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第4章_闪烁探测器 - 精简_463304359
⑤ 流经外回路
6/115
——信号的形成
决定工作状态：电流、电压？
§9.1 闪烁探测器的基本原理
√
§9.2 闪烁体
§9.3 光的收集与光导 §9.4 光电倍增管 §9.5 闪烁探测器的输出信号 §9.6 闪烁探测器的主要性能
7/115
§9.2 闪烁体 理想的闪烁体应该具有如下的特点：
①高探测效率 ②高发光效率 ③能量线性好 ④自吸收小 ⑤发光时间短 ⑥可加工性好 ⑦易于耦合（合适的折射率）
0
22/115
t 0
dt n(0) 0
0
e t 0
对大多数有机晶体和少数无机晶体
n (t ) nf
f
e
t f
s
ns
e
t s
与delayed fluorescence有关
对有机闪烁体 ns ( ) ns (e) n f ( ) n f (e) 对一些无机闪烁体 ns ( ) ns (e) n f ( ) n f (e)
Cnp Y ph h
(3)相对闪烁效率（相对发光效率）
几种闪烁体的相对闪烁效率 闪 烁 体
和 闪烁效率(%) 相对NaI(Tl) 相对蒽 100
130 43 100 20~80
NaI(Tl)
ZnS(Ag) 蒽 液体闪烁体
230
希望有较高的发光效率，且对不同能量保持常数。
20/115
发光or不发光 vs E：闪烁体的能量响应
核辐射物理及探测学
第九章 闪烁探测器
(scintillation detectors)
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。
闪烁探测器工作原理
闪烁探测器工作原理
嘿，朋友们！今天咱来唠唠闪烁探测器的工作原理，这玩意儿可神奇着呢！
你可以把闪烁探测器想象成一个超级敏锐的“小眼睛”。
它呀，就专门负责捕捉那些我们肉眼看不到的微小信号。
这“小眼睛”里面有个关键的部分，叫做闪烁体。
这闪烁体就像是一个神奇的魔法盒子。
当有射线呀、粒子呀这些小家伙冲过来的时候，闪烁体就会被激发，然后“唰”地一下发出亮光。
这就好比是有人在黑暗中扔了个小石子，在那一瞬间发出了光亮。
那发出的亮光怎么办呢？别急呀，还有后面的步骤呢！这时候就轮到光电倍增管出马啦！它就像一个超级敏感的“小耳朵”，能听到闪烁体发出的那一点点细微的光亮声音。
光电倍增管会把这一点点光亮放大好多好多倍，就像是把一个小小的声音通过喇叭放大成巨大的声响一样。
然后呢，经过光电倍增管放大后的信号就会被传送到后面的电路系统里，经过一系列的处理和分析，我们就能知道那些射线或者粒子的信息啦！是不是很厉害呀！
你说这闪烁探测器是不是就像一个神奇的小侦探呀，能察觉到那些我们根本感觉不到的东西。
它在好多领域都大显身手呢！比如说在医学上，帮助医生们更清楚地看到我们身体内部的情况；在科研领域，帮助科学家们探索那些神秘的微观世界。
想想看，如果没有闪烁探测器，我们得错过多少有趣的发现呀！它就像是为我们打开了一扇通往未知世界的小窗户，让我们能看到那些以前从未见过的奇妙景象。
所以呀，闪烁探测器可真是个了不起的东西！它默默地工作着，为我们的生活和科学研究做出了巨大的贡献。
我们真得好好感谢这个神奇的“小眼睛”呀！大家说是不是呢！。
闪烁体探测器的工作原理
闪烁体探测器的工作原理
闪烁体探测器的工作原理如下：
闪烁探测器由闪烁体，光电倍增管，电源和放大器，分析器，定标器系统组成，现代闪烁探测器往往配备有计算机系统来处理测量结果。
当射线通过闪烁体时，闪烁体被射线电离、激发，并发出一定波长的光，这些光子射到光电倍增管的光阴极上发生光电效应而释放出电子，电子流经电倍增管多级阴极线路逐级放大后或为电脉冲，输入电子线路部分，而后由定标器记录下来。
光阴极产生的电子数量与照射到它上面的光子数量成正比例，即放射性同位素的量越多，在闪烁体上引起闪光次数就越多，从而仪器记录的脉冲次数就越多。
闪烁探测器测量的结果可用计数率，即射线每分钟的计数次数（cpm）表示，现代计数装置通常可以同时给出衰变率，即射线每分钟的衰变次数（dpm）、计数效率（E）、测量误差等数据。
闪烁探测器实验报告及数据处理
深圳大学实验报告课程名称：近代物理实验实验名称：γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定学院：物理科学与技术学院专业：物理学班级：08指导教师：陈羽报告人：学号：实验地点S223实验时间：实验报告提交时间：一、实验目的：1、了解γ射线与物质相互作用的特性。
2、了解窄束γ射线在物质中的吸收规律，测量其在不同物质中的吸收系数。
二．实验内容：1、测量137Cs的γ射线（取0.661MeV光电峰）在一组吸收片（铅、铝）中的吸收曲线，并用最小二乘原理拟合求线性吸收系数。
2、测量60Co的γ射线（取1.17、1.33MeV光电峰或1.25MeV综合峰）在一组吸收片（铅、铝）中的吸收曲线，并用最小二乘原理拟合求线性吸收系数。
3、根据已知一定放射源对一定材料的吸收系数来测量该材料的厚度。
三、实验原理：1、γ吸收装置原理做γ射线吸收实验的一般做法是如上图（a）所示，在源和探测器之间用中间有小圆孔的铅砖作准直器。
吸收片放在准直器中间,前部分铅砖对源进行准直；后部分铅砖则滤去γ射线穿过吸收片时因发生康普顿散射而偏转一定角度的那一部分射线。
这样的装置体积比较大，且由于吸收片前后两个长准直器使放射源与探测器的距离较远，因此放射源的源强需在毫居里量级。
但它的窄束性、单能性较好，因此只需闪烁计数器记录。
本实验中，在γ源的源强约2微居里的情况下，由于专门设计了源准直孔（φ3 12mm），基本达到使γ射线垂直出射；而由于探测器前有留有一狭缝的挡板，更主要由于用多道脉冲分析器测γ能谱，就可起到去除γ射线与吸收片产生康普顿散射影响的作用。
因此，实验装置就可如上图（b）所示，这样的实验装置在轻巧性、直观性及放射防护方面有前者无法比拟的优点。
2、γ射线的三种基本作用（1）光子(γ射线)会与下列带电体发生相互作用：①被束缚在原子中的电子；②自由电子(单个电子)；③库仑场(核或电子的)；④核子(单个核子或整个核)。
（2）这些类型的相互作用可以导致下列三种效应中的一种：①光子的完全吸收；②弹性散射；③非弹性散射。
闪烁探测器的组成
闪烁探测器的组成
闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生的闪光来探测电离辐射的探测器。
闪烁探测器主要由以下几部分组成：
1. 闪烁体：闪烁体是闪烁探测器的核心部分，当闪烁体受到射线照射时，闪烁体会吸收射线能量并发出荧光。
荧光光子被收集到光电倍增管的光阴极上，通过光电效应打出光电子。
2. 光导和反射体：光导和反射体的作用是将荧光均匀地引导到光电倍增管的光阴极上，以提高探测效率。
光导一般由高折射率的玻璃制成，而反射体则用来将散射的荧光反射到光阴极上。
3. 光电倍增管：光电倍增管是闪烁探测器的另一个重要组成部分，它的作用是将光电子倍增并输出到后续电路中，以便进行信号处理和测量。
4. 前置放大器：前置放大器的作用是将光电倍增管输出的信号放大，以便进行后续的信号处理和测量。
5. 磁屏蔽和暗盒：磁屏蔽和暗盒的作用是减少外部磁场和光照对探测器的影响，从而提高探测器的测量精度和稳定性。
综上所述，闪烁探测器由闪烁体、光导和反射体、光电
倍增管、前置放大器和磁屏蔽及暗盒等组成。
这些组成部分协同工作，实现了对电离辐射的高效、高精度和高灵敏度探测。
如需了解更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
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。
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。
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：
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：
闪烁探测器
29
精品文档
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(yángjí)电流随时间的变化。
包含(bāohán)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。
1) 无机闪烁体：
无机晶体(掺杂) NaI(Tl),CsI(Tl), ZnS(Ag)
玻璃体 LiO2 2SiO2(Ce) (锂玻璃)
纯晶体 Bi4Ge3O12
BGO
2) 有机闪烁体：有机晶体——蒽晶体等；有 机液体闪烁体及塑料闪烁体.
3) 气体闪烁体：Ar、Xe等。
4
精品文档
2、无机(wújī)闪烁体的发光机制( 激活剂 自学)
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，一致性较好，时
线状聚焦结构 ：非常 (fēicháng)快的 时间响应，主 要用于端窗型 管。
百叶窗结构：打拿极面 积大，用于大光阴极管 子。一致性较好，输出 (shūchū)脉冲电流大。 时间响应慢。
23
精品文档
网孔结构：可以抵抗较强的磁场 (cíchǎng)，有较好的一致性和脉 冲线性。采用交叉阳极或多阳极 时，具有位置灵敏测量能力。
11
精品文档
光子产额（光能产额）：辐射粒子在闪烁体内损
耗单位能量所产生的闪烁光子数。
Y ph
n ph E
闪烁光子数/MeV
nph为产生的闪烁光子总数，E为损耗的能量
闪烁效率与光子产额的关系：
Y ph
n ph E
E ph
h
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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(yángjí)电流随时间的变化。
包含(bāohán)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。
1) 无机闪烁体：
无机晶体(掺杂) NaI(Tl),CsI(Tl), ZnS(Ag)
玻璃体 LiO2 2SiO2(Ce) (锂玻璃)
纯晶体 Bi4Ge3O12
BGO
2) 有机闪烁体：有机晶体——蒽晶体等；有 机液体闪烁体及塑料闪烁体.
3) 气体闪烁体：Ar、Xe等。
4
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2、无机(wújī)闪烁体的发光机制( 激活剂 自学)
精品文档
，一致性较好，时
线状聚焦结构 ：非常 (fēicháng)快的 时间响应，主 要用于端窗型 管。
百叶窗结构：打拿极面 积大，用于大光阴极管 子。一致性较好，输出 (shūchū)脉冲电流大。 时间响应慢。
23
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网孔结构：可以抵抗较强的磁场 (cíchǎng)，有较好的一致性和脉 冲线性。采用交叉阳极或多阳极 时，具有位置灵敏测量能力。
11
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光子产额（光能产额）：辐射粒子在闪烁体内损
耗单位能量所产生的闪烁光子数。
Y ph
n ph E
闪烁光子数/MeV
nph为产生的闪烁光子总数，E为损耗的能量
闪烁效率与光子产额的关系：
Y ph
n ph E
E ph
h
6核辐射探测器-(硕2) (张)资料
半透明光阴极 入射光
光电子轨迹
真空壳
打拿极 聚焦电极 2018/10/19
阳极
16/59
光电倍增管
光阴极：接收光子发射光电子的电极，由以碱金 属为主要成分的半导体化合物材料构成，其光电 效应几率大，光电子脱出功较小。光阴极有反射 式和透射式两种
电子光学输入系统：由光阴极和第一倍增极之间 的聚焦极构成，作用是把光阴极各个方向上发射 的光电子聚焦到第一倍增极。要求有良好的聚焦 性能和高的光电子收集效率及小的渡越时间
2018/10/19
12/59
常用闪烁体
2018/10/19
13/59
闪烁体的选择
所选闪烁体的种类和尺寸应适应于所探测射线的种类、强度 及能量
闪烁体的发射光谱应尽可能好地和所用光电倍增管的光谱响 应配合，以获得高的光电子产额
闪烁体对所测的粒子有较大的阻止本领，使入射粒子在闪烁 体中损耗较多的能量 闪烁体的发光效率足够高，有较好的透明度和较小折射率以 使闪烁体发射的光子尽量被收集到光电倍增管的光阴极上 在作时间分辨计数或寿命放射性活度测量中，应选取发光衰 减时间短及能量转换效率高的闪烁体
N0为t=0时受激发光的原子（分子）数（即一个 带电粒子使闪烁体能发出的总光子数）；τ为闪 烁体的发光衰减时间，也称为发光衰减时间常数
2018/10/19 10/59
特性参量-发光衰减时间τ
2018/10/19
11/59
特性参量-光衰减长度
闪烁体发射的荧光光子在从产生地点向闪烁体与 光导交界面传输过程中，由于吸收、散射而发生 衰减。 光子数衰减到原来的1/e时光子在闪烁体中通过 的路程长度称为光衰减长度。 光衰减长度标志着闪烁体所能使用的最大尺度。
2018/10/19
光电子轨迹
真空壳
打拿极 聚焦电极 2018/10/19
阳极
16/59
光电倍增管
光阴极：接收光子发射光电子的电极，由以碱金 属为主要成分的半导体化合物材料构成，其光电 效应几率大，光电子脱出功较小。光阴极有反射 式和透射式两种
电子光学输入系统：由光阴极和第一倍增极之间 的聚焦极构成，作用是把光阴极各个方向上发射 的光电子聚焦到第一倍增极。要求有良好的聚焦 性能和高的光电子收集效率及小的渡越时间
2018/10/19
12/59
常用闪烁体
2018/10/19
13/59
闪烁体的选择
所选闪烁体的种类和尺寸应适应于所探测射线的种类、强度 及能量
闪烁体的发射光谱应尽可能好地和所用光电倍增管的光谱响 应配合，以获得高的光电子产额
闪烁体对所测的粒子有较大的阻止本领，使入射粒子在闪烁 体中损耗较多的能量 闪烁体的发光效率足够高，有较好的透明度和较小折射率以 使闪烁体发射的光子尽量被收集到光电倍增管的光阴极上 在作时间分辨计数或寿命放射性活度测量中，应选取发光衰 减时间短及能量转换效率高的闪烁体
N0为t=0时受激发光的原子（分子）数（即一个 带电粒子使闪烁体能发出的总光子数）；τ为闪 烁体的发光衰减时间，也称为发光衰减时间常数
2018/10/19 10/59
特性参量-发光衰减时间τ
2018/10/19
11/59
特性参量-光衰减长度
闪烁体发射的荧光光子在从产生地点向闪烁体与 光导交界面传输过程中，由于吸收、散射而发生 衰减。 光子数衰减到原来的1/e时光子在闪烁体中通过 的路程长度称为光衰减长度。 光衰减长度标志着闪烁体所能使用的最大尺度。
2018/10/19
闪烁体探测器原理
闪烁体探测器原理
闪烁体探测器原理是基于物质的闪烁现象。
当高能粒子与闪烁体相互作用时，它们会转移能量给闪烁体原子，使其激发到高能态。
激发的原子在经过一段时间后返回到基态，释放出能量，并发出可见光。
这种闪烁现象是闪烁体探测器的基础。
闪烁体探测器通常由闪烁体晶体（如钠碘晶体、钼酸铅晶体等）和光电倍增管组成。
当高能粒子进入闪烁体后，与闪烁体原子发生相互作用，产生闪烁光。
闪烁光被光电倍增管中的光阴极吸收，并释放出电子。
这些电子被光电倍增管中的电场加速，经过倍增过程，最终形成能量脉冲信号。
通过测量能量脉冲信号的幅度和计数率，可以推断高能粒子的能量和强度。
闪烁体探测器具有高能量分辨率、较高的探测效率和广泛的能量范围等优点，可广泛应用于核物理实验、辐射监测、核医学等领域。
需要注意的是，以上介绍的原理是一般的闪烁体探测器原理，具体不同的闪烁体探测器可能有一些差异。
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7
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
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
与材料、 厚度有关
1
2. 光收集均匀性 光收集均匀性影响能量分辨率。可调整：
• 采用不同的几何形状 • 局部包装不同的反射材料或涂黑以增加吸收 • 前端面加反射膜以补偿远距离传输
3. 光学耦合
常用硅油，折射率近于1.5，对可见光、紫外光都有很好 的透射率。普通硅油对塑料闪烁体有腐蚀性，最好用甲基 硅油。比直接空气耦合光输出大~20%。
次级电子逃逸：三种效应产生的次级电子在跑出探测器前可能损失掉 一部分能量，产生的脉冲是连续分布的，能量从0－E，导致全能峰 减少，连续分布增加，并使全能峰不对称。
一般用 90Sr（最大能量为2.26MeV） 在闪烁体中基本可以全吸收，输出脉冲幅度为反映源连续能量
分布的连续谱（含能量分辨展宽）；对较远位置除有相同的衰 减外，仍然保留其谱形分布。 故在相同时间T内，输出高幅度区域的累加计数达到N的下限阈 值Vth随测量位置的变化反映了光传输衰减长度。
• N和T的选取，以远端位置的谱形而定，累加区域不要覆盖噪声区 • 为消除宇宙线对测量的影响，可采用源照射/ 源不照射测两次
• 常用宇宙线测量较大面积有机闪烁体的光传输衰减长度。
宇宙线()在有机闪烁体的最小电离沉积能量 ~2MeV/cm 海平面的宇宙射线强度 ~0.5/cm2 min 一般需较长（甚至几天）的时间
5
采用双端读出，可缩短 测量时间
若选取闪烁体中心位置 为 X=0，有
QE QE0e X /
QW QW 0e X /
对大尺寸或异形闪烁体与光导的粘合或不需拆卸时，可以 用粘合剂，其折射率与闪烁体、光导接近。
2
光导：当闪烁体尺寸较大或某种原因不适合直接与光电
倍增管耦合时，中间需加一段光导过渡。一般采用透明固 体材料（有机玻璃、石英等），其折射率与闪烁体或是光 学器件的窗口比较接近；也有采用空气光导，但效率较低。
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效率，其目的是改善收集光的 均匀性：
• 不同大小形状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。
ln ln QE
QE0 2 X
QW
QW 0
ln(QE0/QW0)是一个 常数，~0
甚至在一个位置（X） 的测量就能得到光传输 衰减长度
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三、能量分辨
一般用射线来标定无机闪烁体的能量分辨
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。
1
0
光的吸收系数
定义光的透过率
lT
N(x) N0
ex
衰减长度与闪烁体的几何形状有关。
若几何的边界能造成有利于传输方向上
的反射或全反射，将得到更长的光传输技
术衰减长度。此类与外部条件有关的称为
光传输技术衰减长度。
决定于自吸收的为本征光传输衰减长度
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2、光传输衰减长度的测量
• 用源可方便测量但误差较大
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 射材料有MgO、Al2O3细粉末、白色涂料、Teflon膜和 Tyvek纸。
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二、光传输衰减长度
1、光在闪烁体内的传播 以4立体角发射直线传播 按指数规律被吸收衰减
• 有两个衰减长度，因自吸收的原因， 短波衰减快 • 需要把这种短波长的光过滤掉（在光 阴极前加过滤片） • 因为过滤片，总的光子产额减少了， 但衰减长度增加了，均匀性变好了。
N(x) N0ex/0 N0ex
0：发光衰减长度，
被吸收，形成不大的反散射峰，迭加在康普顿连续谱上，
其能量为
E' 11Ecos
E
mec2
为了减少反散射峰，必须减少源与探测器周围的物质，并 尽可能使用轻元素材料，将谱仪远离墙壁和地板。
利用全能峰与反散射峰峰位之比，可以方便地粗略估计谱 仪的线性。
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逃逸峰
由于次级效应产生的电子、X射线和湮灭光子跑出探测器造成的。
反冲电子能量
Ee
E
1111cos
0
2E 12
0 1800
E mec2
康普顿谱是连续谱，能量从0－Ee(最大)。谱分布较平缓，仅在Ee(最
大)处有个不明显的峰，称作康普顿峰或康普顿边限。
峰 总 比 全 能 峰 下 面 总 积 面 （ 积 计 ST 数 之 和 ） SA
探测器Z高灵敏体积大峰总比就大，峰 总比越大，全能峰越大康普顿部分越小
峰 康 比 康 普 全 顿 能 连 峰 续 最 谱 大 平 计 均 数 计 N数 A NC
峰总比大，全能峰突出，峰康比
也大，对确定的探测器和源强，全能峰面积一定，能量分辨率越好，峰
康比越大。 9
反散射峰 Backscattering Peak
当射线打到放射源衬托物或探测器周围的物质上，由于
康普顿效应，=900-1800时，散射光子可能进入探测器
康普顿效应：一次或多次散射的射线被探测器光电吸收，由于各次作用
时间间隔比闪烁光的产生和衰减时间小很多它们所产生的闪烁光迭加贡献
在全能峰。
全能峰对应的能量精确等于射线能量，所以用全能峰测量射线能量。选 用大尺寸高Z探测器将显著增大全能峰减小康普顿连续谱。
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Compton连续谱
由康普顿效应形成，此时被散射的射线跑出探测器反冲电子被记录。
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
到Epair上构成全能峰2 E 2 m e c 2 2 m e c 2 E