闪烁体探测器原理.doc

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1、闪烁体探测器原理闪烁体探测器（ScintillationDetector）是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的，也是目前应用最多、最广泛的电离辐射探测器之一。入射辐射射入闪烁体并在闪烁体中损耗能量，引起闪烁体原子的电离和激发，受激电子会激发出可见光；光子经过光传输过程打在光电倍增管光阴级上发生光电效应产生光电子；光电子的光电倍增管内倍增，最后电子经阳级进入信号处理电路，形成电脉冲信号，被电子学仪器记录下来。，，是入射粒子单位能量产生的光电子数。从粒子射入闪烁体内损失能量转变为电信号，可以简单分为以下几个阶段：（1）粒子进入闪烁体内使原子或分子电离或激发

2、，从而损失能量。设入射粒子的能量为E，则损失的能量为，。（2）受激的原子或分子在退激发时，发射可见范围内的光子（也可将能量转化为晶格振动或热运动的能量）。设闪烁体转化为可见光的能量转换效率为P，产生的光子平均能量为,即发射的光子数为。（3）光子通过闪烁体和光导射到光阴极上的路程中，有一部分的光子因被吸收或散射而无法到达光阴极。设光收集系数为L，则到达光阴极的光子数为。（4）光阴极吸收光子发射光电子。光电转换率为ε，从阴极到倍增系统中的第一打拿极的传输系数为q，则光阴极发射并到达第一打拿极的光电子数为。（5）光电子在倍增管中倍增，最后到阳极形成电压脉冲。设光电的倍增

3、系数为M，则在输出端得到MN个电子，相应的脉冲电荷Q=Emn，如果它们被全部输出到电容C收集，则形成一个电压脉冲U。（6）这个脉冲通过成形后由射极跟随器或前置放大器输出，被电子学仪器分析记录。闪烁体探测器的输出脉冲的幅度与入射粒子能量成正比，选择光产额（一定数量的入射粒子所能产生的光子数）大的晶体，提高光收集系数L（要求闪烁体的发射光谱和吸收光谱的重合部分尽量少，同时为减少在闪烁体和倍增管界面上光的损失，常在它们中间加光导或光耦合剂），提高光阴极的光电转换效率ε、电子传输系数q和光电倍增管的放大倍数M，都可以使脉冲幅度增大。闪烁体基本特性1．发光效率表征闪烁体将吸

4、收的粒子能量转化为光的本领。常用光输出强度和能量转换效率来表示。光输出强度S定义：在一次闪烁过程中产生的光子数目R和带点粒子在闪烁体内损失的能量之比。能量转换效率P定义：在一次闪烁过程中产生的光子总能量和带电粒子损失的能量之比。2．能量分辨率U为脉冲的幅度，为脉冲幅度谱的半高宽度，E为U对应的入射粒子的能量，为对应于的能量谱的半高宽度，能量分辨率的定义：3．发射光谱发射光谱：闪烁体发射的光子数虽波长的分布称为闪烁体的发射光谱；不同的闪烁体和不同的入射粒子，其光谱特性不同。使用闪烁体时了解它的发射光盘是十分必要的，据此选择与之匹配的光电倍增管，选择合适的光导材料；4

5、．发光时间和发光衰减时间τ:为增长时间常数，τ为衰减时间常数；光子数随时间的变化方程：5．光衰减长度:光在闪烁体中传播时，由于吸收、散射而发生的衰减，距离按指数规律衰减。设带电粒子打到闪烁体中某一点时产生的光子数为，那么据此点为x的闪烁体另一点的光子数为,则有如下关系6．温度效应7．探测效率8．辐照效应溴化镧晶体介绍溴化镧()晶体是2001年发现的一种新型闪烁晶体，属于六方晶系，空间群为P63/m,密度为5.3g/cm^3，熔点为783℃。探测器中使用的溴化镧晶体是以溴化镧为基质材料掺杂铈离子激活剂而成，与NaI晶体（Tl）一样同属无机闪烁晶体,但相比NaI晶体相

6、比具有更高的能量分辨率和光产额，且相比于高纯锗溴化镧更加廉价易得。已有报道表明在掺铈的溴化镧晶体中晶体的光输出高达60000photons/MeV,能量分辨率达到3%，且衰减时间仅有20ns。该晶体能提供良好的高光输出，能量分辨率以及快衰减常数的组合，这种特性对于实际应用来说正是我们所期望的。