产生脉冲。再利用放大器、脉冲幅度分析器和定标器组成 的电子线路，得到脉冲幅度谱，即β- 能谱，最后被记录下来（见图3-1）。整个闪烁过程发 生在闪烁杯内，是通过射线、溶剂与闪烁剂作用完成的。闪烁液中溶剂分子占99％以上，闪烁剂分子的浓度一般在1％以下。由于各种第一闪烁剂分子固有的发光光谱各不相同，为了与光电倍增管的光电阴极响应光谱相匹配，通常需加入第二闪烁剂（secondary scintillator），以达到光谱匹配的目的。
液体闪烁计数器原理及其应用 1. 仪器原理简介 液体闪烁计数器主要测定发生β核衰变的放射性核素，尤其对低能β更为有效。其基本原理是依据射线与物质相互作用产生荧光效应。首先是闪烁溶剂分子吸收射线能量成为激发态，再回到基态时将能量传递给闪烁体分子，闪烁体分子由激发态回到基态时，发出荧光光子。荧光光子被光电倍增管（PM）接收转换为光电子，再经倍增，在PM阳极上收集到好多光电子，以脉冲信号形式输送出去。将信号符合、放大、分析、显示，表示出样品液中放射性强弱与大小。 2. 主要功能 液体闪烁计数器虽以测定低能β放射性核素为主，但近几年来，随着核技术应用领域的不断拓展，还开发出许多其它领域的测试功能。该仪器一次可测300个样，自动换样、显示、打印，有三个计数道，对3H计数效率大于60%，14C计数效率大于95%。 2.1 常用放射性核素测定 液闪计数器可用于3H、14C、32P、33P、35S、45Ca、55Fe、36Cl、
86Rb、65Zn、90Sr、203Hg等含有放射性核素的动植物、微生物和非生物样品测定。 2.2 H number法猝灭校正 在测定样品放射性的同时，测出H#数值，可以直观的判断出该样品的猝灭程度。 2.3 两相检测 用于检测含水放射性样品与闪烁液的分相问题，以避免由此而引起的计数效率下降。 2.4 自动猝灭补偿（AQC） 通过最佳的窗口等条件设置，以期使猝灭样品达到较高的计数效率。 2.5 随机符合监测（RCM） 可用于监测制样过程中化学发光引起的单光子事件的假计数，可以从测定结果中扣除。
2.6 能谱寻找与分析 此功能对未知核素的β能谱定位与分布做出可靠准确的测量，为道宽设置提供依据。 2.7 单光子监测（SPM） 可用于生物发光与生物中单光子事件的测定。 2.8 半衰期校正 对于短半衰期核素可校正出放射性强度与时间的关系。给出现存放射性强度的量。 2.9 双标与三标记测定 通过设置不同道宽等条件，测定同一个样品中的双标记或三标记放射性，区分出各个标记的放射性强度。 3. 应用
1.闪烁探测器是利用________________在核辐射的作用下会发光的特性探测辐射的，光电 器件将微弱的闪烁光转变为______，经过多次倍增放大后，输出一个______。 2.无机闪烁体的特点是：对带电粒子的阻止本领__（大或小），时间相应__（快或慢），发 光效率__(高或低)，能量线性相应__（好或差）。 3.发光效率C发光与光输出S成______(正比或反比)关系。 4.对于有机闪烁体而言，发光衰减时间有快、慢两种成分，其衰减规律表达式为：_________. 5.同一种有机闪烁体下发光曲线中慢成分的强度主要与入射核辐射的粒子______(能量或 种类)相关。 6.__________是用来描述光在闪烁体中的传输情况，标志着闪烁体所能使用的最大尺度的 一个量。 7.能量响应是表示____________与____________之间的关系，其理想的曲线是______(正态 分布、泊松分布或线性的)。 8.核辐射测量中经常用到NaI(Tl)探测γ射线，其中测量β辐射和中子选用____________， 也可以选用____________，测量α辐射一般选用____________，测量低能X射线和高能γ射线选用____________。（BGO闪烁体，塑料闪烁体，有机液体闪烁体，ZnS(Ag)闪烁体） 9.光学收集系统主要包括______，______和______。其中______可以减少光在交界面的全 反射，使光有效的传输到光电倍增管的阴极；______能够把闪烁体中各个方向发射的光有效的发射到光电倍增管的阴极上。 10. 上图是闪烁探测器的输出信号的过程示意图，请依照正确组成填写空白处。（闪烁体； 光电倍增管；前置放大器；阳极；放大器；直流偏压；光阴极；打拿级；） 11.NaI闪烁体探测器对于β和γ射线的平均电离能为______；半导体探测器Si和Ge的平 均电离能为______；气体探测器中气体的平均电离能为_______。(2eV，3eV，20eV，30eV，200eV，300eV)。 12.闪烁探测器从核辐射进入闪烁体到输出电压脉冲经历了一系列过程，其中间过程按照正 确的时间顺序为：__________________________，其中时间分辨是探测器对两组相继发生的事件的最小时间间隔，造成时间分辨的因素是时间的离散，那么时间离散的主要因素是______过程。 A：闪烁光子从发光地点到达光阴极的时间； B：辐射粒子或引起的次级电子在闪烁体中耗尽能量的时间； C：阳极收集电荷在输出回路上输出脉冲电压； D：光电子的渡越时间；、
１００１－ ４３２２（２０１２）０７－１５７５－０４ 同步辐射标定闪烁体探测器灵敏度 何小安１杜华冰１李朝光１易荣清１肖体乔２ １．中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳６２１９００；２．中国科学院上海应用物理研究所，上海２０１８００ 摘要： 利用上海同步辐射光源ＢＬ１３Ｗ１光束线开展了闪烁体探测器的灵敏度标定方法的研究。对光源的高次谐波以及闪烁体探测器的工作线性动态范围进行了实验研究，在此基础上建立了一种新的同步辐射标定闪烁体探测器灵敏度的方法。通过对实验结果的理论拟合，得到与放射源方法相符合的灵敏度数据，验证了方法的准确性，提高了标定数据的精度。 同步辐射； 闪烁体探测器； 灵敏度； 等离子体 ＴＮ２４７ Ａ１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１２２４０７．１５７５２０１２－０３－２６２０１２－０５－２１ 何小安（１９８４－），男，从事激光聚变Ｘ射线诊断工作；ｈｅｘｉａｏａｎ１９８４＠１６３．ｃｏｍ。
￡减，观察＿区，则探测；测器信号
＠＠［１］ ＭｃＤｏｎａｌｄ Ｊ Ｗ， Ｓｕｔｅｒ Ｌ Ｊ， Ｌａｎｄｅｎ Ｏ Ｌ， ｅｔ ａｌ． Ｈａｒｄ Ｘ－ｒａｙ ａｎｄ ｈｏｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｖａｃｕｕｍ ｈｏｈｌｒａｕｍｓ ａｔ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｆａｃｉｌｉ
ｔｙ［Ｊ］． Ｐｈｙｓ Ｐｌａｓｍａｓ， ２００６， １３：０３２７０３． ＠＠［２］ Ｊｕａｎ Ｃ Ｆ， Ｇｏｌｄｍａｎ ＳＲ， ＫｌｉｎｅＪ Ｌ， ｅｔ ａｌ． Ｇａｓ－ｆｉｌｌｅｄ ｈｏｈｌｒａｕｍ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｔ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｆａｃｉｌｉｔｙ［Ｊ］． Ｐｈｙｓ Ｐｌａｓｍａｓ， ２００６，１３： ０５６３１９． ＠＠［３］蔡涓涓，黄文忠，谷渝秋，等．双荧光层靶Ｋａ线强度比诊断靶内超热电子温度［Ｊ］．强激光与粒子束，２０１１，２３（５）：１３０３－１３０６．（Ｃａｉ Ｊｕａｎｊｕａｎ，Ｈｕａｎｇ Ｗｅｎｚｈｏｎｇ， Ｇｕ Ｙｕｑｉｕ， ｅｔ ａｌ． Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｏｆ ｈｏｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｙ ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｋα ｌｉｎｅｓ ｆｒｏｍ ｔｗｏ－ｌａｙｅｒ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｔａｒｇｅｔ． Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ， ２０１１ ， ２３（５） ： １３０３－１３０６） ＠＠［４］蔡达锋，王剑，谷渝秋，等．超热电子能量分布的实验和模拟研究［Ｊ］．强激光与粒子束，２０１１，２３（７）：１９４５－１９４８．（Ｃａｉ Ｄａｆｅｎｇ， Ｗａｎｇ Ｊｉａｎ，Ｇｕ Ｙｕｑｉｕ， ｅｔ ａｌ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ． Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ， ２０１１， ２３ （７） ： １９４５－１９４８） ＠＠［５］ ＭｃＤｏｎａｌｄ Ｊ Ｗ， Ｋａｕｆｆｍａｎ Ｒ Ｌ， Ｃｅｌｅｓｔｅ Ｊ Ｒ， ｅｔ ａｌ． Ｆｉｌｔｅｒ－ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｒ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｆａｃｉｌｉｔｙ［Ｊ］． Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎ ｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ， ２００４， ７５（１０）：３７５３－３７５５． ＠＠［６］ Ｂｒｕｎｓ Ｈ Ｃ， Ｊａｍｅｓ Ａ Ｅ， Ｔｈｏｅ Ｓ Ｒ， ｅｔ ａｌ． Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｓｃｅｒ Ｘ－ｒａｙ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ［Ｒ］． ＵＣＲＬ－ＪＣ－１１９３２３，１９９５． ＠＠［７］ 汪晓莲．粒子探测技术［Ｍ］．合肥：中国科学技术大学出版社，２００９：２３２－２３４．（Ｗａｎｇ Ｘｉａｏｌｉａｎ．Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ．Ｈｅｆｅｉ： Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， ２００９：２３２－２３４） ＠＠［８］久米英浩，冈野和芳，酒井四郎，等．光电倍增管［Ｍ］．日本：滨松光子学株式会社，１９９３：１２６－１２９．（Ｊｉｕｍｉ Ｙｉｎｇｈａｏ，Ｇａｎｇｙｅ Ｈｅｆａｎｇ， Ｊｉｕｊｉｎｇ Ｓｉｌａｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ． Ｊａｐａｎ： Ｈａｍａｍａｓｔｕ， １９９３：１２６－１２９） ＠＠［９］李三伟，祁兰英，易荣清，等．激光聚变中硬Ｘ光谱回推方法［Ｊ］．强激光与粒子束，１９９５，７（２）：２０５－２０９．（Ｌｉ Ｓａｎｗｅｉ，Ｑｉ Ｌａｎｙｉｎｇ，Ｙｉ Ｒｏｎｇｑｉｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ａ ｕｎｆｏｌｄｉｎｇ ｏｆ ｈａｒｄ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｉｎ ｌａｓｅｒ ｆｕｓｉｏｎ． Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ， １９９５， ７（２） ：２０５－２０９） Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ＇ｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆａｃｉｌｉｔｙ Ｄｕ ＨｕａｂｉｎｇＬｉ ＣｈａｏｇｕａｎｇＹｉ ＲｏｎｇｑｉｎｇＸｉａｏ Ｔｉｑｉａｏ Ｈｅ Ｘｉａｏａｎ
CdZnTe核探测器性能测试研究 作者姓名：孙浩学号：201306020207指导教师：周建斌 摘要 本文主要研究基于平面CZT晶体开发的DT-01B系列探测器的能谱响应性能。通过改变多道能谱仪的参数偏置电压，脉冲成型时间等。以及对不同放射源的不同能谱响应情况做对比，来分析对CZT探测器性能造成影响的因素。本文还讲述了CZT晶体的基本性质以及发展历史；介绍了CZT平面探测器的制备流程；CZT 探测器的优缺点；以及CZT核辐射探测器的种类，国内外的研究现状，工作原理等。 关键词：核辐射探测器；CdZnTe晶体；CZT核探测器；半导体探测器；Abstract：This paper mainly studies the energy spectrum response of DT-01B series detectors based on planar CZT crystal development. By changing the parameters of the multi-channel spectrometer bias voltage, pulse molding time. As well as the different radioactive sources of different energy spectrum response to do the comparison, to analyze the CZT detector performance impact factors. This paper also introduces the basic properties and development history of CZT crystal. The preparation process of CZT planar detector, the advantages and disadvantages of CZT detector, the types of CZT nuclear radiation detectors, the research status at home and abroad, and the working principle are introduced. Key words: nuclear radiation detector; CdZnTe crystal; CZTnuclear detector;Semiconductor detectors；
闪烁探测器结构改进及性能测试的研究 目前在核辐射测量中常用HPGe探测器测量活化样品的能谱信息,因为其具有高能量分辨率、响应时间快、但其抗辐照能力差当中子注入通量较大时,锗晶体原子会发生位移,持续辐照会使大量锗晶格错位,HPGe晶体本征区结构遭到破坏、探测器电荷收集率降低致使HPGe探测的能量分分辨率变差;同时HPGe探测器价格贵、工作环境需液氮冷却,给维护带来不便限制其在工业生产实践中被广泛地应用。与HPGe探测器相比,闪烁探测器种类比较多,具较好的能量分辨率、探测效率、更广的探测区间、价格较低且具有很好的抗辐照性能是当前应用最广泛的核辐射探测器,但往往由于分辨率相对较低不能分辨相近能量的γ射线给数据分析带来较大难度。 针对上述问题本文立足于闪烁探测器原理﹑结构及成熟的核电子学技术基础,结合电子技术以及材料科学的发展,通过理论计算﹑模拟论证及实验测试等方法对闪烁探测器的形体规格及荧光出射方式、反射层材料及厚度、光学耦合材料及增透膜、闪烁探测系统外接电压源稳定性对探测器性能的影响做出探究。通过这一新型高光子输出闪烁探测器展开研究不同条件对探测器性能的影响,最后得出以下结论:（1）通过新型高光子输出探测器与传统的探测器对比发现同等体积闪烁体,采取侧开窗模式出射后,闪烁光子出射能力明显增强,分辨率也得到改善且稳定性、能量线性关系都不惜可以满足实验要求;（2）探测系统工作状态的稳定与否会受到外接电源的影响,且对不同元器件影响程度和效果也不尽相同,主放大器受到的影响最明显多道系统最不明显;（3）不同材料对光的反射效果不同,当所使材料反射率较低时,反射效果与厚度成正相关;（4）探测器的工作状态受测试环境温度影响较为明显,随测试环境温度降低,BGO晶体光产额逐步增
目录一、概述 1．产品说明 2．HLSC-20F的基本组成 3．HLSC-20F的基本工作过程 二、系统原理框图 三、主要技术指标性能特点 四、HLSC-20F双管符合液体闪烁计数器的外形 五、样品测量的简明操作 1. 开机 2. 加载样品或更换样品 3. 启动测量 六、系统对测量条件的设置 1. 测量周期的设置 2. 阈值设置 3. 高压设置 七、样品制备中的闪烁液和溶剂 1. 探测机理 2. 闪烁液 八、样品测量方法
一、概述 液体闪烁计数器(liquid scintillation counter)是使用液体闪烁体（闪烁液）接受射线并转换成荧光光子的放射性计量仪。 液体闪烁计数器主要用于探测一些低能β核素示踪原子的放射性样品，尤其对低能β更为有效。可用于3H、14C、32P、35S、45Ca、55Fe、36Cl、86Rb、65Zn、90Sr、203Hg等含有放射性核素的动植物、微生物和非生物样品测定。 其基本原理是依据射线与物质相互作用产生荧光效应。首先是闪烁溶剂分子吸收射线能量成为激发态，再回到基态时将能量传递给闪烁体分子。闪烁体分子由激发态回到基态时发出荧光光子。荧光光子被光电倍增管（PM）接收转换为光电子，再经倍增在PM阳极上收集到好多光电子，以脉冲信号形式输送出去。将信号符合、放大、分析、显示，表示出样品液中放射性强弱与大小。 液闪计数器目前已广泛的应用于工业、农业、生物医学、分子生物学、环境科学、考古与地质构造等领域科研工作中的核素示踪与核辐射测量。主要包括以下几个方面： 1 细胞与分子生物学 主要利用3H、14C、32P等放射性核素进行体内或体外标记，研究细胞生物体内核酸、蛋白质等生物大分子的合成与降解代谢及其转化途径。尤其在核酸分子标记及分子杂交、探针制备等方面应用更为广泛。 2 生物医学 利用放射免疫分析技术测定动物或人体内激素等微量活性物质，研究动物和人体体内内分泌和其它生理代谢行为。 3 动植物营养 通过对大量或微量元素标记测定，研究动物、植物对营养元素、矿质元素的吸收利用率、生理代谢及其缺素症，为研究防治对策提供依据。 4 环境科学 利用标记示踪原子，研究有毒有害物质在环境体系的行为、去向和污染程度，包括用于重金属和农药等污染研究，以及在环境中水体、大气、土壤、居室内放射性天然背景值的监测。 5 生物体中发光测定 利用单光子监测了测定生物体内发光与单光子事件和环境变化关系的研究。 6. 检验检疫领域也会有低本底液闪仪来检测大理石的放射性、红酒的鉴别。 1.产品说明 产品名称：双管符合液体闪烁计数器 产品型号：HLSC-20F
从1995年RSNA上推出第一台平板探测器（Flat Panel Detector）设备以来，随着近年平板探测技术取得飞跃性的发展，在平板探测器的研发和生产过程中，平板探测技术可分为直接和间接两类。（一）间接能量转换 间接FPD的结构主要是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶硅层(amorphous Silicon，a-Si)再加TFT阵列构成。其原理为闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，最后获得数字图像。在间接FPD的图像采集中，由于有转换为可见光的过程，因此会有光的散射问题，从而导致图像的空间分辨率极对比度解析能力的降低。换闪烁体目前主要有碘化铯(CsI，也用于影像增强器)，荧光体则有硫氧化钆(GdSO，也用于增感屏)，采用CsI+a-Si+TFT结构的有Trixell和GE公司等，而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon和瓦里安公司等。 1、碘化铯( CsI ) + a-Si + TFT ：当有X 射线入射到CsI 闪烁发光晶体层时，X 射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流, 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷. 每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射X 射线光子能量与数量成正比。发展此类技术的有法国Trixell 公司解像度143um2 探测器( SIEMENS、Philips、汤姆逊合资) 、美国GE 解像度200um2 探测器( 收购的EG & G 公司) 等。其原理见右图。Trixell 公司（目前有西门子、飞利浦、万东、上医厂、长青、泛太平洋等厂家使用，成本约9.5万美金）用的是Csl柱状晶体结构的闪烁体涂层，此种结构可以减少可见光的闪射，但由于工艺复杂难以生成大面积平板，所以采用四块小板拼接成17″×17″大块平板，拼接处图像由软件弥补。GE、佳能（佳能、东芝、岛津使用）的平板是使用Csl或Gd2O2S:Tb涂层，因不是柱状晶体结构，所以能