塑料闪烁体探测器时间分辨

专利名称：一种塑料闪烁体探测器及其封装方法专利类型：发明专利
发明人：潘子文,董靖宇,叶邦角
申请号：CN202010824098.8
申请日：20200817
公开号：CN111983666A
公开日：
20201124
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种塑料闪烁体探测器及其封装方法，塑料闪烁体(粒子探测区域)使用特氟龙胶带包裹而光导(荧光光子传输区域)使用高反射率铝箔包裹的特氟龙‑铝箔混合封装方法，以尽可能优化塑料闪烁体探测器的荧光收集效率，从而提高μSR谱学用塑料闪烁体探测器的能量分辨和时间分辨能力。

本发明优点为具有高的荧光收集效率，高的信噪比，更好的能量分辨和时间分辨能力，封装方式简单，材料成本低廉。

申请人：中国科学技术大学
地址：230026 安徽省合肥市包河区金寨路96号
国籍：CN
代理机构：北京科迪生专利代理有限责任公司
代理人：杨学明
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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1300 2691263 1300 26833051350 2788982 1350 27691331400 2846893 1400 28178881450 2884069 1450 28534401500 2908081 1500 28815291550 2933904 1550 29119501600 2967766 1600 29658531650 3008084 1650 30796061700 3066308 1700 32039841750 3138740 1750 33243361800 3275519 1800 3372228以电压为横坐标，计数为纵坐标作图：由图可知，两个探测器在1400V~1600V电压区间内变化较小，因此选取1500V 为工作电压。

欢迎阅读名词解释：1. 光电效应：光子被原子吸收后发射轨道电子的现象。

2. 康普顿效应：γ光子与轨道电子相互作用使得γ光子只改变方向而不损失能量。

3. 电子对产生效应：当r 光子能量大于1.02Mev 时，r 光子经过与之相互作用的原子核附件时，与原子核发生电磁相互作用，r 光子消失而产生一个电子和一个正电子。

4. 电子吸附效应：电子在运动过程中与气体分子碰撞时可能被分子俘获，形成负离子，这种现象称为电子吸附效应。

5. 复合：电子和正离子相遇或者负离子和正离子相遇能复合成中性原子或中性分子。

6. 漂移：电子和正离子在电场的作用下分别向正、负电极方向运动，这种定向运动叫做漂移运动。

7. 平均电离能：带电离子在气体中产生一对离子所需的平均能量称为平均电离能。

8. 轫致辐射：快速电子通过物质时，原子核电磁场使电子动量改变并发射出电磁辐射而损失能量，这种电磁辐射就是轫致辐射。

9. 截面：单位面积单位时间粒子与靶核发生相互作用的概率。

10. 活化：原子核吸收中子后，变成同一种元素的另一种核素，这种现象叫做活化。

11. 真符合计数：时间上有关的事件产生的脉冲引起的符合计数称为真符合计数。

12. 偶然符合计数：在时间上没有必然联系的事件产生的脉冲引起的符合计数称为偶然符合计数。

13. 衰变常数：表示某种放射性核素的一个核在单位时间内进行衰变的概率。

14. 碘逃逸峰：当r 射线在NaI(Tl)晶体表面发生光电效应时，碘的KaX 射线很容易逃逸出晶体，形成一个碘逃逸峰。

（28.61KeV ）15. 本征效率：探测器记录到的射线数与入射到探测器灵敏体积内的γ光子数的比。

16. 辐射损失率：电子在物质中通过单位长度路径，由于轫致辐射而损失的能量为辐射损失率。

17. 电离损失率：入射粒子因原子的激发和电离在单位路径上引起的能量损失。

18. 能量分辨率：探测器微分脉冲幅度分布谱中的特征峰半高宽与峰值所对应的脉冲幅度之比：0355.2E Fw V V =∆=η 探测效率：光子数源发射的记录到的脉冲数源γε= 光子数积内的入射到探测器灵敏区体记录到的脉冲数本征γε= 19. 仪器谱： 20. 能谱：记录粒子能量和单位能量间隔内计数的谱。

闪烁体探测器工作原理闪烁体探测器是一种常用的辐射测量设备，它可以用于测量各种类型的辐射，如电离辐射、电磁辐射和粒子辐射等。

闪烁体探测器的工作原理是基于闪烁效应，即当辐射粒子通过闪烁体时，闪烁体会发光，并且发光的强度与入射辐射的能量有关。

闪烁体探测器通常包括一个闪烁体和一个光电倍增管。

闪烁体是一种具有闪烁效应的物质，它可以将辐射能量转化为光能。

当辐射粒子通过闪烁体时，它们与闪烁体内的原子或分子发生相互作用，激发或离子化这些原子或分子。

这些激发态或离子态的原子或分子会发生能级跃迁，从而释放出光子。

这些光子经过闪烁体的内部反射，最终被光电倍增管吸收。

光电倍增管是一种电子倍增器，它可以将光能转化为电能。

当光子进入光电倍增管时，它们会击中光电阴极，使其发射出电子。

这些电子经过倍增过程，通过一系列的二次发射和电子倍增，最终形成一个电子脉冲信号。

这个电子脉冲信号可以被放大和记录，从而得到辐射的测量结果。

闪烁体探测器具有灵敏度高、能量分辨率好和时间分辨能力强等优点。

它可以测量非常微弱的辐射信号，并且可以判断辐射的类型和能量。

这使得闪烁体探测器在核能、医学、环境监测和材料分析等领域得到广泛应用。

闪烁体探测器的性能主要取决于使用的闪烁体材料。

常用的闪烁体材料有无机晶体、有机闪烁体和液体闪烁体等。

无机晶体闪烁体具有较高的闪烁效率和较好的能量分辨率，适用于高能量辐射的测量。

有机闪烁体具有较快的闪烁时间和较短的衰减时间，适用于时间分辨测量。

液体闪烁体具有较高的闪烁效率和较好的能量分辨率，适用于较低能量辐射的测量。

除了闪烁体材料的选择，闪烁体探测器的性能还受其他因素的影响。

例如，闪烁体的尺寸和形状会影响到光子的发射和收集效率。

闪烁体与光电倍增管之间的耦合效率也会影响到探测器的灵敏度和能量分辨率。

此外，闪烁体探测器的工作温度和工作电压的选择也会对其性能产生影响。

闪烁体探测器是一种基于闪烁效应的辐射测量设备，它可以将辐射能量转化为光能，并进一步转化为电能。

辐射探测学复习要点第一章辐射与物质的相互作用〔含中子探测一章〕1.什么是射线？由各种放射性核素发射出的、具有特定能量的粒子或光子束流。

2.射线与物质作用的分类有哪些？重带电粒子、快电子、电磁辐射〔γ射线与*射线〕、中子与物质的相互作用3.电离损失、辐射损失、能量损失率、能量歧离、射程与射程歧离、阻止时间、反散射、正电子湮没、γ光子与物质的三种作用电离损失：对重带电粒子，辐射能量损失率相比小的多，因此重带电粒子的能量损失率就约等于其电离能量损失率。

辐射损失：快电子除电离损失外，辐射损失不可忽略；辐射损失率与带电粒子静止质量m 的平方成反比。

所以仅对电子才重点考虑辐射能量损失率：单位路径上，由于轫致辐射而损失的能量。

能量损失率：指单位路径上引起的能量损失，又称为比能损失或阻止本领。

按能量损失作用的不同，能量损失率可分为"电离能量损失率〞和"辐射能量损失率〞能量歧离(Energy Straggling)：单能粒子穿过一定厚度的物质后，将不再是单能的〔对一组粒子而言〕，而发生了能量的离散。

电子的射程比路程小得多。

射程：带电粒子在物质中不断的损失能量，待能量耗尽就停留在物质中，它沿初始运动方向所行径的最大距离称作射程，R。

实际轨迹叫做路程P。

射程歧离(Range Straggling)：由于带电粒子与物质相互作用是一个随机过程，因而与能量歧离一样，单能粒子的射程也是涨落的，这叫做能量歧离。

能量的损失过程是随机的。

阻止时间：将带电粒子阻止在吸收体所需要的时间可由射程与平均速度来估算。

与射程成正比，与平均速度成反比。

反散射：由于电子质量小，散射的角度可以很大，屡次散射，最后偏离原来的运动方向，电子沿其入射方向发生大角度偏转，称为反散射。

正电子湮没放出光子的过程称为湮没辐射γ光子与物质的三种作用：光电效应〔吸收〕、康普顿效应〔散射〕、电子对效应〔产生〕电离损失、辐射损失：P1384.中子与物质的相互作用，中子探测的特点、根本方法和根本原理中子本身不带电，主要是与原子核发生作用，与γ射线一样，在物质中也不能直接引起电离，主要靠和原子核反响中产生的次级电离粒子而使物质电离。

ST401型塑料闪烁体闪烁时间测量
汲长松;贺宣庆;王婷婷;张庆威
【期刊名称】《核电子学与探测技术》
【年(卷),期】2013(033)004
【摘要】应用放射源激发闪烁体发光,测量发光时间特性的单光子计数法,以及按单光子计数原理建立的测量装置,对国产ST401型普通塑料闪烁体的闪烁衰减时间进行了测量,结果为(2.60 ±0.18)ns.该装置的时间分辨率小于1.8ns,幅度动态范围大于104,测量精度好于0.1ns,并可以测量多组份发光时间的闪烁体的时间特性.【总页数】5页(P462-466)
【作者】汲长松;贺宣庆;王婷婷;张庆威
【作者单位】中核(北京)核仪器厂,北京 100176;中核(北京)核仪器厂,北京 100176;中核(北京)核仪器厂,北京 100176;中核(北京)核仪器厂,北京 100176
【正文语种】中文
【中图分类】TL812+.1
【相关文献】
1.ST401塑料闪烁体中子、r灵敏度测量 [J], 韩惠林
2.ST401塑料闪烁体中子探测效率研究 [J], 李波均;朱学彬;王立宗;唐章奎
3.ST401塑料闪烁体脉冲X射线相对灵敏度标定方法 [J], 谢红卫;宋顾周;王奎禄
4.ST401塑料闪烁体中子探测效率刻度及相对发光产额的测定 [J], 张传飞;彭太平;罗小兵;李如荣;张建华;夏宜君;杨志华;林理彬
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探测爆炸品和放射性材料中国工程物理研究院核物理与化学研究所陈涵德摘要：报告分两大部分，一是探测爆炸品，二是检测放射性材料，重点叙述隐藏爆炸品的探测。

引言近年来，随着国际形势复杂多变，各种方式的恐怖活动有增无减。

为了有效防范和打击这些犯罪活动的发生和扩展，各国警方和安检部门都使用安全检查技术装备对危险物品、违禁物品有针对性地进行防范安全检查。

传统的安全检查设备，例如：X射线检查仪、金属武器检测门等，能发现金属武器和普通炸药等危险物品，在安全检查工作中发挥了重要作用。

但由于近年恐怖分子配备的武器越来越先进，如：Semtex可塑炸药、Glock17塑料枪、高精度炸断等，促使世界各国都在探索研究更先进的安全检查新技术、新装备。

爆炸物的定义：在外部影响下，能够以气体和热的方式迅速释放能量的一种物质或者多种物质的混合物。

爆炸弹药的定义：包括爆炸物、核裂变或聚变材料和生物和化学物剂在内的所有弹药。

其中包括炸弹和弹头、导弹和弹道导弹、炮弹、迫击炮弹、火箭和小武器弹药、所有地雷（水雷）、鱼雷、深水弹、烟火剂、集束炸弹和子母弹箱、弹药筒、和推进剂起爆装置、电动爆炸装置、秘密爆炸装置和简易爆炸装置、以及所有类似或相关物品或性能上属于爆炸物组成部分的物品。

核科学家的才能（才干）及其所拥有的工具、技术和基本核物理信息（知识），对反恐怖活动有着极为重要的作用。

这包括：核辐射探测器，加速器，去污和杀菌，基本核信息（知识），辐射在物质（材料）中的输运过程计算机模拟，新技术和新装置（设备）的仿真（模拟）试验及评估（鉴定），各种信息（资料、数据）的分析和提取（开挖）技术，各类人员技术培训，对未来挑战的科学工作能力的培植，有害物质（材料）的受控和安保，系统（如探测器、加速器等）设计、建造和实现使用等诸多方面。

核技术能提供一种确定物质（材料）的相关元素和同位素的组成（成分）的分析手段，这是基于有很高灵敏性且可远距离检测到的核反应、放射性衰变、核探测器，等等。

• 55•现了“教师为主导，学生为主体”的信息化教学模式。

3.3 课后巩固课后，教师通过布置课后作业来达到信号与系统课程基本能力素养的培养。

教师可以利用超星学习通的作业功能，给同学们发布作业，同学们可以用图片或者文字的形式提交作业。

在完成作业的过程中，如果遇到困难可以及时与教师沟通或者在学习通中进行小组讨论。

在规定的时间内提交作业，教师进行点评。

通过安排形式多样的课后作业，学生的团队合作能力、职业能力及沟通能力都得以提升。

学习通班课功能可以提供签到、讨论、章节测试等所有模块以百分制的形式统计出来的强大的数据统计功能，教师还可以通过调查问卷了解学生使用学习通的情况，及时进行调整，使超星学习通信号与系统的课程资源与课堂教学相结合，不断提升教学质量和教学效果。

4 教学实施效果分析转变教师的主导作用，课堂不再是教师“满堂灌”，而是教师引导学生完成教学的过程。

将教师解放出来，使主要精力用于引导学生主动学习、答疑解惑、组织学生讨论等；完善过程性考核机制，其中，学习通签到占过程性考核成绩的10%，读书报告成绩占过程性考核成绩的10%，作业成绩占过程性考核成绩的30%，实验成绩占过程性考核成绩的50%；大大提升了教学效果，基于超星学习通的信息化教学模式的使用，学生不再受时间、地点的制约，可以随时随地学习，大大提高了学生的学习兴趣、积极性、专业能力等；学生信息化能力得以提升，超星学习通教学软件的使用，培养学生利用信息化的手段研究、合作的能力。

5 结束语信号与系统作为电子信息工程专业本科生的一门重要专业基础课程，重点是研究信号与系统分析的基本理论与方法。

使用超星学习通有效的提高了学生的参与度和学习兴趣，使学生的综合能力得以提升。

基于超星学习通的信息化教学模式也对教师提出了更高的要求：教师不仅在课前备好课，还要精心设计教学环节、具备扎实的专业知识和精湛的教学技能。

基于超星学习通的信息化教学模式也大大提升了教学质量和教学效果。