放射化學第講核測量儀器

放射化學第講核測量儀器第1頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu核輻射探測探測核輻射的基本原理及方法；氣體探測器；氣體電離室的電流-電壓曲線；電離室的結構；閃爍探測器；閃爍譜儀的射線能譜分析。第2頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu輻射的探測研究和應用放射性核素：

1、需要了解荷電離子的種類、數(shù)量、能量及有關性質；

2、要求對核輻射進行探測和記錄。放射性測量裝置通常由核輻射探測器和信號處理系統(tǒng)組成；核輻射探測器包括靈敏介質和結構部分；射線與靈敏介質相互作用并損失能量，該能量被靈敏介質轉換為光、電、熱或化學信號；光、電、熱、或化學信號被處理系統(tǒng)分析和記錄。

第3頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu核輻射探測核輻射探測器信號處理系統(tǒng){靈敏介質結構部分}光、電、熱、化學信號放射性測量裝置框圖{第4頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu探測核輻射的基本原理及方法利用射線通過物質時的電離作用；（氣體探測器和半導體探測器）射線通過某些物質時所產(chǎn)生的熒光、熱釋光或契倫科夫輻射；（閃爍探測器，熱釋光探測器、玻璃探測器、契倫科夫輻射探測器）射線與某些物質的核反應或彈性碰撞產(chǎn)生的易于測量的次級粒子；（主要用于中子的探測。中子與含氫物質中的氫原子核彈性碰撞，將氫原子核從分子中擊出。測量反沖質子的電離和激發(fā)推斷中子的數(shù)量）第5頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu探測核輻射的方法射線所攜帶的電荷；（早期使用的驗電器）射線的能量在物質中所產(chǎn)生的熱效應；（射線在物質中損失的能量最終可以轉化為熱能。量熱計）射線與物質作用產(chǎn)生的化學變化（徑跡探測器、核乳膠及化學計量計）第6頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器第7頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器氣體探測器以氣體為探測介質。入射粒子使氣體電離產(chǎn)生電子-正離子對；電子和正離子對在電場中遷移產(chǎn)生電信號。依據(jù)工作條件不同，氣體探測器分為：電離室、正比計數(shù)器、蓋革-彌勒(G-M)計數(shù)器和其他探測器。第8頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器在核科學研究的早期，氣體探測器起到了非常重要的作用，是當時主要使用的探測器；20世紀50年代后，由于閃爍探測器和半導體探測器的發(fā)展，氣體探測器被逐步取代；目前，氣體探測器在高能物理、重粒子物理、輻射劑量學等領域仍然有廣泛應用。第9頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器Ion-pairs粒子：104105/cm粒子：102103/cm射線：110/cm法諾因子：1/21/3法諾修正后的方差第10頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器電離的統(tǒng)計漲落決定了探測器的固有的能量分辨率的下限。例如，對于能量為5MeV的粒子，在空氣中平均產(chǎn)生的離子對數(shù)為5106/34.98=1.43105;取F=0.3，得到均方根偏差為：2.07102;則能量分辨率的下限為：第11頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu若干氣體的平均電離能w和最低電離電位I0氣體電離能w/eV電離電位I0/eV粒子X、射線粒子ArN2O2CO2C2H2C2H4CH4BF3Air26.30.136.390.0432.30.134.10.127.30.728.030.0529.10.125.60.334.980.0526.20.234.60.331.80.332.90.325.70.426.30.327.30.333.730.1526.40.836.60.531.50.234.90.536.00.415.815.512.514.411.612.214.5第12頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器電離產(chǎn)生的正離子和電子的熱運動產(chǎn)生無規(guī)則碰撞；正離子和電子相遇可能復合為中性分子；電子可能被電負性大的氣體分子（H2O,O2,X2）俘獲，形成重負離子；如果外加電場，正離子將向陰極遷移，電子則向陽極遷移；正離子和電子遷移的結果在外電路形成電離電流；將該電流記錄下來，可實現(xiàn)對輻射的探測。第13頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器測量電離電流裝置示意圖第14頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體電離室的電流-電壓曲線在一個充有工作氣體的密封容器內安裝兩個電極；中央為陽極，外殼為陰極，彼此絕緣；在兩極間加電壓V，測量流經(jīng)負載R的電流I。I的大小與V有關。在恒定強度的輻射照射下，實驗測得IV曲線出現(xiàn)6個區(qū)段。第15頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.LiuV(伏）

電離電流-電壓曲線第16頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器I.線性關系區(qū)：（1）兩極間電壓較低時，正離子和電子遷移速度較慢，在被電極收集之前有可能復合。也可能形成重負離子。（2）隨著電壓的升高，復合的概率減小，電離電流I隨電壓V幾乎直線上升。

第17頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器II.電離室區(qū)：（1）兩極間電壓繼續(xù)升高，電離輻射在工作氣體中產(chǎn)生的正離子和電子全部被收集，電子和正離子在到達電極之前的復合概率可忽略不計。（2）在C點之前，電壓升高不能收集更多的正離子和電子，此時電離電流達到飽和值。第18頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器

II.電離室區(qū)：

（3）本區(qū)稱為飽和區(qū)或電離室區(qū)。（4）若進入電離室的射線的全部能量都損失在電離室內，而且相繼進入電離室的兩個粒子能被系統(tǒng)分開，則從負載電阻R上取出的電壓脈沖信號由射線的能量決定。（5）電離室可用于射線計數(shù)、能量測量和輻射劑量測量第19頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器III.正比區(qū)：（1）電壓升高到C點以后D點以前，向陽極運動的電子在陽極附近的強電場的加速下獲得的動能足以引起介質分子（氣體分子）的電離（次級電離）；（2）產(chǎn)生的次級電子被強電場加速，又可產(chǎn)生新的電離；（3）原來的一個電子可以繁殖出多個電子，此過程稱為電子雪崩；這種現(xiàn)象稱為氣體放大現(xiàn)象。第20頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器III.正比區(qū)：（4）放大倍數(shù)M只與電壓有關，與初級電離產(chǎn)生的粒子對數(shù)無關。放大倍數(shù)一般為104數(shù)量級。（5）從負載電阻上輸出的電壓信號正比于初級電離產(chǎn)生的離子對數(shù)。（6）正比區(qū)即可用于射線的計數(shù)，也可用于射線能量的測量。第21頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu

氣體探測器IV.轉變區(qū)（有限正比區(qū)）：（1）電壓繼續(xù)升高，除發(fā)生電子雪崩外，高速運動的電子與氣體分子碰撞，可使氣體分子因激發(fā)而發(fā)射光子。（2）光子打在作為陰極的器壁上產(chǎn)生光電子，后者在奔向陽極的過程中又參與電子雪崩過程。（3）在本區(qū)間的放大倍數(shù)為105107，但在給定電壓下不是常數(shù)，而與初級電離數(shù)n有關。（4）n越大，A越小。（5）該區(qū)域不適合設計探測器。第22頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器V.Geiger-Müller區(qū)（G-M區(qū)）：（1）外電壓越過轉變區(qū)DE后，電子雪崩更加猛烈，并且擴展至整個容器空間。（2）電子很快被陽極收集，在陽極附近留下遷移速度慢得多的正離子，圍繞陽極形成一個正離子鞘。（3）這些空間電荷產(chǎn)生的電場方向與原先的電場方向相反，于是在陽極和正離子鞘之間形成一個低電位區(qū)。第23頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器V.Geiger-Müller區(qū)（G-M區(qū)）：（4）電子雪崩積累的空間電荷最終使得電子在此低電位區(qū)內不能產(chǎn)生次級電離，電子雪崩因此被終止。（5）正離子遷移至陰極約需10-7s的時間。（6）該區(qū)域的氣體放大倍數(shù)為108。（7）工作于該區(qū)的G-M計數(shù)器具有很高的靈敏度，適合于射線的計數(shù)，但對射線的能量無法分辨。第24頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu氣體探測器VI.連續(xù)放電區(qū)：電壓繼續(xù)升高，放電過程將連續(xù)進行，將導致氣體探測器在短時間內損壞，故應避免。第25頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu電離室的結構第26頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu電離室的結構脈沖電離室：主要用于測量重帶電粒子的能量和強度累計電離室：主要用于測量X、、和中子輻射的注量率（注量）和劑量率(劑量）。電離室的基本結構第27頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu電離室的種類第28頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu脈沖電離室用于帶電粒子的計數(shù)和能量測量；要求射入電離室的帶電粒子的能量全部損失在靈敏體積內；產(chǎn)生的離子對不發(fā)生復合及形成重負離子，也不擴散出靈敏區(qū)；相繼進入電離室的兩個粒子的時間間隔大于系統(tǒng)的分辨時間；可用于粒子及重帶電粒子的能譜測量，能量分辨率約為0.2%；第29頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu脈沖電離室若在電離室中安裝一個金硅面半導體探測器，用以測量穿過電離室靈敏區(qū)之后的能量E，就可知道粒子在穿過靈敏區(qū)時損失的能量E。由于每種粒子有其特征能損函數(shù)dE/dl=f(E);事先對裝置進行刻度，可用于粒子的鑒別。第30頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu電流電離室主要用于輻射注量或劑量率的測量；需要高靈敏和高穩(wěn)定性的弱電流放大器；流氣式電流電離室可用于氣體放射性測量（222Rn,3H、14C的氣體化合物）測量時，待測氣體與工作氣體按一定比例混合，以一定流速流過電離室。在電離室內壁覆蓋一層235U，則可用于中子的測量。第31頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu累計電離室若事先將電離室的兩極充電至一定電壓，V1；該電壓足以保證收集全部的電離電荷；將電離室暴露于X或輻射場中t時間后，極間電壓因收集電離電荷而下降至V2。收集到的電荷Q=(V1-V2)C0,C0為極間電容。累計電離室一般做成筆形或頂針形，便于佩戴，用來監(jiān)督個人劑量。第32頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu正比計數(shù)器第33頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu正比計數(shù)器V為脈沖幅度，n為原電離產(chǎn)生的離子對數(shù)，

C0為電離室的極間電容,M為氣體放大倍數(shù)。輸出脈沖與原電離成正比可用于粒子能量的測量能量分辨率稍低于脈沖電離室的主要用于、低能及低能X射線的能量和活度的測量第34頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu正比計數(shù)器粒子的初級電離比粒子高100倍，在固定的甄別閾下，粒子可在較低的工作電壓下測量正比計數(shù)器測量和混合放射源的計數(shù)率與工作電壓的關系第35頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.LiuG-M計數(shù)器靈敏度高；輸出脈沖的幅度大且與入射粒子的種類和能量無關；可不經(jīng)放大直接紀錄，使用方便，價格低廉。目前被廣泛使用。按充氣類型：有機G-M管(90%Ar+酒精或乙醚)

鹵素G-M管(90%Ne+Cl2或Br2)按用途劃分：端窗型（鐘罩型）或圓柱形。第36頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.LiuG-M計數(shù)器為使G-M管正常工作,在工作氣體中必須加入少量的酒精、乙醚、Cl2、Br2等淬滅氣體。淬滅氣體的電離電位比工作氣體Ar的低。Ar+在到達陰極之前與淬滅氣體分子碰撞，發(fā)生電荷交換。Ar++CH3CH2OHAr+CH3CH2OH+G-M管的工作電壓應選在坪的前1/31/2之間第37頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.LiuG-M計數(shù)器到達陰極的正離子都是CH3CH2OH+，它們從陰極拉出電子，再與電子結合生成激發(fā)態(tài)分子。這種激發(fā)態(tài)分子很容易分解，其分解的平均壽命（10-13s）比發(fā)射光子的平均壽命（10-7s）短得多。因此其發(fā)射光子的幾率為10-6.光子從陰極上打出電子的幾率為10-4，因此，CH3CH2OH+從陰極上打出電子的幾率為10-10。第38頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.LiuG-M計數(shù)器若到達陰極的CH3CH2OH+有108個，則造成假性計數(shù)的概率約為1%。隨著G-M管外加電壓的增加，正離子鞘中的正離子數(shù)目增加，假性計數(shù)的幾率也增加，造成G-M計數(shù)器的工作坪有一定的斜度。隨著CH3CH2OH消耗量的增加，坪的斜度增加，坪長縮短。第39頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.LiuG-M計數(shù)器坪長小于某一數(shù)值（100V），就不能再用了；有機G-M計數(shù)管的壽命有限，約為108個計數(shù)。鹵素G-M管的工作電壓較低，坪長較短。由于鹵素分子容易捕獲電子形成重負離子，因此探測效率也有所下降。鹵素分子分解為原子后，可以重新復合為鹵素分子，但會有一部分與陰極作用而消耗。鹵素G-M計數(shù)器的壽命很長，約為1091010個計數(shù)。第40頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.LiuG-M計數(shù)器正離子鞘的形成使陽極附近的電場強度降低，不僅使雪崩放電被終止，而且對新進入靈敏區(qū)的帶電粒子停止響應。隨著正離子的漂移，中心電場逐漸恢復到維持放電的電場強度。這段時間稱為G-M計數(shù)管的死時間。當正離子鞘全部消失，中心電場完全恢復，輸出脈沖的幅度達到正常值，這段時間稱為恢復時間。當脈沖幅度達到定標器的觸發(fā)閾而能正常計數(shù)所需的時間稱為G-M管的分辨時間。第41頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.LiuG-M計數(shù)器的時間特性死時間恢復時間分辨時間第42頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.LiuG-M計數(shù)管由于分辨時間的影響，在分辨時間內進入的離子被漏記。計數(shù)率越大，漏記越嚴重。計數(shù)率<6000cpm時，漏計數(shù)可以忽略。第43頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu溫度對G-M計數(shù)管性能的影響第44頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu溫度對G-M計數(shù)管性能的影響溫度太低，淬滅氣體凝聚，淬滅作用減弱；溫度太高，電極發(fā)射熱電子的幾率增加，使G-M管的坪斜增大，坪長縮短，性能變差。有機G-M管：10600C（淬滅氣體為乙醇）

-20-500C（淬滅氣體為甲酸乙酯）鹵素G-M計數(shù)管：-60-700C（淬滅氣體為Cl2）

-55-600C（淬滅氣體為Br2）

第45頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍探測器第46頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍探測器核輻射與某些透明物質相互作用；透明物質電離和激發(fā)后發(fā)射熒光。應用最廣泛的核輻射探測儀器之一；特點:分辨時間短,對射線的探測效率高。測量能譜、活度、半衰期。閃爍體、光導和光電倍增管閃爍能譜儀的組成第47頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍探測器核輻射與某些透明物質相互作用；透明物質電離和激發(fā)后發(fā)射熒光。應用最廣泛的核輻射探測儀器之一；特點:分辨時間短,對射線的探測效率高。測量能譜、活度、半衰期。閃爍體、光導和光電倍增管閃爍能譜儀的組成第48頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍探測器閃爍體在核輻射的照射下能產(chǎn)生熒光的物質——閃爍體無機閃爍體：

無機單晶閃爍體：NaI(Tl),CsI(Tl),LiI(Eu),Bi4Ge3O12(B.G.O.)

無機多晶閃爍體：ZnS(Ag)有機閃爍體：具有廣泛離域電子體系的有機化合物：

有機晶體閃爍體：蒽晶體，四苯丁二烯晶體，對聯(lián)三苯晶體；有機液體閃爍體：由溶劑（甲苯和二甲苯，有時添加一些二乙二醇單甲醚等物質來增加與水的相容性）、第一閃爍體和第二閃爍體（波長變換劑）組成第49頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍探測器閃爍體第一閃爍體：聯(lián)三苯、第二閃爍體：PPOPDBPOPOP第50頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.LiuPPOPDBPOPOP2，5-二苯基惡唑2-苯基-5-（4-聯(lián)苯基）-3，4惡二唑1，4-二[（2-（5-苯基惡唑基）]苯閃爍探測器閃爍體第51頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍探測器閃爍體塑料晶體：由溶劑、第一閃爍體和第二閃爍體組成。溶劑為聚苯乙烯或苯乙烯-二乙烯苯共聚物。第一和第二閃爍體與有機閃爍體相同。加載閃爍體：在閃爍體中加入Pb、Sn等高原子序數(shù)的元素以提高對射線的探測效率，或在閃爍體中加入中子吸收截面大的核素，如10B、6Li、157Gd等用于中子的探測第52頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍體的發(fā)光機制(能帶理論）無機閃爍體的發(fā)光機制電子在晶格中具有分立的能帶；電子的高能級有價帶和導帶；處于價帶的電子被束縛在晶格內，處于導帶的電子具有足夠的能量，可以在晶格內自由運動；導帶和價帶之間為禁帶。第53頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍體的發(fā)光機制（續(xù)）對于純晶體，禁帶不允許有電子存在。在電離輻射的作用下，電子吸收能量可以從價帶躍遷到導帶，在價帶留下空穴；電子從導帶退激到價帶，發(fā)射紫外光，這種能量的紫外光又可以把電子從價帶激發(fā)到導帶，即光被晶體自吸收。因此純晶體的光輸出很少，不能作為閃爍體。若在晶體中加入少量雜質——激活劑，如在NaI晶體中加入Tl(I)，可改變純晶體的能級結構。第54頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍體的發(fā)光機制加入激活劑在禁帶中產(chǎn)生一些雜質能級；若雜質能級的激發(fā)態(tài)至基態(tài)為允許躍遷，就會以高幾率發(fā)射光子。激發(fā)態(tài)的平均發(fā)光衰減時間為10-7s；由雜質能級的激發(fā)態(tài)退激到基態(tài)，產(chǎn)生可見光；上述過程稱為熒光過程。由于可見光的能量小于晶格的禁帶寬度，而且雜質原子的數(shù)量又非常少，因此，摻雜晶體對這種可見光的自吸收很少，光輸出變大。因此，加入激活劑的晶體可以作為閃爍體。第55頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍體的發(fā)光機制（續(xù)）對于NaI(Tl)晶體，產(chǎn)生一對電子—空穴對所需的平均能量為20eV；1MeV的帶電粒子平均可產(chǎn)生5104個電子—空穴對；若閃爍效率為13%,則1MeV的帶電粒子有1.3105eV的能量轉變?yōu)楣饽堋Ｈ裘總€光子的能量為3eV，則產(chǎn)生的光子數(shù)目為4.3104個。因此，一個電子—空穴對大約產(chǎn)生一個光子。第56頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu有機閃爍體的發(fā)光機制第57頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu有機閃爍體的發(fā)光機制有機閃爍體分子一般具有一定的對稱性質，有離域的電子體系，分子的電子能級比σ電子能級高。自旋為0的單態(tài)能級為S0、S1、S2、S3自旋為1的三重態(tài)能級為T1、T2、T3每一電子能級又有一系列震動能級，如S00表示單態(tài)電子的基態(tài)振動態(tài)當帶電粒子經(jīng)過有機分子附近時，電子吸收能量被激發(fā)到高能態(tài)，并很快通過無輻射躍遷退激到S1態(tài)，而震動能量通過與周圍的熱交換損失掉，最后激發(fā)態(tài)都處于S10態(tài)。第58頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu有機閃爍體的發(fā)光機制從S10到S0各態(tài)躍遷釋放光子的過程稱為熒光過程，平均發(fā)光衰減時間為10-9s，比無機閃爍體的熒光過程快2個數(shù)量級；不同自旋態(tài)的能級間可以通過自旋-耦合等機制實現(xiàn)態(tài)間串躍；S10通過態(tài)間串躍轉變?yōu)門1，T1到S0為磷光過程；激發(fā)吸收的能量大于退激發(fā)射的能量，因此有機閃爍體對光的自吸收非常小。第59頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu有機閃爍體的發(fā)光機制第60頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍體的閃爍效率入射粒子的能量轉變?yōu)榭梢姽獾姆蓊~定義為閃爍效率，閃爍效率越高，閃爍體越好。液態(tài)閃爍體或塑料閃爍體中的溶劑起到能量轉移作用，溶劑吸收能量，然后轉移給閃爍體分子，提高閃爍效率。少量的第二閃爍體可將第一閃爍體發(fā)射的光子（350400nm）吸收,發(fā)射420480nm的光子，發(fā)射效率接近100%；閃爍體對420480nm光子的自吸收更少，因此波長為420480nm的光子能與光電倍增管的光陰極的光譜響應配合而打出電子，提高閃爍探測器的輸出信號。第61頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍體的選擇測量射線：用無窗或薄窗（鍍鋁塑料膜）的薄閃爍體，ZnS（Ag）,CsI(Tl);測量射線：多用塑料閃爍體，根據(jù)射線的能量選擇不同厚度；低能射線，可用液體閃爍體。測量射線：選擇高原子序數(shù)的閃爍體以提高對射線的探測效率，常用無機閃爍體：NaI(Tl),CsI(Tl),B.G.O.等。測量中子：主要通過中子核反應產(chǎn)生的帶電粒子。常用有機閃爍體及添加B、Li、Gd等的閃爍體，如ZnS快慢中子屏，Li玻璃等；測量低能射線和X射線：常用薄Al窗或Be窗的NaI(Tl)或B.G.O.閃爍體。第62頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍體的特點CsI(Tl)和B.G.O.不潮解，可做成無窗探頭，但價格較貴。NaI(Tl)易潮解，需要密封，但價格比較便宜。B.G.O.對高能射線的探測效率高，分辨本領好；對于1MeV以下的射線，B.G.O.閃爍體的能量分辨率不如NaI(Tl)閃爍體。第63頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu光的收集與傳導自學第64頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍譜儀第65頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍探測器脈沖幅度的統(tǒng)計漲落和能量分辨率

用閃爍探測器探測單能粒子，輸出的脈沖幅度并不完全相同，具有一定的統(tǒng)計漲落；產(chǎn)生這種統(tǒng)計漲落的主要原因是：

1、閃爍體產(chǎn)生的光子數(shù)的統(tǒng)計漲落；

2、光陰極的光電轉換效率和光電子的傳輸效率的統(tǒng)計漲落；

3、放大倍數(shù)的統(tǒng)計漲落由于影響脈沖幅度的統(tǒng)計性因素很多，在進行能量測量時就受到一定的限制。好的NaI（Tl)閃爍探測器對137Cs的662keV的射線的能量分辨率約為8%。第66頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍譜儀的射線能譜分析射線與物質通過發(fā)生光電效應、康普頓效應和電子對效應而產(chǎn)生電子；這些電子與閃爍體作用產(chǎn)生熒光，經(jīng)光電倍增管轉變?yōu)槊}沖信號；由于射線與物質的多種作用機制，使得射線能譜具有復雜的譜形。第67頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍譜儀的射線能譜分析當射線在閃爍體內發(fā)生光電效應，光電子的能量全部損耗在閃爍體內并產(chǎn)生熒光，其脈沖幅度對應于射線的能量，分布近似于高斯分布，稱這種分布為光電峰或全能峰；當射線在閃爍體內發(fā)生康普頓散射，假如散射光子逸出閃爍體，而康普頓電子的能量全部損耗在閃爍體內，由于康普頓電子的能量為從0到最大值之間的連續(xù)分布，對應的脈沖幅度也是連續(xù)分布，成為康普頓散射坪臺；若經(jīng)康普頓散射的光子再與閃爍體發(fā)生光電效應，其輸出脈沖則表現(xiàn)為對全能峰的貢獻。第68頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍譜儀的射線能譜分析當射線與閃爍體以外的物質發(fā)生反(背)散射，反散射光子與閃爍體發(fā)生光電效應，其脈沖對應于反散射光子的能量，稱為反散射峰。137Ba因內轉換產(chǎn)生32keV的特征X射線并損耗在閃爍體內，在對應于32keV處形成一個特征X射線的脈沖幅度分布，稱為特征X射線峰。如果同時測量兩個以上的不同能量的射線能譜，最后得到的射線的能譜為其疊加。第69頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu射線能譜第70頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/29C.L.Liu閃爍譜儀的射線能譜分析當射線的能量大于1.02MeV時，還應考慮電子對效應對能譜的貢獻。若正電子在閃爍體內湮滅，產(chǎn)生兩個能量為0.511MeV的湮滅輻射，其中一個0.511MeV的射線逃離閃爍體，另一個0.511MeV的射線全部損耗在閃爍體內，則對脈沖幅度的貢獻應在比全能峰小0.511MeV位置上，稱為單逃逸峰；若兩個0.