4-4闪烁探测器

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闪烁体探测器原理

闪烁体探测器原理
闪烁体探测器是一种用于探测和测量辐射粒子的仪器。

它基于闪烁体的原理，当被探测粒子进入闪烁体时，产生的能量会激发闪烁体中的原子和分子跃迁至高能级，然后快速回到基态，并释放出可见光。

该可见光被探测器内部的光电倍增管（photomultiplier tube，PMT）所转换和放大，最终转化为电
信号。

闪烁体的选择是非常关键的。

常见的闪烁体材料包括有机晶体（如NaI(Tl)）、无机晶体（如CsI(Tl)）和塑料闪烁体（如
BC-408）。

这些材料都具有较高的密度和原子数，能够有效
地捕获通过的粒子能量，并将其转化为可见光的形式。

在闪烁体探测器中，闪烁体材料通常被制成晶体或塑料条的形状。

当粒子进入闪烁体时，它与其中的原子或分子发生相互作用，产生电离和激发。

这些电离和激发会产生自由电子和离子，其中一部分被电场加速并引导到一个或多个光电倍增管中。

光电倍增管是检测器的关键组件之一。

它包含一个光学系统和一个电子增益系统。

光学系统将闪烁体产生的光转换为光电子，并经过多级倍增过程放大。

光电子在倍增过程中通过一系列的电子微通道，逐级增加电子数量，最终形成一个电子脉冲。

这个电子脉冲的数量和能量大小与入射粒子的能量有关，通过测量这些电子脉冲的数量和能量可以确定入射粒子的性质和能量。

闪烁体探测器的工作原理基于粒子与闪烁体的相互作用，将粒
子能量转换为可见光和电脉冲信号。

它在核物理、医学影像学、航空航天等领域有着广泛的应用。

基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器建模与优化

基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器建模与优化目录一、内容描述 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 本文研究内容与方法 (5)二、GEANT4蒙特卡罗算法概述 (6)三、闪烁体探测器建模 (7)1. 闪烁体探测器工作原理 (8)2. 闪烁体探测器模型构建 (9)3. 模型参数设置与仿真 (10)四、基于GEANT4的闪烁体探测器优化 (11)1. 探测器优化方案设计 (12)2. 优化算法流程 (14)3. 关键参数优化 (14)4. 优化结果分析 (16)五、闪烁体探测器性能评估 (17)1. 性能评估指标 (18)2. 评估方法 (20)3. 性能评估结果 (21)六、实验验证与结果分析 (22)1. 实验设置与数据收集 (23)2. 实验结果分析 (24)3. 实验结果与模拟结果的对比 (25)七、结论与展望 (27)1. 研究成果总结 (27)2. 研究不足之处与展望 (28)一、内容描述介绍闪烁体探测器的基本原理，包括闪烁现象的产生机制及其在探测领域的应用。

针对GEANT4这一蒙特卡罗模拟框架，阐述其在闪烁体探测器建模中的应用方法和优势。

介绍建模过程中需要考虑的关键因素，如闪烁体的几何形状、光电性质以及能量沉积机制等。

详细阐述使用GEANT4蒙特卡罗算法进行闪烁体探测器模拟的流程，包括模型的建立、模拟参数的设置、事件的触发和跟踪以及数据的采集和处理等。

重点在于阐述如何对模型进行精准设计以及对模拟过程进行精确控制，以确保模拟结果的准确性和可靠性。

探讨基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器性能优化策略，包括几何结构优化、材料选择优化以及信号处理优化等。

通过模拟实验和数据分析，研究不同优化策略对探测器性能的影响，并给出具体的优化建议和实施方法。

通过对模拟结果与实验结果的对比分析，验证基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器建模与优化的有效性。

探讨模拟过程中可能存在的误差来源，以及如何减小这些误差以提高模拟结果的准确性。

四合一探测器报警值标准-概述说明以及解释

四合一探测器报警值标准-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述四合一探测器是一种集烟感、温感、可燃气体感和一氧化碳感知功能于一体的安全检测设备。

它被广泛应用于家庭、商业和工业场所，能够准确、高效地感知环境中的火灾、煤气泄漏、一氧化碳中毒等危险情况，及时提醒人们采取相应的紧急措施保护生命财产安全。

本文将对四合一探测器的报警值标准进行探讨和研究。

报警值标准的确定对于四合一探测器的准确性和实用性具有重要意义。

合理设置报警值标准能够有效地提高报警的灵敏度，及时准确地发现潜在的危险情况，提供充分的预警时间，使人们能够采取适当的措施应对风险。

本文将介绍四合一探测器的功能和应用场景，探讨建议的报警值标准。

同时，将分析确定报警值标准的重要性，并提出相应的建议，为四合一探测器的设计、生产和使用提供有益的参考依据。

在正文部分中，将详细介绍四合一探测器的功能特点和各项感应指标，并结合现实应用场景进行具体分析。

借助相关的研究数据和案例，我们将探讨如何确定合理的报警值标准，以确保四合一探测器在不同环境和各种情况下都能够可靠地工作。

最后，通过对相关文献资料和专家观点的整理与分析，结合实际情况，本文将提出适用于多种应用场景的建议报警值标准。

这些标准将综合考虑各种因素，如安全性要求、误报率控制、实际调试与经验总结等，旨在提供一种具有科学合理性和实际可操作性的报警值设定方案。

通过本文的研究和探讨，我们希望能够为四合一探测器的报警值标准的确定提供一些有价值的参考，以提高四合一探测器的可靠性和实用性，为人们的生命财产安全保驾护航。

1.2 文章结构本文将按照以下结构展开介绍四合一探测器报警值标准的相关内容：1. 引言：首先对四合一探测器报警值标准的重要性进行概述，并说明文章的目的。

2. 正文：- 2.1 四合一探测器的功能：详细介绍四合一探测器所拥有的四种探测功能，包括烟雾探测、可燃气体探测、一氧化碳探测和温度探测，并分析这些功能在报警值标准中的重要性。

(完整word版)核辐射探测学习题参考答案(修改)

第一章射线与物质的相互作用1.不同射线在同一物质中的射程问题如果已知质子在某一物质中的射程和能量关系曲线，能否从这一曲线求得d （氘核）与t （氚核）在同一物质中的射程值？如能够，请说明如何计算？解：P12”利用Bethe 公式，也可以推算不同带点例子在某一种吸收材料的射程。

”根据公式：)()(22v R M M v R b abb a a ZZ =，可求出。

步骤：1先求其初速度。

2查出速度相同的粒子在同一材料的射程。

3带入公式。

2：阻止时间计算：请估算4MeV α粒子在硅中的阻止时间。

已知4MeV α粒子的射程为17.8μm 。

解：解：由题意得 4MeV α粒子在硅中的射程为17.8um 由T ≌1.2×107-REMa，Ma=4得 T ≌1.2×107-×17.8×106-×44()s ＝2.136×1012-()s3：能量损失率计算课本3题，第一小问错误，应该改为“电离损失率之比”。

更具公式1.12-重带点粒子电离能量损失率精确表达式。

及公式1.12-电子由于电离和激发引起的电离能量损失率公式。

代参数入求解。

第二小问：快电子的电离能量损失率与辐射能量损失率计算：()20822.34700700()rad iondE E Z dx dEdx*⨯≅=≈4光电子能量：光电子能量：（带入B K ）康普顿反冲电子能量：200.511m c Mev =ie hv E ε-=220200(1cos ) 2.04(1cos 20) 4.16160.060.3947(1cos )0.511 2.04(1cos 20)0.511 2.040.06Er Ee Mev m c Er θθ--⨯====+-+-+⨯5:Y 射线束的吸收解：由题意可得线性吸收系数10.6cm μ-=，311.2/pb g cm ρ=12220.6 5.3610/11.2/m pb cm cm g g cm μμρ--∴===⨯质量吸收系数由r N μσ=*可得吸收截面：12322230.6 1.84103.2810/r cm cm N cmμσ--===⨯⨯ 其中N 为吸收物质单位体积中的原子数2233.2810/N cm =⨯ 0()t I t I e μ-=要求射到容器外时强度减弱99.9% 0()0.1%0.001t I t e I μ-∴=∴=即t=5In10 =11.513cm6：已知)1()(tι--=e A t f t 是自变量。

核辐射探测器硕张

产生的粒子对数；E为入射带电粒子在电离室内损失的能量；W为电离室内所充气体的平均电离能（产生一个离子对需要入射带电粒子损失的能量）
2019/9/28
37/84
2019/9/28
1/84
探测器的三个关键点
如果按照技术指标和用途的差别来区分，三类探测器中每一类都有很多种。在此侧重讲述在学习这三类探测器时需要了解的三个方面：探测器把核辐射转变为电信号的物理过程探测器的输出回路及其与探测器输出电信号的关系探测器的主要技术指标及其用途
2019/9/28
Q0 Q0 C1V0
a
Q0
V0
Q0
b
2019/9/28
28/84
a
q1
x q2
b
e V0
q (Q0 ) (Q0 ) e (q1) (q2 ) 0
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q1 q2 e
q1

e
x d
dx q2 e d
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电离室的基本结构
不同类型的电离室在结构上基本相同典型结构有平板型和圆柱型，均包括高压极(K)：正高压或负高压；收集极(C)：与测量仪器相联的电极，处于与地接近的电位；保护极(G)：又称保护环，处于与收集极相同的电位；负载电阻(RL)：电流流过时形成电压信号。
2/84
核辐射转变为电信号的阶段
• 第一阶段：入射的粒子射入探测器的灵敏体积，
通过与探测器物质的相互作用，转变或产生出带电粒子。
• 第二阶段：被电离或激发的原子，在探测器的外
加电场中作定向移动，为探测器外部负载电路提供信号
2019/9/28

核电子学第2课探测器ppt课件

低能X射线正比计数器——鼓形正比计数器
特点：有入射窗，常用Be(铍)窗。
多丝正比室和漂移室
多丝正比室的阴极为平板，阳极由平行的细丝组成多路正比计数器。位置灵敏度达到mm量级，为粒子物理等作出巨大贡献，于1992年获诺贝尔物理奖。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程
一、气体探测器
1.3脉冲电离室
电离室处于脉冲工作状态，电离室的输出信号仅反
映单个入射粒子的电离效应。可以测量每个入射粒
子的能量、时间、强度等。
脉冲电离室的输出信号：电荷信号，电流信号，电
压信号。
Q Ne E e W
电离室是一个理想的电荷源（其外回路对输出量无影响）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程
一、气体探测器
气体放大过程中正离子的作用离子漂移速度慢，在电子漂移、碰撞电离等过程
中，可以认为正离子基本没动，形成空间电荷，处于阳极丝附近，会影响附近区域的电场，使电场强度变弱，影响电子雪崩过程的进行。正离子漂移到达阴极，与阴极表面的感应电荷中和时有一定概率产生次电子，发生新的电子雪崩过程，称为离子反馈；也可以通过加入少量多原子分子气体阻断离子反馈。
一、气体探测器
平板型电离室
病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程
一、气体探测器
圆柱型电离室
病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程

核辐射探测学习题参考答案(修改)

”根据公式：)()(22v R M M v R b ab b a a Z Z =，可求出。

步骤：1先求其初速度。

2查出速度相同的粒子在同一材料的射程。

3带入公式。

2：阻止时间计算：请估算4MeV α粒子在硅中的阻止时间。

已知4MeV α粒子的射程为17.8μm 。

更具公式1.12-重带点粒子电离能量损失率精确表达式。

及公式1.12-电子由于电离和激发引起的电离能量损失率公式。

代参数入求解。

第二小问：快电子的电离能量损失率与辐射能量损失率计算：()20822.34700700()rad iondE E Z dx dEdx*⨯≅=≈4光电子能量：光电子能量：（带入B K ）康普顿反冲电子能量：200.511m c Mev =ie hv E ε-=220200(1cos ) 2.04(1cos 20) 4.16160.060.3947(1cos )0.511 2.04(1cos 20)0.511 2.040.06Er Ee Mev m c Er θθ--⨯====+-+-+⨯5:Y 射线束的吸收解：由题意可得线性吸收系数10.6cm μ-=，311.2/pb g cm ρ=12220.6 5.3610/11.2/m pb cm cm g g cmμμρ--∴===⨯质量吸收系数由r N μσ=*可得吸收截面：12322230.61.84103.2810/r cm cm N cm μσ--===⨯⨯ 其中N 为吸收物质单位体积中的原子数2233.2810/N cm =⨯ 0()t I t I e μ-=要求射到容器外时强度减弱99.9% 0()0.1%0.001t I t e I μ-∴=∴=即t=5In10 =11.513cm6：已知)1()(tι--=e A t f t 是自变量。

塑料闪烁体探测器工作原理

塑料闪烁体探测器工作原理1. 引言大家好，今天咱们来聊聊一个有趣的科技玩意儿——塑料闪烁体探测器。

这听起来可能像个高科技词汇，其实，它的原理并不复杂。

就像你和朋友一起玩捉迷藏，找到他的时候心里那个小激动，塑料闪烁体探测器也是在“找东西”，而且它找的是微小的粒子，像宇宙中的那些小秘密。

接下来，就让我们揭开这个神秘的面纱吧！2. 什么是塑料闪烁体探测器？2.1 塑料闪烁体的基本概念说到塑料闪烁体，简单来说，它就是一种能发光的塑料材料。

当高能粒子通过它时，就像你在黑暗中一不小心摔了一跤，瞬间产生了“闪光”效果。

这里的“高能粒子”可以是宇宙射线，也可以是其他放射性物质。

它们在塑料中快速移动，就像你在游乐场的过山车上，嗖的一下，刺激又兴奋。

2.2 工作原理那么，这个探测器到底是怎么工作的呢？其实很简单。

首先，当高能粒子撞击塑料闪烁体的时候，塑料中的分子就会激发起来，开始发光。

接着，这些光信号会被探测器内部的光电二极管捕捉到。

可以想象成，咱们的塑料就像是一个舞台，粒子就是台上的演员，而光电二极管就是在台下聚精会神观看表演的观众。

哇，真是个热闹的场面！3. 应用领域3.1 科学研究那么，塑料闪烁体探测器在哪些地方可以派上用场呢？首先，它在科学研究中可是大显身手。

科学家们利用它来探测宇宙中的粒子，寻找暗物质和其他神秘的现象。

就像侦探在解谜一样，他们通过这些微小的光信号，逐步拼凑出宇宙的故事。

这种探测器不仅轻便，还能适应各种环境，真是科研工作者的好帮手。

3.2 医疗领域再说说医疗领域，塑料闪烁体探测器同样有它的一席之地。

它们被用在某些医学成像设备中，比如正电子发射计算机断层扫描（PET）。

听起来复杂，其实就像是在给身体做一次“大扫除”，帮助医生更好地了解身体内部的状况。

这可真是救命稻草，能够提前发现许多问题，让医生和患者都能松一口气。

4. 总结好啦，朋友们，今天咱们简单聊了聊塑料闪烁体探测器的工作原理。

它从科学研究到医疗领域，真是无所不能，简直就像个全能选手。

41闪烁探测器

有机闪烁体的发光机制
发射光谱与吸收光谱
由于电子跃迁时，一部分能量以热运动形式带走，因此发射光子能量总是小于吸收光子能量，造成吸收光谱和发射光谱间的位移，从而减少了光的自吸收。为了进一步改善光的传输，在有机闪烁体中加第二溶质－波长位移剂。其作用是吸收荧光后再发射波长较长的光，等于将发射光谱向长波方向移动。也可更好地与光探测器的灵敏波长匹配。
Bicron公司生产的塑料闪体
Eljen Technology EJ200 高能科迪
有机闪烁体的优缺点及应用
发光效率低，输出脉冲幅度小，能量分辨率差。主要用于强度、计数和时间测量。在高能物理实验中，体积大、费用低、响应快成为主要考虑因素，选有机塑料闪烁体作触发计数器和取样式全吸收探测器。发光时间短，10-8~10-9 s。配合快时间光电倍增管用于时间测量和快符合实验。密度小，有效原子序数低，对射线探测效率低。但因价格便宜，时间性能好，在射线探测中也常使用。含有大量的H原子，可以记录快中子。塑料闪烁体可以测量、X、和快中子以及高能粒子，特别是经常用于快时间、高强度、快符合、反符合和高能物理实验中。
二、工作原理（3）
输出：形成的电压脉冲经射极跟随器或前置放大器输出，被一套电子学仪器放大、分析和记录。输出脉冲与入射粒子能量成正比。选择光产额大的晶体，提高光阴极光电转换效率，电子传输系数q和光电倍增管的放大倍数M，都可以使输出脉冲幅度增大。
闪烁探测器由闪烁体、光探测器件和相应的电子学组成。其性能涉及：闪烁体的性能：发光波长、发光时间和光传输性能闪烁体的材料、比重和价格闪烁体与光探测之间的光耦合、光收集光探测器件的性能和价格信号放大和接收
无机闪烁体的发光机制：固体能带论
晶格上的电子具有分离的能量带，价带和导带，之间为禁带。纯晶体中，电子的激发可使处在价带的电子激发到导带，而具有短寿命的导带能级的电子将发射一个光子退激到价带。发光快，能量高（紫外区），但发光弱。

4闪烁探测器

电流脉冲没有时滞，电流脉冲没有时滞，初始电子从产生处漂时滞移到阳极附近所需要电压脉冲要超出电子的时间。仪器的阈值，（时间分仪器的阈值，由于上的时间。由于入射位辨本领）升时间和阈值的涨落，置的随机性，辨本领）升时间和阈值的涨落，置的随机性，时滞也是随机的，量级。电压脉冲的时滞也是是随机的，为s 量级。涨落不定的。涨落不定的。时间分辨本领也是此量级。量级。探测效率带电粒子100% 带电粒子带电粒子100%，γ光子，带电粒子 1%
闪烁体
有机闪烁体
{
有晶 (蒽萘芪 ) 机体，， L
有机液体闪烁体塑料闪烁体
闪烁体的物理特性
1. 发射光谱：
与光电倍增管的光谱响应配合
2. 发光效率：
闪烁体将吸收的射线能量转变为光能的比例。
1)光能产额：辐射在闪烁体中损失单位能量闪烁发射的光子数。
Yph =
n ph E
光子数/MeV
芪
可以用作nγ甑别。
4. 探测效率：与入射粒子种类、闪烁体形状和大小；闪烁体材料的N和Z等有关 5. 光学性能：透明度高、无缺陷、光学均匀度好等等
易于加工、温度效应等
γ探测效率高，发光效率高
γ探测效率最高，发光效率低
最快
测量中子
闪烁体的选择原则
1. 根据所测射线种类、强度及能量来选择种类、尺寸； 2. 与光电倍增管配合； 3. 阻止本领大，入射粒子能损越大越好； 4. 发光效率及光学性能； 5. 时间分辨或短寿命测量中，要求发光衰减时间短； 6. 能谱测量，发光效率线性好。
返回
光电倍增管
作用：将闪烁体发出的光子转换为电子，并进行倍增。一．基本原理和构造二．种类三．分压器四．主要指标

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2 2 t ( E W ) / E W
对于中心位置，若两端时间分辨相同，则加权平均误差为
t / 2
中心位置是探测器分辨差的区域无论能否区分，多次击中（末态多粒子、量能器反冲粒子、电子等）将严重影响时间分辨。

电荷修正单端时间信息或错误的加权平均
18
3、触发系统

光纤结构:
主要由塑料闪烁体制成。由纤芯部分和包层组成。只有满足全反射的闪烁光可以长距离单向传输。3.4% 双涂层闪烁光纤（折射率渐近减小到1.42）可使光输出效率提高到5.6%。

14

光纤性能和种类：
有机塑料光纤的直径（方光纤的边长）一般250m~5mm，衰减长度2-4m。纤芯材料可发不同颜色的光，匹配不同光波段灵敏的光电器件。不发光的光导光纤波长移位光纤直径1mm的闪烁蓝光纤，耦合PMT读出，在1m远位置的最小电离能损可以得到5个光电子数；用双涂层光纤可得到~8p.e.
• 望远镜系统（提供计数、触发、定位和时间零点等）
• 大面积触发计数器采用两端耦合PMT，给出粒子击中的平均时间（与位置无关）作为触发或时间零点 • 利用上下两层塑料闪烁体的时间差可排除宇宙线
19
小结

闪烁计数器时间快，效率高，能探测各种类型的带电粒子，也能探测中性粒子（如中子和射线）。既能测量粒子的数目，又可以测量粒子的能量，是应用极其广泛的探测器之一。塑料闪烁体发光衰减时间只有1－几个ns，允许应用于高计数率。结构简单，可以加工成不同形状，面积可以做得很大，可以在强本底下工作，价格便宜，有较好的机械强度，因此在高能物理实验中被大量使用，用作触发计数器、飞行时间谱仪、计数器望远镜等，进行粒子触发、位置测量、飞行时间测量等。闪烁探测器在核物理实验、粒子天文学、核医学、地质探测和工业成像等领域应用十分广泛。
发光衰减时间的测量
1. 用快PMT加示波器做相对参考测量

脉冲达到最大值的时刻为
f RC t m RC RC / f ) f ln(

用已知f的闪烁体推算出测量系统的RC，然后再测量样品的f。测量中RC应尽量大。简单但误差大，尤其是参考样品与待测样品的衰减时间相差较大时；无法确定多组分光的衰减时间
20

不同质量的粒子在闪烁体中具有不同的荧光发射，激发的光具有不同的发光衰减时间。利用此效应可以进行电子或γ射线与重粒子（n、等）之间的区分可用快慢两个成分来描述闪烁体的发光
N (t )
N f ()
f
e
t / f
N s(s ) e t / s
对无机闪烁体，越重的粒子（电离能力强）具有较短的发光衰减时间， s变化不大、 f 越快。对有机闪烁体，则正好相反， f变化不大、 s 越快。
• 样品的统计性，与原料、工艺相关。 • 剂量率要尽量与实际使用情况相当。大剂量率损伤大因不易恢复 • 辐照后需避光放置几天再测以减少自发荧光。
8

• 标准的选取与总剂量有关
闪烁体
NaI(T CsI(T l) l)
CsI
BaF2
BGO
GeF
PbWO 4
塑料闪烁体
累积辐照剂量 rad
103
15
2、飞行时间探测器

动量为p，质量分别为m1和m2的二个粒子飞行距离为L的时间差为：
2 2 L L L m12c 2 m2 c t 1 2 1 2 1c 2c c p p
当p>> mc 时,

t
2 2 L ( m1 m2 ) c 2 p2

t _ beam 2c
beam
17

每个探测单元采用两端读出
E W E W E W traw traw 2tbeam 2t f (tSc t ) ( t t int Sc int PM PM )
tf与击中闪烁体的位置Z无关，当然traw的修正与Z有关。两端读出，意味着一次击中，进行了两次独立的时间测量。将两端测量的时间以加权平均方式处理，可以减少时间误差。
四、探测效率
无机闪烁体
• 对带电粒子效率非常高，故一般指对的探测效率 • 探测效率：原子序数Z大 • 全能峰探测效率：原子序数Z大，能量分辨好（发光强） • 晶体量能器需测0，效率是指能探测到多低能量的射线。发光强度和电子学噪声是关键有机闪烁体 • 由于材质轻，对射线探测效率低，主要探测带电粒子。 • 对大面积闪烁体，由于传输衰减，远端效率较低。降低甄别阈或提高PMT高压，但同时增加噪声
6
五、晶体的光输出和均匀性测量

晶体的光输出和均匀性影响能量分辨率用单能源测量
1 S ave 9
N 9 i
Siห้องสมุดไป่ตู้
S max S min U S ave
7
六、闪烁体的辐照效应

闪烁体在强辐照环境中随着辐照剂量的增加光输出会减弱。
闪烁体在辐照下，光透过率和吸收谱发生变化，导致光输出降低。（颜色发生变化）一般用比较辐照前后光输出的变化来标定
5
2. 单光子测量法

采用级联射线源调节装置，使得一个射线激发只接受一个光子。这个单光电子信号的时间分布反映了发光衰减时间。保证单光子是关键。设置上甄别阈，卡掉多光子信号。调节小窗口，使得小窗口时的计数率为大窗口的5%，此时单光子的概率为97%。精度取决于单光子信号端的 PMT的单光子渡越时间涨落（~150ps）和时间零点的精度（~60ps）。可测多组荧光成份

优质因子
D FOM W1 W2
ΔD为甄别谱上两峰之间距离，W1、 W2分别为两峰的半高宽。FOM越大，说明甄别效果越好。
13
二、有机闪烁体的应用
1、闪烁光纤

近20年来得到两个方面的促进：
• 铅-闪烁光纤电磁量能器的研究。制作简单，造价便宜，性能中等。 • 新型高灵敏度、低噪声的光电器件的突破使得闪烁光纤可以应用于带电粒子的能量和径迹测量。
11

电荷比较法
对不同的粒子，有不同的电荷比值：Qf/Q，Qs/Q
全部电荷 Qt
A
i t1
t2
i
部分电荷
Q p Ai
i t3
t4
t1为电流脉冲起始时间，t2一般在4s以上，它与能量大小，脉冲幅度大小有关。 t3 和 t4介于t1，t2之间。 • 设置不同的积分时间 • QADC: 相同积分时间，一路延迟，另一路不延迟 • FADC读出
测量符合测量可得效率坪曲线，以输出幅度最小的区域来确定 PMT的工作高压，一般取坪下边沿+100V
1
五、时间测量

发光衰减时间快的闪烁体，可以用于定时测量
• 有快成份的无机闪烁体如：BaF2，CsF2等（110ns），可测带电粒子和的时间信息。 • 有机闪烁体，~ns，可做成大面积，探测带电粒子的时间信息。 • 时间分辨包括电子学系统
Flash ADC可在一个通道中进行高频率（可达1G）多次测量和A/D转换，将每一个电流脉冲随时间的变化经数字化后计录下来，即可进行波形信息获取。为脉冲形状辨别粒子开辟了崭新的空间。
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例如：
R
i 20 50 i 1
A
50
i
A
i
右图为不同能量γ（电子）和α粒子Qt ,Qp的分布，及不同能量下的 R。可以看出，大200KeV时可以将γ和α明显地区分开来。
时间分辨的测量

小块闪烁体可采用级联射线源测量与粒子的入射能量即光强有关
• 大面积闪烁探测器需考虑位置的影响，
可采用宇宙线。对塑料闪烁体，传播速度 60ps/cm
• S1尺寸不能大，2cm ~100ps • TDC的门信号直接用S1的信号 4
1 2 tot / 2

闪烁光纤的应用
铅-闪烁光纤电磁量能器（KLOE）由铅层和闪烁光纤层组成。能量分辨可达 6% / E(GeV ) 有很好的时间分辨 120ps。带电粒子径迹测量 U、V、R分别为左斜、右斜和直排双R层可以得到~70m的位置分辨 4个大单元可将半径压缩到50cm，从而压缩整个谱仪的尺寸。
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光输出下降约20%
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§4-5 闪烁探测器的应用
一、无机闪烁体的应用
1、量能器
• 晶体建造的全吸收型电磁量能器是十分典型的应用测量光子和电子 2% / E(GeV) 能量分辨可达 • 有机闪烁体作为取样量能器的灵敏层
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2、粒子鉴别脉冲形状甄别
PSD（Pulse Shape Discrimination）
低动量、飞行距离长、质量相差大的粒子易分辨
利用概率方式判定粒子种类，取决于粒子的飞行时间差和探测器的时间分辨率的大小。

Wi
1 2
e

( ti t )2 2 2
若L=120cm， =200ps， K/分辨出2 水平（95%）可达 800MeV的动量，K/P为1.3GeV。
t A
PM Sc int
N p.e
大面积闪烁体或有光导过渡的探测器，传输导致光的弥散和衰减，时间分辨变差
2

脉冲前沿过甄别阈的时间受到电子学的两个因素的影响。
脉冲前沿在阈值区涨落的影响幅度大小对过阈时间的影响 • 极端情况为脉冲的上升沿（快PMT~2ns） • 可用电子学（恒比定时甄别器）或软件方法（同时测幅度，时幅修正）。 • 叠加在前沿的电子学小扰动多阈值测量，脉冲光滑分析 • 组成脉冲前沿的光电子数目涨落小块闪烁体，直接到达光阴极的快光子多，传输时差也小，反映了该闪 3 烁体的本征时间分辨。