闪烁体探测器教学PPT资料讲解.ppt

《闪烁体探测器教学PPT资料讲解.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、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):闪烁体光电倍增管(打拿极)反射层管座分压器高压多道或单道光阴极阳极荧光光子光电子暗盒窗前置放大器闪烁探测器的工作过程：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。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

2、，自吸收小，发光时间短，加工性能好。一．闪烁体的分类二．闪烁体的发光机制三．闪烁体的物理特性四．常用闪烁体一、闪烁体的分类二、闪烁体的发光机制无机闪烁体：光输出产额高、线性好，发光时间较长。有机闪烁体：发光时间短，光输出产额低。1、无机闪烁体的发光机制2、有机闪烁体的发光机制(自学)无机闪烁体的发光机制：掺杂的无机晶体：NaI(Tl)、CsI(Tl)，也叫卤素碱金属晶体。导带激带禁带满带导体：Eg<0.1ev半导体：Eg=0.6~2.5ev绝缘体：Eg>3evNaI(Tl):Eg=7.3ev▼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

3、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：退激发出的光子容易被晶体自吸收，传输出的光子少禁带宽度大，退激发光在紫外光范围，光阴极不响应导带激带禁带满带在晶体中掺杂,叫做激活剂,含量103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。杂质原子退激：荧光：<107sec.猝灭：转换为晶格的热运动.磷光：亚稳态，发光时间较长。导带激带禁带满带激发态基态he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

4、电子-空穴对数：NaI(Tl)的闪烁光能占入射能量~13%，吸收1MeV能量产生总光能：闪烁光子平均能量~3eV，产生光子数：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、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：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。以NaI(Tl)为例：对β粒子，对α粒子光输出(光能产额、光产额)定义：nph为产生的闪烁光子总数。

5、发光效率与光输出的关系：例：以NaI(Tl)为例，对1MeV的β粒子，发射光子平均能量，求光产额解：根据公式练习：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：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)为则单位时间内发出的光子数为(发光强度)：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：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

6、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。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。NaI(Tl)晶体封装结构2、Cs

7、I(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)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