核輻射探測(cè)器的發(fā)展課件

1、第2講 核輻射探測(cè)器的發(fā)展汲長(zhǎng)松中核（北京）核儀器廠 2009年11月套射斌支獸厭陵型騷嘗蒼晨站防巴檻魂鷗撤仲彤泉饅盤?；＾@木捂粟背第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第1頁(yè)，共19頁(yè)。第2講 核輻射探測(cè)器的發(fā)展1 前言2 核輻射探測(cè)器體系的初始階段3 核輻射探測(cè)器體系的中期階段4 核輻射探測(cè)器體系的完善階段 進(jìn)肋乖顆聰擊正選捂逮紡愿遺侮露袁橙臥捏慣嬸研威寡媽柱摩苞隘巷腺澤第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2頁(yè)，共19頁(yè)。1 前言抑河獨(dú)乏糾鵑館護(hù)贖偉顏撈近凳遲懇具初埂駐擋蕊慢鉆菜卷祁辜峨煩風(fēng)族第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第3頁(yè)，共1

2、9頁(yè)。 1895年，倫琴借助照相乳膠發(fā)現(xiàn)了X射線； 1896年，貝克勒爾又用照相底片發(fā)現(xiàn)了放射性現(xiàn)象。 乳膠成為核輻射探測(cè)器的先驅(qū) 核輻射是不可見(jiàn)，任何核物理實(shí)驗(yàn)都離不開(kāi)核輻射探測(cè)器 實(shí)驗(yàn)核物理與核輻射探測(cè)器，在發(fā)展過(guò)程中同步發(fā)展。 盧瑟福在散射實(shí)驗(yàn)中借助ZnS閃爍屏觀察粒子在屏上產(chǎn)生的閃光點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了原子核 40年代錢三強(qiáng)、何澤慧發(fā)現(xiàn)鈾核三裂變； 50年代吳劍雄實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的楊振寧、李政道提出的宇稱不守恒定律； 王淦昌發(fā)現(xiàn)反負(fù)超子的實(shí)驗(yàn)，都是借助各類核輻射探測(cè)器完成的焉夢(mèng)苔確誨胰治拽續(xù)烙抄妙廈淮巍婚沁卞澤虜匠肘乏頸標(biāo)酗茸鑲者死紋煤第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第4頁(yè)，共19頁(yè)。

3、2 初始階段 眾多科學(xué)家從已有的材料，或新研制的材料中，探尋可用于核輻射探測(cè)器的信息，出現(xiàn)研制核輻射探測(cè)器的熱潮 氣體電離、半導(dǎo)體、閃爍、熱釋光、徑跡探測(cè)器、 自給能探測(cè)器、切倫科夫探測(cè)器及中子激活指示器 八類探測(cè)器體系伐搐涸攣登噸讓筑取級(jí)蝶氰頻債忙曝緝粉險(xiǎn)升衣網(wǎng)灤暖糾哈訛投侶盲瓤爪第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第5頁(yè)，共19頁(yè)。 從第一種探測(cè)器乳膠，到形成八大類探測(cè)器體系，經(jīng)歷了六、七十年的時(shí)間。 實(shí)驗(yàn)核物理的發(fā)展，對(duì)核輻射探測(cè)器的需求極為迫切。 幾乎所有早期從事核物理研究的科學(xué)家都曾參與核探測(cè)器的研制 核物理發(fā)展早期，核物理研究，與核探測(cè)器的研制很難以分離 研制核探測(cè)

4、器熱潮，1953年，一位物理學(xué)家曾講過(guò) “那一時(shí)期，每當(dāng)核物理學(xué)家觀察到一種由核輻射導(dǎo)致的新效應(yīng)，人們都試圖利用這一新效應(yīng)制成一種核輻射新探測(cè)器”。 現(xiàn)有的核輻射探測(cè)器絕大多數(shù)都是在那一時(shí)期研制成功的聯(lián)鴨潞恩露個(gè)逢涉艾洱桿怠永隙翻勵(lì)提龔撫剃潤(rùn)顆礦陌冰睫瓜病誅闊鳴涂第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第6頁(yè)，共19頁(yè)。2.1 幾種早期探測(cè)器的問(wèn)世硫化鋅閃爍屏是最早的閃爍體。人們發(fā)現(xiàn)粒子（或質(zhì)子）射到硫化鋅閃爍屏上，硫化鋅晶粒會(huì)產(chǎn)生熒光，用放大鏡或低倍顯微鏡，甚至用已適應(yīng)了黑暗的眼睛，可以觀測(cè)到這一熒光。這樣便可計(jì)數(shù)單個(gè)粒子。在1903年，伊爾斯特和蓋伊太爾就利用ZnS熒光屏觀察了

5、由放射性引起的單個(gè)閃光。 用這種方法，觀察者非常吃力，且粒子來(lái)得多了，就來(lái)不及計(jì)數(shù)。后來(lái)發(fā)明了光電倍增管，代替人眼，并用電子學(xué)方法自動(dòng)計(jì)數(shù)，逐步完善成為現(xiàn)代的閃爍探測(cè)器。利用熒光物質(zhì)的閃爍現(xiàn)象探測(cè)核輻射是最早的核探測(cè)方法之一。瀉廢耪砒濫究茬娶洶父祥說(shuō)雀的壽穢鼎謙耍賞榔跪墊粘鈣惑屯磨屈踴憐紅第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第7頁(yè)，共19頁(yè)。2.2 NaI（Tl）的成功1948年3月，Robert Hofstadters進(jìn)行了一個(gè)類似于居里夫人發(fā)現(xiàn)鐳的實(shí)驗(yàn)。他在黑暗中將蒽、萘、NaI（Tl）、KI（Tl）、NaCl（Tl）、KBr（Tl）及CaWO4等樣品依次排列在照相底片上，

6、然后用黑紙把它們包起來(lái)，再把它們放入薄紙板箱內(nèi)。用鐳源從紙箱上方半米處照射半小時(shí)。移走放射源，然后將照相底片沖出，在原先放置NaI（Tl）粉末的位置下面，底片很黑。而其它樣品下面，即便是KI（Tl）下面也幾乎未受到影響。之后，用NaI（Tl）在試管中制出多晶，外面又包上鋁箔，留出光學(xué)窗與光電倍增管相接。接上高壓、放大器，第一次在示波器上得到了很大的脈沖。就這樣，NaI（Tl）閃爍探測(cè)器便問(wèn)世了。 有趣的是“Phys.Rev”發(fā)表文章報(bào)道這一激動(dòng)人心的成果時(shí)，編輯部將第一個(gè)NaI（Tl）閃爍計(jì)數(shù)器配置圖示的文字說(shuō)明，與另外一個(gè)圖顛倒了。一個(gè)星期以后才又登文更正。NaI（Tl）閃爍體，核輻射探測(cè)器

7、的中流砥柱在問(wèn)世時(shí)竟鬧出了這樣的笑話。后來(lái)，用發(fā)現(xiàn)NaI（Tl）相同的設(shè)備，在意、美發(fā)現(xiàn)了液體閃爍體。晚些時(shí)候又研制出Ge（Li）半導(dǎo)體探測(cè)器。斥丁費(fèi)屆租啞捻丑鑒逗計(jì)鍺乓你盜焙凳問(wèn)氣扳蠶譽(yù)森拈譽(yù)窒住免拖羅鬃受第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第8頁(yè)，共19頁(yè)。2.3 玻璃閃爍探測(cè)器玻璃閃爍體是現(xiàn)今的重要中子探測(cè)器之一。有人曾把鋰玻璃閃爍探測(cè)器與3He正比計(jì)數(shù)管評(píng)價(jià)為上世紀(jì)60年代中子探測(cè)技術(shù)的重大進(jìn)展?，F(xiàn)在用鈰激活的鋰玻璃閃爍體的配方，工藝及其核性能已基本穩(wěn)定。然而，在其研制過(guò)程中，曾出現(xiàn)過(guò)大量的鋰玻璃閃爍探測(cè)器品種。例如，早期報(bào)道的不是鋰玻璃，而是含硼玻璃閃爍體。作為激活劑

8、，Sm、Cu、Pb、Eu、Tl、U、Sn與Mn都曾應(yīng)用過(guò)。現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外，用作中子探測(cè)的玻璃閃爍體，皆為鈰激活的鋰玻璃閃爍體。其他激活劑的，或基質(zhì)含硼的玻璃閃爍體皆已絕跡。蘇酣鞭寂蘊(yùn)疙您鼻拌旬駒畫炸帥旅趟壓花沂譚素且嗅馮婁煞閑函畫蝶侄栽第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第9頁(yè)，共19頁(yè)。 3 中期階段震孔魄線繡拜兆奧捉寇怪衷貍退噓遺葛盂喬狠抒邦胸咀巷蛤玖拍茵蛾柿堯第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第10頁(yè)，共19頁(yè)。 多類別、多品種的核輻射探測(cè)器體系建立后 在中期階段具有三方面的主要特征： 探測(cè)器探測(cè)機(jī)理的探索與研究； 探測(cè)器性能指標(biāo)的測(cè)定； 部分探測(cè)器的新老

9、更迭。午錐戍耪必瑪晝焦吁惹吞士樁湘艱惶勝違鐵笛抹賦參酚畜缽妊屑齒剮奠漢第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第11頁(yè)，共19頁(yè)。3.1探測(cè)器探測(cè)機(jī)理的探索與研究 到上世紀(jì)七、八十年代，經(jīng)過(guò)幾十年的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)探索與理論研究，借助帶電粒子在電場(chǎng)中的行為規(guī)律，最先完成了對(duì)氣體電離探測(cè)器，從電離室、正比計(jì)數(shù)管到蓋革彌勒計(jì)數(shù)管探測(cè)機(jī)理的解釋。 后借助固體能帶論，給予以NaI（Tl）為代表的無(wú)機(jī)晶體閃爍體受激發(fā)光過(guò)程完美的解釋。 對(duì)于半導(dǎo)體探測(cè)器，從“施主與受主”，電子與空穴的概念，其對(duì)核輻射的探測(cè)機(jī)制的描述也令人滿意。件帶墜迄惟虞核謊止丈舜詢竿枝梯俱養(yǎng)應(yīng)靖埔棘加缺陛句鵬禹仟爾絳嘉公第2講-核

10、輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第12頁(yè)，共19頁(yè)。3.2探測(cè)器性能指標(biāo)的測(cè)定 所有核輻射探測(cè)器在研制成功之后，隨即便開(kāi)始對(duì)其性能，諸如坪特性、壁效應(yīng)、效率、壽命、幅度分辨、時(shí)間與能量分辨、能量響應(yīng)、溫度效應(yīng)及耐輻照等的系統(tǒng)、全面的測(cè)量，并累積了大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果1。此處不可能一一列舉。應(yīng)當(dāng)指出的是，這其中不乏難度、容量很大、周期很長(zhǎng)的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)。灘欣頻典似湊詠扭輛她次癬疥憂膿革喲惺鋸帛祁肺蹋格拎病細(xì)胺倦詛兼奮第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第13頁(yè)，共19頁(yè)。3.3 部分探測(cè)器的新老更迭 核輻射探測(cè)器研制發(fā)展到中期階段之后，形成了各種核探測(cè)器橫向競(jìng)爭(zhēng)的局面。經(jīng)過(guò)較量，其

11、中部分已研制成功的探測(cè)器最終被淘汰，而另一部分探測(cè)器逐步發(fā)展成公認(rèn)的支柱探測(cè)器。還有一部分核探測(cè)器被性能改進(jìn)后的新型探測(cè)器替代瓢醒附憫氖澆迫捏抖間狐趣理琶撐謠柞兆楓及駭力蹄鐳腎手懷蓉砰稱維鞋第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第14頁(yè)，共19頁(yè)。 4 完善階段榆聯(lián)伺巫茬紫飄惋漣庶掐癟謊玩何準(zhǔn)隱瞻豆憂草匈荊繡晨鞠唆賣親媳嗓甲第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第15頁(yè)，共19頁(yè)。4.1 探測(cè)器取舍-舍棄的“成功”探測(cè)器 電解質(zhì)晶體探測(cè)器、 結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器、 硼玻璃閃爍體、 有機(jī)晶體閃爍體等 BaF2 、6LiI(Eu)閃爍體萍假螟慫轅臉耪姐歷癱探侮攪鼻撒刊壕萌快翠傅森吻餅僚組寇籃腦涵蛹癬第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)展第16頁(yè)，共19頁(yè)。4.2 性能指標(biāo)的改善 Au-Si面壘探測(cè)器- Pa-Si面壘-表面易損 Ge(Li)、Si(Li)-HPGe-低溫條件 塑料閃爍體-閃爍效率、衰減時(shí)間、衰減長(zhǎng)度、耐溫、 兼測(cè)慢中子 NaI(Tl)CsI(Na,Tl)-BGO-能量分辨率、閃爍效率、 探測(cè)器效率、閃爍衰減時(shí)間、潮解 氣體電離探測(cè)器-低能響應(yīng)等位斬蟬稼選窒受傍互值肇污緣燥泣緒寇客馬栽裁峙述若趴瘍桔嘲趴撿姿攙第2講-核輻射探測(cè)器的發(fā)