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闪烁体探测器教学PPT

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09第九章闪烁体探测器

09第九章闪烁体探测器


τ为发光衰减时间，即发光强度降为1/e所需时间。
13
3、闪烁发光时间
对大多数有机晶体和少数无机晶体，发光衰减有快、
慢两种成分
n(t) = n f e−t τ f + ns e−t τ s
τf
τs
14
有机闪烁体的发光衰减曲线
几种闪烁体的发光衰减时间
闪烁体 BaF2 CsI(Tl) 芪 蒽
液体闪烁体 塑料闪烁体
NaI(Tl)
τf (ns)
0.6 10 6.2 33 2.4 1.3
τs (µs)
0.62 1.0 0.37 0.37 0.20
0.23
15
使用闪烁体时还应考虑：
（1）探测效率，与闪烁体的几何形状及大小有关；与组成闪 烁体的物质的密度以及平均原子序数有关 （2）要求闪烁体透明度高，尽可能无缺陷，光均匀度好
9
发射光谱与闪烁体、激活剂、移波剂、温度有关。
2、发光效率
发光效率（闪烁体将所吸收到的射线能量转化为光 的比例）
（1）.光能产额：（核辐射在闪烁体中损失单位能量闪烁发
射的光子数）
Y ph
=
n ph E
光子数 MeV
nph为产生的闪烁光子总数。
以NaI(Tl)为例：对1MeV的β粒子，发射光子平均能量 hν = 3eV
19
四．常用闪烁体
2、BGO晶体 (Bi4Ge3O12 ，锗酸铋) 优点：
密度大，ρ =7.13g/cm3； Z高， 铋(Z=83)；
机械性能好；
化学稳定性好；
光学透明性好。
缺点：
发光效率低，为NaI(Tl)的8~14%。
20
五．闪烁光的收集
反射层、耦合剂、光导。 1. 光学反射层：
闪烁晶体课件R1.

闪烁晶体课件R1.


闪烁晶体基本特性ຫໍສະໝຸດ PET Lab @ HUST
能量响应和能量分辨率 能量响应一般以闪烁晶体的光输出与入射粒子在 闪烁晶体内能量损耗之间的对应关系来表征。
闪烁晶体的能量分辨率主要受以下因素影响： 1. 闪烁晶体的发光效率 2. 光子传输效率 3. 能量响应的非线性响应
PET仪器开发与多模医学成像实验室
2、 康普顿效应 当伽玛光子的能量大大超过电子的结合能时，光 子与核外电子发生非弹性碰撞，光子的部分能量转移 给电子，使它反冲出来，而散射光子的能量和运动方 向都发生了变化，即康普顿效应。
PET仪器开发与多模医学成像实验室
伽玛射线与闪烁晶体的相互作用 PET Lab @ HUST
3、瑞利散射 除了康普顿散射外，伽玛光子可以被原子或单 个电子散射到另一方向，其能量不损失只是方向改 变，即瑞利散射。
PET仪器开发与多模医学成像实验室
闪烁晶体探测器

PET Lab @ HUST
结构
高能粒子 可见光 可见光 光电子 放大 电信号
闪烁晶体
光导
光电转换器件
PET仪器开发与多模医学成像实验室
闪烁晶体体探测器
特点： 1、能够探测多种粒子 2、结构紧凑方便加工与使用 3、探测效率高 4、响应时间短

PET Lab @ HUST
PET仪器开发与多模医学成像实验室
闪烁晶体基本特性

PET Lab @ HUST
发光效率（光输出量） 表征闪烁晶体将吸收的粒子能量转化为光的本 领。定义光输出量S是在一次闪烁过程中产生 的光子数目R和带电粒子在闪烁晶体内损失的 能量之比：
R S （光子数/MeV） E
PET仪器开发与多模医学成像实验室
4-4闪烁探测器

4-4闪烁探测器

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。
【清华大学工物系课件】电离辐射探测工程硕士课程(5)1闪烁探测器-PPT课件

【清华大学工物系课件】电离辐射探测工程硕士课程(5)1闪烁探测器-PPT课件

辐射探测学
第五章 闪烁探测器
(scintillation detectors)
1
why scintillation detectors?
和气体探测器一样，闪烁探测器也是现在用得最多、 最广泛的一种电离辐射探测器。
• • • • • NaI：在γ能谱测量中的应用。 CsI：在中微子探测中的应用。 BGO：在中子感生γ能谱分析（煤质分析）中的应用。 CdWO4：工业CT LaBr3：一种新型的优质闪烁探测器
3. 发光时间 4. 闪烁体其它特性
哪一项与闪烁体的能量分辨率最相关？
17
1. 发射光谱
闪烁体发射光子数与光子波长(能量)的关系曲线。
发射光谱与闪烁体、激活剂、移波剂、温度有关。
18
2. 发光效率
发光效率可用三种量来描述： ① 光能产额 ② 闪烁效率 ③ 相对闪烁效率（相对发光效率）
(1)光能产额 (光输出，光产额)
不同类型辐射激发时stilbene 晶体的发光衰减曲线
22
可以用作粒子甄别。
几种闪烁体的发光衰减时间
闪 烁 体 BaF2 CsI(Tl) 芪 蒽 液体闪烁体
f (ns)
0.6 10 6.2 33 2.4
s (s)
0.62 1.0 0.37 0.37 0.20 0.23
塑料闪烁体
NaI(Tl)
12
价 带
在晶体中掺杂，叫做 激活剂(activator)，含 量103量级。
杂质形成特殊晶格点， 并在禁带中形成局部 能级。
原子受激产生的电子-空穴迁移到杂质能量的激发态和基态上， 使杂质原子处于激发态。形成发光中心或复合中心 (luminescence centers or recombination centers)
核电子学第2课探测器ppt课件

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
第四节液体闪烁测量技术ppt课件

第四节液体闪烁测量技术ppt课件

2019/12/30
计
C道
数
率
3H
14C
2019/12/30
A道 28Mg
B道
Compton能谱 137Cs
0.47MeV
0.66MeV
能 量(MeV)
标准品测量杯:
1
2
3 ············ 10
1.加入闪烁液( ml ) 210.加m入l 放··射···性···标···准·品(1d0)ml 03..1加m入l 淬··灭···剂···C··C··l4 0.1ml
NCH3CH2
+ OH
CH3
湿组织 1.5M 海胺
60℃
450mg 2ml
3hr
Chicago公司: NCS，Digestin， Backman公司的BTS －450等 都是季胺碱化合物。
Packard公司:Soluene－100甚至能消化指甲,皮,毛发。
2019/12/30
二. 非均相测量: 测量样品放在非均相体系，如固－液或不混溶
(E)
测 60
量
效 率
40
20
⑴A/B
⑵ A/C
⑶ B/C 或 B/A
0.2
0.4
0.6 0.8
道比值(R)
2019/12/30
外标准道比法:
（ External Standard Channel Ratio , ESCR）
Compton子
γ 外标准原 137Cs 226Ra
液体闪烁计数器
原理：γ射线产生的康普顿谱与β 谱相似，康普顿电子遇到淬 灭时，同样会使得测量效率下 降， 康普顿谱左移。
2019/12/30
样品放射性活度（Bq）=
闪烁探测器分析课件

闪烁探测器分析课件


02
探器的种与点
光电倍增管
总结词
光电倍增管是一种具有极高灵敏度和响应速度的光探测器，广泛应用于各种科学 实验和工业应用中。
详细描述
光电倍增管由光电阴极、倍增极和阳极组成，当入射光子撞击光电阴极时，光子 能量转化为电子，电子被倍增极放大，最终在阳极上形成电信号。光电倍增管具 有高灵敏度、低噪声、快速响应等特点，适用于弱光探测和高精度测量。
详细描述
微通道板由许多微小的通道组成，每个通道内壁涂有闪烁物质。当入射粒子穿过通道时，与内壁上的 闪烁物质相互作用，产生光子，光子进一步被放大和传输，最终形成图像或信号。微通道板具有高空 间分辨率、高灵敏度、低噪声等特点，适用于高速和高精度测量。
闪烁晶体
总结词
闪烁晶体是一种能够将入射粒子或光子能量转化为可见光的晶体材料，广泛应用于核医学成像和粒子物理实验等 领域。
提高探测效率与降低成本
提高探测效率
优化闪烁材料和探测器结构，提高探 测器的光子利用率和能量分辨率。
降低成本
通过规模化生产和技术创新，降低探 测器的制造成本和维修成本。
拓展应用领域与市场前景
拓展应用领域
将闪烁探测器应用于医疗、环保、安 全等领域，扩大市场需求和应用范围。
市场前景
随着科技的不断进步和社会需求的增 加，闪烁探测器的市场前景广阔，具 有巨大的发展潜力。
与其他核辐射探测器的比较
测量原理
与其他核辐射探测器相比，闪烁 探测器主要通过荧光效应来检测 辐射，具有较高的灵敏度和能量
分辨率。
应用范围
闪烁探测器适用于多种类型的辐 射测量，包括伽马射线、X射线、 中子等，而其他核辐射探测器可 能只适用于特定类型的辐射测量。
便携性
最新2019-42闪烁探测器-PPT课件

最新2019-42闪烁探测器-PPT课件


大，几乎被探测器完全吸收，能量迭加到Ee上，构成全能峰，总能量为
EE eE xE E iE iE
电子对效应：正负电子能量总和为 Epair E 2mec2 正电子在探测器
内损失能量湮灭生成2个能量为mec2的射线，它们可能1个或2个被探测 器光电吸收，也可能发生康普顿效应。若2个射线都被吸收，其能量迭加
基于光传播的直线规律，光导收集光的效率为：
SPMT
eff
SScint
(SPM T SSicn,tef f 1)
使用光导并不能提高光收集的闪烁体与圆形光电倍增管连接需要光 导过渡；
• 在强磁场内测量PMT放在磁场外需要光导；
• 在空间很小的地方测量需长的纤维光导。
• 镜反射由于反射效率<95%，多次反射效率不高，常用于小块闪烁体。
• 漫反射方法的效率较高，但光程差较大，形成宽的脉冲输出，常用于能
量测量。
1
反射层：常用的反射层材料有MgO、铝箔和镀铝薄膜等。 • 有机闪烁体常用铝膜较松的包装，构成全反射和镜反射混合， 既保持快脉冲输出又尽可能得到高的光收集效率。 • 对大部分无机闪烁体，因发光衰减时间长、折射率大从而与 光探测器件配合差，利用漫反射方法收集光最佳。常用漫反 射Ty材ve料k纸有。MgO、Al2O3细粉末、白色涂料、Teflon膜和
射线是单能，但不能直接被记录，而是
通过三种效应产生次级电子间接被记录。
所以单能射线能谱除了峰之外还有较大的
连续谱。
8
全能峰
射线能量较小时，主要是光电效应贡献；随着 射线能量增大，电子对效 应贡献逐步增大。
光电效应：光电子能量 Ee E Ei
外层电子跃迁到K层，多余的结
合能以X射线或俄歇电子形式辐射。因X射线能量很低，光电吸收截面很
闪烁体探测器概述

闪烁体探测器概述

苯乙烯(单体)+ PPO + POPOP，聚合成塑料。 17
四．常用闪烁体
1、NaI(Tl)晶体
优点：
密度大， =3.67g/cm3 ，探测效率高；
Z高，碘(Z=53)占重量85% ，光电截面大；
相对发光效率高，为蒽的两倍多；
发射光谱最强波长415nm，与PMT光谱响应配合； 晶体透明性能好；
能量分辨率较高，~7.5%@662keV-。
闪烁探测器
核辐射与某些透明物质相互作用，会使其电离、激发
而发射荧光；闪烁探测器就是利用这一特性工作的
时间特性好，探测效率高。 闪烁体 光电倍增管 闪烁探测器的输出信号
闪烁探测器的性能
单晶能谱仪—NaI(Tl)晶体谱仪
1
§9.1 闪烁探测器基本原理
闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生的电离、激 发而产生的荧光来探测电离辐射的探测器。闪烁探测器由 闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。
nf
f
e
t f
t s + ns e
s
有机闪烁体的发光衰减曲线
14
几种闪烁体的发光衰减时间
闪 烁 体 BaF2 CsI(Tl)
f (ns)
0.6
s(s)
0.62
10
6.2 33
1.0
0.37 0.37
芪
蒽 液体闪烁体
2.4
Байду номын сангаас1.3
0.20
0.23
15
塑料闪烁体
NaI(Tl)
使用闪烁体时还应考虑：
于10-9s）决定。
闪烁体受激后，电子退激过程及闪烁体发光过程一般服从指 数衰减规律 对于大多数无机晶体,t时刻单位时间发射光子数：
闪烁体探测器教学PPT

闪烁体探测器教学PPT


激带
禁带
满带
▼导带上自由电子和满带上空穴可以复合成激子；
▼入射粒子可以产生电子-空穴对，也可产生激子。退激可 能发出光子，也可能晶格振动而不发光。
纯离子晶体：
e
导带
退激发出的光子容易
激带 被晶体自吸收，传输
出的光子少禁带宽度
禁带
大，退激发光在紫外
光范围，光阴极不响
应
h
满带
在晶体中掺杂,叫做激活剂,含量103量级。杂质形成特殊晶 格点,并在禁带中形成局部能级。原子受激产生的电子-空穴 迁移到杂质能量的激发态和基态上,使杂质原子处于激发态。
第五章 闪烁探测器
荧光物质，闪烁体。 时间特性好，探测效率高。
闪烁体 光电倍增管 闪烁探测器的输出信号 闪烁探测器的性能 单晶能谱仪
§5.1 构成和工作原理
构成(探头):
荧光 光子
反射层 窗
光电倍增管 (打拿极) 分压器 前置放大器
多道或单道
高压 闪烁测器的工作过程：
• 发光效率高； • 多晶粉末；
• 透光性差，厚度约10~20mg/cm2 。
5、有机液体闪烁体
• 发光衰减时间短，~2.4ns ； • 透明度好，制备容易，成本低。
缺点：容易潮解。
NaI(Tl)晶体封装结构
1-硬质玻璃； 2-NaI(Tl)晶体； 3-光学耦合剂； 4-光反射层； 5-金属铝壳； 6-海绵垫衬； 7-密封环氧树脂。
2、CsI(Tl)和CsI(Na)晶体
优点： • 密度大， =4.51g/cm3 ；
• Z高，铯(Z=55)，碘(Z=53) ； • 机械强度好； • 加工性能好； • CsI(Tl)可以用作粒子鉴别。
(1) 核辐射射入闪烁体使闪烁体原子电离或激发,受 激原子退激而发出波长在可见光波段的荧光。
闪烁探测器

闪烁探测器

2006年9月 中国科大 汪晓莲 3
二、工作原理



光的传输：光子通过闪烁体和光导，到达光电倍增管的光阴极，有 一部分在传输过程中会被吸收或被散射而无法到达光阴极。 设光子的传输系数为l，则到达光阴极的光子数R’＝lR。希望l尽可能 大，就要求闪烁体的发射光谱和吸收光谱不重合，使闪烁体发射的 光子尽量少自吸收，并在闪烁体和光电倍增管之间价光导。 光电转换：光阴极吸收光子发射光电子。设光电转换效率为，从光 阴极到第一倍增极的电子传输系数为q，则光阴极发射到第一倍增极 的光电子数 N qR ' 倍增：光电子在光电倍增管中倍增，最后在阳极被收集。设光电倍 增管的倍增系数为M，则在阳极得到Mn个电子，相应的电荷为 Q＝Mne，输出电容为C，则电压脉冲 Q K Pl qeMEi n e M Ei V 1 C h C C K Pl q N n 1 入射粒子单位能量产生的光电子数 h E
探测效率：粒子在闪烁体内产生脉冲信号与入射粒子数之比 N0 温度效应：闪烁体性能随温度的变化。
辐照效应：闪烁体性能随辐照剂量的累积发生的变化。
2006年9月 中国科大 汪晓莲 12
N
二、无机闪烁体

大都是固体晶体，是绝缘体。 有快发光特点或发光成分中有快发光过程的晶体。 如：BaF2，CaF，NaI，CsI等。 大比重的晶体，如：BGO，LSO(Ge)， LuAP(Ge)，PWO等，密度大，对粒子阻止本领 大，适于高能探测器小型化。 应用最广泛的是碱金属卤化物闪烁晶体，常用的 有：NaI(Tl)，CsI(Tl)，ZnS(Ag)等。
2）能量转换效率P：定义一次闪烁过程中产生的光子总能 量和带电粒子损失能量之比。
P R h S h E 通常用%表示

最新GE公司LightSpeed16探测器理论及操作指导ppt课件

0.5625:1模式——床速：5.625mm/转 0.9375:1模式——床速：9.375mm/转 1.375:1模式——床速：13.75mm/转 1.75:1模式——床速：17.5mm/转
GEMSC CT APPL. TiP
螺旋扫描定制
16x1.25 mm
球管旋转一周由24排探测器收集16个信号，每1个信号由中心每2排探测 器或两侧每1个探测器收集，可后重建层厚为1.25, 2.5, 3.75, 5.0, 7.5, 10mm。
0.625:1模式——床速：6.25mm/转 0.875:1模式——床速：8.75mm/转 1.35:1模式——床速：13.5mm/转 1.675:1模式——床速：16.75mm/转
GEMSC CT APPL. TiP
螺旋扫描定制
8 x 2.5 mm
球管旋转一周由24排探测器搜集8个信号，中心每4排探测器收集1 个信号，两侧每2个探测器收集1个信号，图像后重建层厚为2.5, 3.75, 5.0, 7.5, 10mm。
准直器
Diode
FET Switching Array
GEMSC CT APPL. TiP
探测器结构
2 x 0.625mm
球管的焦点
准直器
球管旋转一周由2排探测 器收集2个信号。故最薄 层厚：0.625 mm
Diode
FET Switching Array
GEMSC CT APPL. TiP
轴位扫描模式
GEMSC CT APPL. TiP
轴位扫描的层间隔
层间隔=机架旋转一周的图像数目x层厚
例如: • 8 x 1.25 模式：机架旋转1周生成1.25mm层厚图像8幅，覆盖
10mm范围，层间隔为10mm。
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1、发光光谱
• 特点：发射光谱为连续谱。各种闪烁体都存在一 个最强波长；要注意发射光谱与光电倍增管光阴 极的光谱响应是否匹配。
2、发光效率
• 闪烁体将所吸收的射线能量转化为光的比例。
•
发光效率：
Cnp

E ph E
100 %
• Eph闪烁体发射光子的总能量； • E入射粒子损耗在闪烁体中的能量。
NaI(Tl)的闪烁光能占入射能量~13% ，吸收1MeV
能量产生总光能：
Eph 1106 0.13 1.3105ev
闪烁光子平均能量~3eV ，产生光子数：
N ph
1.3105
3
4.3104
三、闪烁体的物理特性
1、发光光谱 2、发光效率(能量转换效率、光能产额及相对值) 3、发光时间 4、闪烁体其他特性
(1) 核辐射射入闪烁体使闪烁体原子电离或激发,受 激原子退激而发出波长在可见光波段的荧光。
(2) 荧光光子被收集到光电倍增管(PMT)的光阴极， 通过光电效应打出光电子。
(3) 电子运动并倍增,并在阳极输出回路输出信号。
闪烁探测器可用来测量入射粒子的能量。?
§5.2 闪烁体
理想的闪烁体： 探测效率高，转换效率高，线性范围大， 自吸收小，发光时间短，加工性能好。
当光子由光密物质(n1)射向光疏物质(n2)时,发
生全反射的临界角：
c

sin 1
n2 n1
加入折射率大的透明媒质，增大临界角，透射光
增加。
用折射系数 n 1.4 ~1.8 的硅脂(或硅油)。• 光导：ຫໍສະໝຸດ • 具有一定形状的光学透明固体
材料,连接闪烁体与光电倍增管。 闪烁体窗面积、形状与PMT窗
解：根据公式
S Cnp hv
S

0.13 3eV

4.3104
光子数 MeV
练习： 当入射粒子在蒽晶体内损失1MeV能量时，产 生20300个平均波长为447nm的光子，试计 算蒽晶体的闪烁效率。
3、闪烁发光时间
• 闪烁体的发光过程包括闪烁的上升和衰减两个过 程。
• 对大多数无机晶体，闪烁衰减成指数规律，有：
正高压供电方式：
负高压供电方式：
三、主要性能
1) 光阴极的光谱响应 光阴极受到光照射后,量
子效率随波长的关系曲线。 量子效率:
发射光电子数
Qk () 入射光子数
光阴极光谱响应需要与 闪烁体发射光谱匹配。
2)光阴极(阳极)的光照灵敏度
Sk

ik A / lm
F
SA

iA F
A / lm
优点：
密度大， =3.67g/cm3 ，探测效率高；
Z高，碘(Z=53)占重量85% ，光电截面大； 相对发光效率高，为蒽的2.3倍； 发射光谱最强波长415nm，与PMT光谱响应配合； 晶体透明性能好； 能量分辨率较高，~7.5%,662keV-。
缺点：容易潮解。
NaI(Tl)晶体封装结构
1-硬质玻璃； 2-NaI(Tl)晶体； 3-光学耦合剂； 4-光反射层； 5-金属铝壳； 6-海绵垫衬； 7-密封环氧树脂。
N
t


t
N0e
• 式中： 为受激原子衰减时间常数
t时刻已退激发出的光子数N光子(t)为
N 光子
t

N0

N
t

N0
1
t
e


• 则单位时间内发出的光子数为(发光强度)：
I t dN光子 N0 e t
dt
对大多数有机晶体和少数无机晶体，发光衰减有快 慢两种成份，其衰减规律为：
优点：
• 密度大， =7.13g/cm3；
• Z高，铋(Z=83)； • 机械性能好； • 化学稳定性好； • 光学透明性好。
缺点：发光效率低，为NaI(Tl)的8~14%。
4、ZnS(Ag)晶体
• 发光效率高； • 多晶粉末；
• 透光性差，厚度约10~20mg/cm2 。
5、有机液体闪烁体
• 发光衰减时间短，~2.4ns ； • 透明度好，制备容易，成本低。
2、CsI(Tl)和CsI(Na)晶体
优点： • 密度大， =4.51g/cm3 ；
• Z高，铯(Z=55)，碘(Z=53) ； • 机械强度好； • 加工性能好； • CsI(Tl)可以用作粒子鉴别。
缺点：CsI(Na)容易潮解；CsI(Tl)轻度潮解。
3、BGO晶体 (Bi4Ge3O12 ，锗酸铋)
射的干扰。 ②要考虑测量的物理量； ③应考虑放射源的特点； ④考虑与所用的光电倍增管的配合及经济方面的因
素。
问题：
试解释NaI(T1)闪烁探测器的能量分辨率优于BGO 闪烁探测器的原因，为何后者的探测效率要更高一 些？
闪烁体 原子序数Z 密 度 发光效率
NaI(Tl)
11, 53
Bi4Ge3O12 83, 32, 8
分类
聚焦型
具有较快的响应时间， 用于时间测量或需要 响应时间快的场合。
非聚焦型
电子倍增系数较大， 多用于能谱测量系统。
直线结构 环状结构
百叶窗结构 盒栅型结构
二．光电倍增管的供电回路
• K-D1电压较高，提高S/N和能量分辨率； • 中间各打拿极一般均匀分压； • 最后几个打拿极间高电压、大电流，电容稳压； • 最后打拿极与阳极间电压较小。
• 以NaI(Tl)为例： 对β粒子 Cnp 13%，对α粒子 Cnp 2.6%
光输出(光能产额、光产额)
定义：S nph 光子数 MeV
E nph为产生的闪烁光子总数。
发光效率与光输出的关系：
S nph Eph 1 Cnp E hv E hv
例：以NaI(Tl)为例，对1MeV的β粒子，发射光子平 均能量 h 3e，V 求光产额
第五章 闪烁探测器
荧光物质，闪烁体。 时间特性好，探测效率高。
闪烁体 光电倍增管 闪烁探测器的输出信号 闪烁探测器的性能 单晶能谱仪
§5.1 构成和工作原理
构成(探头):
荧光 光子
反射层 窗
光电倍增管 (打拿极) 分压器 前置放大器
多道或单道
高压 闪烁体光阴极光电子 阳极 管座 暗盒
闪烁探测器的工作过程：
成因： (1)光阴极的热电子发射 (2)管内残余气体电离和激发 (3) 工艺----尖端放电及漏电
5) PMT 的稳定性
稳定性是指在恒定辐射源照射下，光电倍增管的 阳极电流随时间的变化。 包含两部分： 短期稳定性，指建立稳定工作状态所需的时间。一 般在开机后预热半小时才开始正式工作。
长期稳定性：在工作达到稳定后，略有下降的慢变 化，与管子的材料、工艺有关，同时与周围的环境 温度有关。长期工作条件下，须采用“稳峰”措施。
6、塑料闪烁体
• 发光衰减时间短， 1~3ns ； • 透明度高，光传输性能好； • 机械性能好，性能稳定； • 耐辐射特性好。 • 由溶剂(苯乙烯)+荧光物质+波长转换剂，聚
合而成
7.闪烁体的选择
• 闪烁探测器的性能与闪烁体有很大关系。 • 在实际应用中闪烁体的选择应考虑: ①选用的闪烁体在测量一种核辐射时能排除其他辐
一、光电倍增管的结构与工作原理
• 光阴极，电子倍增系统(打拿极)，电子收集(阳极) 极，聚焦极及加速极。
光阴极：通常为化合物材料。 电子光学系统：聚焦极、加速极。 阳 极：镍、钽、钨，二次电子发射小。
工作原理： 光阴极由于光电效应将闪烁体发出的微弱的光转
变成光电子，光电子经电子光学系统加速、聚集后 射向倍增极，电子不断增加，阳极收集最后一极倍 增极的二次电子而输出一个电信号.
3.67 7.13
100 7~14
§5.3 光学收集系统
• 反射层、耦合剂和光导。 • 反射层作用：
把闪烁体中向各个 方向发射的光有效地反 射到光电倍增管的光阴 极上。
氧化镁、二氧化钛、 聚四氟乙烯塑料袋等。
• 光学耦合剂
作用：排除交界面间的空气，减少光在交界面
的全反射，使光有效地传输到光电倍增管的光阴极。
I
t

Ife
t f


Ise
t S
快、慢两种成分的相对比例随入射粒子而变化 。 见书P243，图4.7
四．常用闪烁体
1、NaI(Tl)晶体 2、CsI(Tl)和CsI(Na)晶体 3、BGO晶体(Bi4Ge3O12) 4、ZnS(Ag)晶体
5、液体闪烁体 6、塑料闪烁体
1、NaI(Tl)晶体
其中：i 是光电子流(A)，F是光通量(lm)。
3)光电倍增管的电流放大倍数
M

阳极收集到电子数 第一打拿极收集到电子数
a n
其中：a为各级的电子收集效率，δ为各级电子倍增系数, n为倍增级数
4) PMT 暗电流与噪声
当工作状态下的光电倍增管完全与光辐射隔绝 时，其阳极仍能输出电流(暗电流)及脉冲信号(噪声)
e
激发态 基态 h
杂质原子退激： 荧光：<107 sec. 导带 猝灭：转换为晶格的热运 动. 激带 磷光：亚稳态，发光时间 较长。
禁带
满带
在NaI(Tl)中产生一对电子-空穴对需要~20eV能量。
如果入射带电粒子在NaI(Tl)中损失1MeV能量，产
生的电子-空穴对数：
Ne
1106
20
5104
面积、形状不同时； 强磁场中探测时，用较长的光
导连接,把闪烁体与PMT分隔开; 在空间较小处，用光纤连接
较小的闪烁体与PMT; 用硅油填充闪烁体-光导、光
导-PMT的交界面。