NaI探测效率探究

实验三 用NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪辨识未知源一. 实验目的1、了解闪烁谱仪的工作原理，学习调整闪烁谱仪的实验技术。

2、掌握测谱技术及分析简单γ能谱的方法。

3、掌握谱仪能量分辨率及能量线性的测量方法。

4、学习谱仪应用的实例——辨别未知源的方法。

二. 实验内容1、熟悉线性放大器与单道脉冲幅度分析器，以及计算机多道脉冲幅度分析器的使用，调整谱仪至正常工作状态。

2、选择合适实验条件，用单道测量137Cs 的γ能谱，确定单道系统的能量分辨率。

3、利用多道脉冲幅度分析器测量137Cs 源及60Co 源的全谱；刻度谱仪能量线性，确定能量分辨率、峰康比；对137Cs 的γ能谱进行谱形分析并与理论比较。

4、测量未知源的γ能谱，确定峰位的能量，进而辨别未知源。

5、 比较NaI 和BGO 两种不同闪烁体的性能。

三. 实验原理1、 NaI(T1)单晶γ谱仪简介NaI(T1)单晶闪烁谱仪由一块NaI(T1)闪烁体、光电倍增管、射极输出器和高压电源以及线性脉冲放大器、单道脉冲幅度分析器(或多道分析器)定标器等电子学设备组成，示意图见图3-1。

图3-1 Nal(T1)闪烁谱仪装置示意图光电 倍增管闪烁体射极 输出 器线性脉冲 放大器单道脉冲幅度分析器多道脉冲 幅度分析器自动 定标器高压电源示波器源γ射线入射闪烁体内，产生次级电子，使闪烁体内原子电离、激发后产生荧光。

这些光信号被传输到光电倍增管的光阴极，经光阴极的光电转换和倍增极的电子倍增作用而转换成电脉冲信号，它的幅度正比于该次级电子能量，再由所连接的电子学设备接受放大、分析和记录。

NaI(T1)单晶γ谱仪测量γ射线的过程由图3-2示说明。

图3-2 γ射线和闪烁体交互作用至光电倍增管阳极形成电流脉冲的示意图这种谱仪对γ射线的探测效率高、分辨时间短、价格相对便宜。

可用来测量射线的通量密度，也可用来对辐射进行能量分析，在核物理研究及核技术应用的各领域中广泛使用。

2、 单能γ谱的谱形分析方法谱仪测得的是脉冲数按幅度的分布，即脉冲幅度谱，简称脉冲谱，一般提到谱仪测得γ谱均系指此脉冲谱。

数字示波器一．实验简介本次实验主要对数字示波器的参数以及实用方法进行掌握，通过测量不同频率的脉冲的幅度变化以及波形的各个参数，加深对示波器带宽、采样率、触发等概念的理解，学会通过示波器或者波形数据进行测量参数，为将来复杂实验打好基础。

二．实验原理示波器分为数字示波器和模拟示波器，模拟示波器采用的是模拟电路（示波管，其基础是电子枪）电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上，屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。

数字示波器则是数据采集，A/D 转换，软件编程等一系列处理后将波形重现，具有多种选择，多种分析功能，可以实现数据存储。

数字示波器的主要参数有带宽（Bandwidth ）、采样率（samplingrate ）、内存，在使用时，需要注意触发、耦合方式等关键因素。

本实验的主要内容就是了解、测量示波器的参数，学会使用触发、耦合等方式。

示波器的带宽定义为示波器在屏幕上能以不低于真实信号3dB 的幅度来显示信号的最高频率。

在示波器测量时，随着输入信号频率的增加，测得的信号的幅度也会逐渐减小，当示波器测得的信号的幅度是信号真实幅度的0.707倍时，即真实信号的3dB ，此时信号的频率称为带宽。

如图1所示为一个100MHz 示波器的典型频率响应曲线。

本次实验所用的型号为TDS2022C 的示波器的带宽为200MHz 。

采样率是指单位时间内，对模拟输入信号的采样次数，常以MS/s ，GS/s 表示，根据奈奎斯特定理，采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭。

本次实验使用的型号为TDS2022C 的示波器的采样率为2GS/s 。

内存是指数字示波器所能存储的采样点多少的量度。

示波器的内存=采样率×采样时间×每个采样点所占字节数。

示波器的触发方式有三种，分别是边沿触发（默认），脉冲触发和视频触发。

边沿触发是指当它跨过触发电平（阈值）时，在输入信号的上升边沿或者下降边沿触发示波器；脉冲触发是指由异常脉冲触发；视频触发是指由视频信号触发。

第37卷第3期原子能科学技术Vol.37,No.3　2003年5月Atomic Energy Science and TechnologyMay 2003大体积阱式N a I(T l)探测器的效率计算与测量李　琦,常永福,解　峰,连　琦,张自禄,刘德敏,许启初,唐寒冰(西北核技术研究所,陕西西安　710024)摘要:使用蒙特卡罗方法模拟计算了一个用于4πγ计数的大体积阱式NaI (Tl )探测器的效率和能谱。

采用一系列单能γ源标定探测器,对计算结果进行检验,其结果基本一致,两者间的最大偏差不超过±8%,证明计算结果是可靠的。

关键词:蒙特卡罗方法;阱式NaI (Tl )探测器;效率;能谱中图分类号:TL81612 文献标识码:A 文章编号:100026931(2003)0320230203C alculation and Measurementof a Large Volume Well 2type N a I(T l)Detector ’s E ff iciencyL I Qi ,CHAN G Y ong 2fu ,XIE Feng ,L IAN Qi ,ZHAN G Zi 2lu ,L IU De 2min ,XU Qi 2chu ,TAN G Han 2bing(Northwest Institute of N uclear Technology ,P .O .Box 69214,Xi ’an 710024,China )Abstract :The efficiencies and energy spectra of a large volume well 2type Na I (Tl )detectorwhich is used in 4πγcounting method are calculated by using Monte 2Carlo method.At the same time ,the detector is calibrated by using a series of single γ2energy sources.The two re 2sults are in good agreement ,and the biggest discrepancy does not exceed ±8%.The calcu 2lated results are reliable.K ey w ords :Monte 2Carlo method ;well 2type Na I (Tl )detector ;efficiency ;energy spectrum收稿日期:2002206217;修回日期:2002208227作者简介:李　琦(1974—),男,陕西长安人,助理研究员,在读博士研究生,核技术及应用专业 4πγ计数方法适用于伴有级联γ跃迁的复杂衰变核素的活度绝对测量[1～3]。

基于CSG和MCNP程序NaI探测器探测效率刻度Chbchen@1.关于CSG计算机中表示三维形体的模型，如果按照几何特点进行分类，大体上可以分为三种：线框模型、表面模型和实体模型。

线框模型和表面模型存贮的三维几何信息都不是十分完整，但实体模型能够完整地、准确地表示三维形体。

如果按照表示物体的方法进行分类，实体模型基本上可以分为分解表示、构造表示和边界表示三大类。

常用的分解表示法有：四叉树、八叉树、多叉树、BSP树等等。

扫描表示、构造实体几何表示、特征和参数化表示是构造表示的主要方法。

边界表示的典型代表是翼边结构。

构造实体几何（CSG）表示是通过对体素进行集合运算而得到新的形体的一种表示方法，和BREP一道是实体造型领域两大主流表示法。

体素可以是长方体、柱体、锥体、球、环或封闭的自由曲面等(如图1)，也可以是半空间；其运算为几何变换或正则集合运算；通过对物体的正则并、交或差集合运算生成一个新物体。

图1 基本体素 CSG表示可以看成是一棵有序的二叉树，称为CSG树(如图2)。

其叶子节点是体素或者形体变换参数，非叶子结点是正则的集合运算或几何变换操作。

这种运算或变换只对其紧接着的子节点起作用。

每棵子树表示其下两个节点组合及变换的合法结果，根节点表示了最终的形体。

几何变换并不限定为刚体变换，也可以是任意范围的比例变换、剪切变换和对称变换。

CSG树是无二义性的，但不是唯一的，它的定义域取决于其所用体素以及所允许的几何变换和正则集合运算算子。

如果体素是正则集，则只要CSG的叶子是合法的体素，正则集的性质能够保证任何CSG树都是合法的正则集。

根据CSG树生成三维形体的一般过程可以简单地描述如下：首先在三维空间中选两个基本体素，然后选择组合两个基本体素的集合运算（并、交、差），这时除了基本体素外，增加了一个新的物体，它可以用来形成另一个物体：利用基本体素和每一步新创建的物体的组合，继续构造新物体，直至形成最后的结果物体，参考图2。

基于蒙特卡罗方法的NaI探测器模拟研究
关世荣;王振超;张慧;梅雪松;黄龙川
【期刊名称】《黑龙江科学》
【年(卷),期】2014(005)007
【摘要】本文利用MC程序和低本底NaI γ谱仪对三种标准体源40K、232Th、226Ra发出的γ射线分别进行模拟计算和实验测量,结果一致性较好.利用MC程序对NaI探测器探测效率进行模拟计算,结果与文献一致,进而证明利用MC程序可以实现全能谱效率刻度.
【总页数】3页(P8-9,11)
【作者】关世荣;王振超;张慧;梅雪松;黄龙川
【作者单位】黑龙江省科学院技术物理研究所第三研究室,哈尔滨150086;黑龙江省科学院技术物理研究所第三研究室,哈尔滨150086;黑龙江省科学院技术物理研究所第三研究室,哈尔滨150086;黑龙江省科学院技术物理研究所第三研究室,哈尔滨150086;黑龙江省科学院技术物理研究所第三研究室,哈尔滨150086
【正文语种】中文
【中图分类】O571.33
【相关文献】
1.应用蒙特卡罗方法确定NaI探测器的点源效率函数及其参数 [J], 张富利;曲德成;杨国山
2.GAGG:Ce探测器与NaI:TI探测器性能比较 [J], 程翀;王益元;许浒;周军;郭智荣;
屈国普;刘翎箭
3.NaI(Tl)探测器的源几何特性r对峰总比影响模拟研究 [J], 颜瑜成;付涛;唐璇;张丽然
4.NaI（Tl）就地探测器测量海水中137Cs与131I的蒙特卡罗模拟研究 [J], 潘孝兵;朱养妮;余小任;全林;曲广卫
5.基于数字多道NaI(Tl)探测器的死时间研究 [J], 闫洋洋;江灏;蔺常勇;梁英超;代传波;廖武;陈祥磊
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伽玛能谱测量中NaI(Tl)探测器的性能测试
翟娟;赖万昌;尹楚欧
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2017(0)14
【摘要】NaI(Tl)闪烁体探测器广泛应用于伽玛能谱测量技术中,此次针对NaI(Tl)闪烁体探测器的计数率稳定性、分辨率进行测试;得出在温度变化情况下,NaI(Tl)闪烁体探测器仍能保持较好地稳定性;利用测试137Cs全能峰得出探测器分辨率与电压、放大倍数的关系,并找出了现有条件下探测器的最佳工作条件(高压=645V,放大倍数=5.01倍).此次工作为以后的能谱测量工作,提供了技术支持.
【总页数】2页(P17-18)
【作者】翟娟;赖万昌;尹楚欧
【作者单位】成都理工大学核技术与自动化工程学院;成都理工大学核技术与自动化工程学院;成都理工大学核技术与自动化工程学院
【正文语种】中文
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1.NaI(Tl)伽玛能谱全谱数据高斯分解欠件的实现与应用 [J], 曾立晖;王南萍;田贵
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3.反射层对NaI(Tl)闪烁体探测器探测效率的影响 [J], 袁航;单伟;赵梦薇;郑晓;钟思洁
4.基于数字多道NaI(Tl)探测器的死时间研究 [J], 闫洋洋;江灏;蔺常勇;梁英超;代传
波;廖武;陈祥磊
5.NaI(Tl)探测器对伽玛射线响应函数的数值计算 [J], 张引娣;梅立泉
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NaI(TI)闪烁谱仪实验一、引言闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下受激发光的特性来探测射线的仪器。

它们的主要优点是：既能探测各种带电粒子，又能探测中性粒子；既能测量粒子强度，又能测量粒子能量；且探测效率高，分辨时间短。

它在核物理研究和放射性同位素测量中得到广泛的应用。

本实验目的是了解NaI(TI)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌握NaI(TI)闪烁谱仪的使用方法和—射线能谱的刻度，学会NaI(TI)闪烁谱仪的应用。

二、实验原理1、γ射线与物质的相互作用γ射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正、负电子对产生三种过程。

（1）光电效应：入射γ粒子把能量全部转移给原子中的束缚电子，而把束缚电子打出来形成光电子。

由于束缚电子的电离能1E 一般远小于入射γ射线能量E γ，所以光电子的动能近似等于入射γ射线的能量1=E E E E γγ-≈光电（2）康普顿散射：核外电子与入射γ射线发生康普顿散射示意如图。

设入射γ光子能量为h υ，散射光子能量为'h υ，则反冲康普顿电子的动能r E'r E h h υυ=-康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为()'11cos h h υυαθ=+- 2e h m c υα= α为入射γ射线能量与电子静止质量之比。

由上式可得，当0θ=时，'h h υυ=。

这时0e E =，即不发生散射；当180θ=︒时，散射光子能量最小，它等于12h υα+，这时康普顿电子的能量最大，为()max 212e E h αυα=⋅+ 所以康普顿电子能量在0至212h αυα⋅+之间变化。

（3）正、负电子对产生：当γ射线能量超过202(1.022)m c MeV 时，γ光子受原子核或电子的库伦场的作用可能转化成正、负电子对。

入射γ射线的能量越大，产生正、负电子对的几率也越大。

在物质中正电子的寿命是很短的，当它在物质中消耗尽自己的动能，便同物质原子中的轨道电子发生湮没反应而变成一对能量各位0.511MeV 的γ光子。

NaI 探测器效率因子的一种高效计算方法
黄海;徐明;秦运鸿;彭江滨
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】1997(31)2
【摘要】蒸汽发生器传热管破损的氮１６辐射监测对核电站安全运行具有重要意义．文中建立了γ光子与探测器介质作用的简化数学物理模型，采用蒙特卡罗方法和间接处理技术对ＮａＩ探测器效率因子Ｋ１２进行了数值计算．计算结果与文献资料提供的数据符合较好，与直接处理方法比较，间接处理可大大缩短ＣＰＵ时间．
【总页数】3页(P111-113)
【关键词】蒸汽发生器;传热管;探测器;反应堆;破损监测
【作者】黄海;徐明;秦运鸿;彭江滨
【作者单位】上海交通大学核工程研究所;广东大亚湾核电厂
【正文语种】中文
【中图分类】TL349
【相关文献】
1.Si（Li）探测器探测效率的一种计算方法 [J], 魏信苗;吴治华
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4.基于蒙特卡罗方法的NaI探测器效率刻度及其测量轫致辐射实验 [J], 黄建微;王
乃彦
5.反射层对NaI(Tl)闪烁体探测器探测效率的影响 [J], 袁航;单伟;赵梦薇;郑晓;钟思洁
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实 验 报 告题目：固定距离下NaI 探测器探测效率探究 学院：物理学院 年级：2009级 姓名：王志强 学号：32090312时间：2012年10月18日探测效率，也称测量效率或计数效率。

指在单位时间内探测仪器记录到的脉冲信号数(计数率)与在同一时间间隔内通过辐射源发射到探测器上的该种粒子数的比值；通常用百分数表示：探测效率E%=计数率/衰变率×100%。

它反映了放射性原子核衰变后被探测仪器探测到的机率，是核射线探测仪器的重要质量指标之一。

在某些核辐射探测中, 由于r射线贯穿本领大,NaI(TI) 探测器依然为r射线分析测量的重要工具。

NaI(TI)探测器组成单元（简写）NaI(TI)探测器组成单元为：1、闪烁探头：它包括NaI(TI)晶体和光电倍增管，外壳一般用薄铝做成，分压器和射极跟随器也装在铝壳中。

有时尚有倒相器，以使探头同时具有正负两种极性脉冲输出。

外壳要求对光密闭。

在强磁场附近工作需要内附磁屏蔽膜，以防止磁场漏入光电倍增管而影响输出脉冲幅度和分辨率。

2、高压电源：供光电倍增管用的高压电源，一般要求在200—2500V之间可调供给电流在1mA左右。

高压稳定性△VH /VH应在0.05%左右。

3、线性放大器：一般光电倍增管阳极负载上电压脉冲幅度为十毫伏至数百毫伏，需要放大，以和脉冲幅度分析器的分析电压范围相匹配。

为了与NaI(TI)晶体的发光衰减时间相配合，放大器的上升时间应优于0.1µs。

另外要求放大器线性良好。

4、多道脉冲幅度分析器：相当于数百个单道分析器同时对不同幅度的脉冲进行计数，一次测量可得到整条谱线。

道宽选择必须适当，过大会使谱线畸变，分辨率变坏，谱线上的实验点过少；过小则使每道上的计数减小，统计涨落增大或是测量时间增加。

NaI(TI)晶体闪烁探测器组成示意图NaI(TI)探测器工作原理（简写）NaI(TI)探测器探测r射线的工作原理为：1、r射线进入NaI(TI)晶体，晶体将与射线作用发生光电效应、康普顿效应和电子对效应吸收其能量；2、NaI(TI)晶体通过吸收r射线使得晶体中的原子、分子激发和电离，退激时产生荧光光子；3、利用光导将荧光光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上, 通过光电效应, 在光阴集上击出光电子；4、光电子在光电倍增管中倍增4—9 个量级到达阳极负载处形成本征电流,并产生脉冲信号。

应用蒙特卡罗方法确定NaI探测器的点源效率函数及其参数张富利;曲德成;杨国山
【期刊名称】《核技术》
【年(卷),期】2007(030)003
【摘要】为了探讨NaIγ探测器对点状γ射线源(以下简称"点源")的探测效率与点源空间位置之间的关系,采用蒙特卡罗方法通用程序模拟计算了NaIγ探测器对空间不同位置处137Cs、60Co点源的探测效率.根据模拟计算结果,通过数值拟合方法,确定了NaI探测器对点源的探测效率函数及其参数.研究表明,应用蒙特卡罗模拟方法确定NaIγ探测器对于点源的探测效率函数及其参数是一种简便、有效的方法.【总页数】5页(P231-235)
【作者】张富利;曲德成;杨国山
【作者单位】北京放射与辐射医学研究所,北京,100850;北京放射与辐射医学研究所,北京,100850;北京放射与辐射医学研究所,北京,100850
【正文语种】中文
【中图分类】TL81
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1.HPGe探测器死层厚度及点源效率函数研究 [J], 钱楠;王德忠;白云飞;刘诚;张勇;杨永亮
2.HPGeγ探测器的点源效率函数及其参数确定 [J], 王崇杰;张爱莲;吕建洲
3.空间任意位置点源效率函数及参数的确定 [J], 牟婉君;李梅;钟正坤
4.点源效率函数确定大体积样品的HPGe探测器γ射线峰效率 [J], 田自宁;张洋;
贾明雁;申茂泉;雷震
5.点源效率函数确定大体积样品的HPGe探测器γ射线峰效率 [J], 田自宁;张洋;贾明雁;申茂泉;雷震
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实验一NaI(TI)单晶闪烁谱仪实验者:王旭升(学号:06325094) 合作者:杨宇成(学号:06325108)物理科学与技术学院2008-10-11【实验目的】1.加深对γ射线和物质相互作用的理解:2.掌握NaI(TI)γ谱仪的原理与使用方法;3.学会测量分析γ能谱;4.学会测定γ谱仪的能量分辨率,线性,探测效率曲线;5.测定位置放射源的能量和活度.【实验仪器】1.NaI(TI)闪烁探头2.高压电源3.多道脉冲幅度分析器4.计算机5.示波器6.放射源5个,铅砖若干【实验原理】(一)闪烁探测器的结构框图及工作原理NaI(TI)闪烁谱仪由NaI(TI)闪烁体,光电倍增管,射级输出器和高压电源以及线性脉冲放大器,单道脉冲幅度分析器(或多道分析器),定标器等电子学设备组成.图1 NaI(TI)闪烁探测器示意图闪烁探测器的基本组成部分和工作过程 1.基本组成部分闪烁探测器有NaI(TI)闪烁晶体,光电倍增管和电子仪器三部分组成. (1)闪烁体:闪烁体是用来把射线的能量转变成光能的.(2)光电倍增管:光电倍增管的结构如图 2.它利用光电效应把光转换为光电子,产生电流脉冲的方法来记录微弱的光.它包括光阴极,电子倍增极和阳极三个主要部分. 2.工作过程当γ射线入射至闪烁体是发生三种基本相互作用过程:光电效应,康普顿散射和电子对效应.如图所示,光电效应 康普顿效应 电子对效应图2前两种过程中产生电子,后一过程出现正,负电子对.这些次级电子获得动能(见表1)并将能量消耗在闪烁体中,使闪烁体中原子电离,激发而后产生荧光.光电倍增管的光阴极将收集到的这些光子转换成电子,光电子再在光电倍增管中倍增,最后经过倍增的电子在管子阳极上收集起来,并通过阳极负载电阻形成电压脉冲信号.表1 γ射线在NaI(Tl)闪烁体中相互作用的基本过程 基本过程次级电子获得的能量T1） 光电效应γ+原子→原子激发或→离子激发+电子 BE E T -=γ（该层电子结合能）2） 康普顿效应γ+电子→γ'(散射)+反冲电子按)cos 1(1)cos 1(θθγ-+-=r r E T ，20c m E r γ=；θ为散射角，从0至最大能量r E 212+γ连续分布，峰值在最大能量处。

实验一NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪和γ能谱的测量引言γ射线是原子核衰变或裂变时放出的辐射，本质上它是一种能量比可见光X 射线高得多的电磁辐射。

利用γ射线和物质相互作用的规律，人们设计和制造了多种类型的探测器。

闪射探测器就是其中之一。

它是利用某些物质在射线作用下发光的特性来探测射线的仪器，既能测量射线的强度，也能测量射线的能量，在核物理研究和放射性同位素测量中得到广泛的应用。

本实验介绍一种常用的γ射线测量仪器：NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪。

实验目的⑴了解γ闪烁谱仪的原理和结构，掌握用谱仪测γ能谱的方法；⑵鉴定谱仪的基本性能，如能量分辨率、线性等。

⑶了解核电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理。

实验原理一、γ射线与物质相互作用的一般特性γ射线与物质的作用过程可以看作γ光子与物质中原子或分子碰撞而损失能量的过程。

主要的相互作用有光电效应、康普顿效应和电子对效应三种方式。

⑴光电效应.当入射γ光子与物质原子中的束缚电子作用时, γ光子把能量全部转移给某个电子,使它脱离原子的束缚变成自由电子,而γ光子本身消失掉,这种过程称为光电效应。

⑵康普顿效应. γ光子与原子的外层电子发生非弹性碰撞,一部分能量转移给电子使它脱离原子成为反冲电子,光子的能量减少了,变成闪烁光子γ',这种过程称为康普顿效应。

⑶电子对效应.当γ光子的能量大于2m0c2(m0c2=0.511MeV为电子的静止能量),即大于1.022MeV时, γ光子在原子核的库仑场作用下可能转化为一个正电子和一个负电子,这个过程称为电子对效应。

反过来,当电子在物质中耗尽动能时,便与物质中的轨道电子发生正负电子湮没,同时产生两个能量各为0.511MeV 的γ光子。

这三种效应产生的次级电子在NaI(Tl)晶体中产生闪烁发光如下图所示,表1表一、γ射线在NaI(Tl)闪烁体中相互作用的基本过程基本过程 次级电子获得的能量T1）光电效应 T=E -E (该层电子结合能) 由于单能γ射线所产生的这三种次级电子能量各不相同，甚至对康普顿效应是连续的，同此相应一种单能γ射线，闪烁探头输出的脉冲幅度谱也是连续的。