液體閃爍計數器進展簡述

1、液體閃爍計數器進展簡述第26卷第4期2006年7月核電子學與探測技術nuclearelectronics&detectiontechnologyvol26no.4july2006液體閃爍計數器進展簡述卞正柱,張玨,張金衛(wèi).(淮安市二院,江蘇淮安223300;2.空軍后勤部,北京100720;3.西安核儀器廠凱普公司,陜西西安710061)摘要:回顧了液體閃爍計數器的發(fā)展史,指出了符合電路的出現是其里程碑,綜述了國內外液體閃爍計數器大致相似的軟硬件,展望了我國液體閃爍計數器發(fā)展前景.關鍵詞:液體;閃爍;探測器;符合電路中圖分類號:ti.,812:2文獻標識碼:a文章編號:0258-093

2、4(2006)04-0536-031液體閃爍理論的提出19世紀40年代末,雷諾教授1及其同事們首先提出:某些有機物質經稀釋后,滲入放射性核素,輻射粒子的能量就為溶劑分子所接受,轉變?yōu)榧ぐl(fā)能,然后溶劑分子再把這種激發(fā)能轉移給有機閃爍體溶質分子,使之激發(fā).當有機閃爍體分子退激時產生的熒光(這就是閃爍名稱的由來),可用來測定放射性核素的含量.用液體閃爍方法測量輻射粒子的理論原理圖見圖1.激發(fā)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)能量轉換器_輻射粒子光量子卜.退激閃熒光光電子閃爍液l一閃爍電倍增一一圖1液體閃爍方法測量輻射粒子的原理圖由此可見:光量子的產量與吸收粒子的能位數(50007000min).當初的液體閃爍計量成正比,而光

3、電子數(脈沖束)又與光量子的數器,很難用于.h示蹤樣品的測量.為了提高產量成正比.為此,工程技術人員可建立一套效率,降低本底,人們采用冷卻水系統來降低光核電子學系統裝置,用來專門分析記錄這種成電倍增管的熱電子噪聲,用加厚屏蔽層(鉛,鐵,比例關系的物理量.這就是至今已在儀器中,銅)等手段來減少儀器的本底計數,所以當時的發(fā)展成為既與多學科密切相關,又獨立分支的液體閃爍計數器做得很笨重,體積也大.它雖具有本身特色的液閃探測技術.然是低水平的液體閃爍計數器,但對液體閃爍2液體閃爍計數器問世早在1949年美國packard公司和英國ekco公司就研制出液體閃爍系統.最早生產的n664b型液體閃爍計數器是

4、采用單個光電倍增管,其效率只有1020%,本底高到四計數器問世來說,還是比m計數器前進了一大步.其優(yōu)點:1)樣品的自吸收可以忽略;2)樣品的散射可以不考慮;3)可在整個47c空間測量;4)解決了射程短,能量低的軟8粒子的探測難題.曇:三一羈汀硅湖汀3符合相加電路的出現作者簡介:卞正柱(1968一),男,江蘇建湖人,江蘇1口1h蹋只.j桃淮安第二醫(yī)院工程師,從事醫(yī)療儀器毆備科工作液體閃爍計數器發(fā)展到1953年,這是液536閃發(fā)展史上關鍵的一年,packard公司的海伯特與海斯兩人首創(chuàng)了符合型液閃電路.即在單管型的基礎上,他倆又增加了一個光電倍增管.用兩個光電倍增管水平安裝對準樣品進行測量.經過符

5、合單元的作用,使原來4位數本底降低到兩位數本底,這是液體閃爍計數中對本底測量的一個突破,為此,人們稱符合電路是液閃發(fā)展史上的里程碑.讓我們算一算,采用符合電路后的噪聲降低水平,公式:n一2n1n2r式中:n為偶然符合后的噪聲本底數;n1,n2為光電倍增管熱電子噪聲數;r為電路的符合分辨時間.令:n】一nz=1.210min,r:10ns,則按上述公式算出:n一0.048man<0.1rain,可見:熱電子噪聲對本底的貢獻每m.in只有0.048脈沖,這在一般測量中可以忽略.注意:符合分辨時間小了會影響探測效率,大了不足以抑制噪聲.從1953年起,又過了1o年,液體閃爍計數器發(fā)展到了196

6、3年.在這1o年中,液體閃爍計數器的在機構上有許多改進,但其中最重要的要數脈沖相加電路的出現.這比簡單的符合型液閃的輸出脈沖幅度長了一倍,因此信號的噪聲比也提高了一倍,使低能射線的探測效率明顯地提高,儀器的靈敏度和精確度更加得到改善,尤其提高了雙標記樣品的分離能力.脈沖相加電路的出現,被人們視為液閃發(fā)展史上的又一個里程碑.4雙堿陰極光電倍增管光電倍增管是把熒光光子轉換為光電子并被倍增的能量轉換器,它由密封于對熒光是透明的材料內的陰極,次陰極(倍增極)和陽極組成.為有好的能量轉換效率,光陰極涂有高電子發(fā)射率的銫銻(cs-sb)物質,光陰極的響應譜(吸收譜)要和閃爍體的發(fā)射譜相匹配,而一般光電倍增

7、管的光譜響應的最大波長在400nm左右,與初級閃爍體(ppo或bu-pbd)發(fā)射熒光的最大波長(350380nm)不相匹配,故要加人次級閃爍體(popop)以改善匹配效果.1965年,雙堿陰極光電倍增管(knacs-sb)的出現,其對光波的最高響應光譜左移,并且光譜響應范圍較寬(300500nm),能與幾種常用的初級閃爍體的最大熒光波長較好匹配,量子效率提高了約1/4.因此,就沒有使用次級閃爍體的必要了.但考慮到樣品的雜質猝滅等因素,還可以適當使用次級閃爍體和添加劑.一般有814級倍增級,每一級對電子的放大倍數約26倍,倍增級依次加高電壓,以收集倍增電子束,其總放大倍數可達1010.,大大提高

8、了對小信號脈沖的探測能力.在探測b粒子過程中,光電倍增管的暗電流是一個重要指標.它是光電倍增管在沒有接受外來光子時,陰極和倍增極的自發(fā)的熱電子噪聲,以及光反饋,離子反饋,極間漏電和場致發(fā)射等噪聲所形成的,對于雙堿陰極光電倍增管,其單電子噪聲計數已降低到200s,即:1.210m.in-.目前,光電倍增管要數英國的最好,其電真空技術和其工藝是世界一流的,如emi9635qb和emi9804就屬于雙堿陰極光電倍增管(k-na-cs-sb).北京核儀器廠的52l系列產品和北京濱松光子技術有限公司的光電倍增管也屬于這類管子.其優(yōu)點是:藍光靈敏度高,光電轉換效率好,工作高壓低,暗電流小和光譜響應范圍較寬

9、.雙堿陰極光電倍增管是液體閃爍計數器獲得高效率,低本底的關鍵元件,有了這種光電倍增管可以去掉專門的冷卻水裝置,能使儀器在室溫環(huán)境下(恒溫裝置)正常工作.s我國的液體閃爍計數器我國的液體閃爍計數器技術是由科學家童第周和牛滿江從美國帶來的.6o年代分別由中國科學院在北京與上海兩地進行研制,到1970年由西安核儀器廠和中國科學院原子能所聯合作制出fj-353型液體閃爍計數器.它比世界上第1臺液體閃爍計數器起步晚20年.1981年,西安核儀器廠又研制出fj一2105型液體閃爍計數器(配有微型計算機控制).這比世界上1971年第一代微型機液閃晚了1o年.但國外液體閃爍計數器進展的先進技術,在我國數家生產

10、液閃的廠所均有反映r2.首先,液體閃爍計數器的換樣機構,開始是5371953年美國一packard公司采用100個樣品的轉盤式,到1962年beckmen公司出現了鏈式和抽屜式的換樣機構,后來又發(fā)展到無軌道鏈式換樣機構;再后來又出現了lkb廣.-wallac公司盒式換樣機構.其次:測量系統,前述的符合相加電路和雙堿陰極光電倍增管,在我國液體閃爍計數中無例外地均被應用.另外,儀器的放大器采用對數型和準對數型(折線型)兩種.這兩種電荷靈敏放大器對小脈沖均有較大的放大倍數,對大脈沖均有較小的放大倍數,故對.h和hc兩種樣品測量,能不改變增益而獲得滿意的結果.儀器的測量分析道(單道能量分析器)為五路三

11、道,即有三個測量道,二個外道,統稱三加二電路.三個測量道的閾值和道寬根據被測核素而定,供測量不同能量的核素或作雙標記測量.二個外道在樣品測量時不工作.一旦樣品測試完畢,附設在鉛罐中的珀cs和.ra約0.74msq,由電磁感應空氣泵自動打入測量室,同時兩個外道進行l(wèi)min猝滅校正計數.當計數結束,即再退源后,進行l(wèi)min的計數.這種以記錄外標準7源所形成的康普頓電子在兩道中猝滅校正計數的方法,謂之外標準道比法.外標準7源產生的康普頓電子譜移動與樣品的口譜的移動方向是一樣的.猝滅對兩者的影響是一致的,因此可用探測外標準7源的康普頓電子計數的道比值來校正猝滅,這是一種較常見的猝滅校正方法.儀器還具有

12、自動扣除本底及低活性樣品自動甄別的功能;重復測量和自動測量完終止號后自動打印功能和自動停機功能;自動斷電保護功能;正向通過和空位越過等功能,并配有微處理機和crt顯示裝置,以快速計算和監(jiān)視自動運行過程.35年來,我國已研制成功了十多種型號的液體閃爍計數器,生產了近千臺符合型液閃.其主要技術指標和各項功能均已接近了國際上同類產品的水平.西安核儀器廠是我國生產液體閃爍計數器最早的廠家,具有35年的歷史和雄厚的技術力量.其各種型號的液閃儀占國內市場的80,該廠已形成了從10個樣品(fj一2115g),25個樣品(fj-21olg;新型號:xh_6925型),100個樣品(fj-2107)到200樣品

13、(fj一2105)的液閃系列,并根據最新科技成果和市場需要,不斷地有新型液體閃爍計數器投放市場.在市場預測上,預計西安核儀器廠生產的新型的蘋果型計算機液閃儀會較為暢銷.f-7c.雙用(96孔)液體閃爍計數器等高檔液閃將受到用戶歡迎.xh-6925液體閃爍計數器將吸引大量用戶.西安凱普機電有限責任公司ys-2000單個樣品液閃計數器的售價目前為國內同類產品的最低價格,也擁有一定的市場份額.有朝一日,我國的縣,地級醫(yī)院普遍地配備上液體閃爍計數器,那就到了液閃的黃金時代.參考文獻:1董家倫,等.液閃與超弱發(fā)光農用技術.蘭州:甘肅科學出版社,1992.2趙志平,等.改進型液體閃爍測量儀的應用c/全國第

14、五屆核儀器及其應用學術會議論文集,海南?？?2005:218.3朱傳新,等.bc-5ola液體閃爍體7探測效率j.核電子學與探測技術,2004,24(3):307.generalizationofthedevelopmentofliquid-sparklingcounterbianzheng-zhu,zhangjue,zhangjin-wep(1.thesecondhospitalofhuanofjia,gsuprow.223300,china,2.theairforcelogfics,be!00720,china,3.instrumentofnuclearfactoryofxiall,thecompanyofkaipu,xianofshaanxiprow.710061,china)almraetti1ispaperincludesfiveparts.itnotonlyrenewsthedevelopmenthistoryofllquid-sparklingcounterbutrefersthattheappearanceofcoinddentcircui