闪烁探测器探测原理_闪烁探测器的结构组成

闪烁探测器探测原理

闪烁探测器由闪烁体，光电倍增管，电源和放大器，分析器，定标器系统组成，现代闪烁探测器往往配备有计算机系统来处理测量结果。

当射线通过闪烁体时，闪烁体被射线电离、激发，并发出一定波长的光，这些光子射到光电倍增管的光阴极上发生光电效应而释放出电子，电子流经电倍增管多级阴极线路逐级放大后或为电脉冲，输入电子线路部分，而后由定标器记录下来。光阴极产生的电子数量与照射到它上面的光子数量成正比例，即放射性同位素的量越多，在闪烁体上引起闪光次数就越多，从而仪器记录的脉冲次数就越多。

闪烁探测器测量的结果可用计数率，即射线每分钟的计数次数（cpm）表示，现代计数装置通常可以同时给出衰变率，即射线每分钟的衰变次数（dpm）、计数效率（E）、测量误差等数据。

闪烁探测器的结构组成

1、闪烁体

闪烁探测器的闪烁体是能吸收高能粒子或射线发出可见光子的材料。无机闪烁体（如Nal（Tl），ZnS（Ag））几乎是100%透明的，有机闪烁体（如蒽，塑料闪烁体，液体闪烁体）一般来说透明性较差。

闪烁体在受到高能粒子激发后发射的光谱应在可见光区，在实际应用上接受光子主要有两种方式：一种是光电倍增管，另一种是光电二极管。光电倍增管的光谱响应灵敏度在430~470nm，光电二极管的光谱响应灵敏度在500~530nm，闪烁体的发射光谱应尽可能与之相匹配，才能获得高的灵敏度和高效率。

NaI（Tl）晶体自1948年问世以来至今仍闪烁探测器是探测X射线、γ射线和α射线最重要的闪烁体，其特点为：①密度大（3.67g/cm3），平均原子序数53，对γ射线和X射线有较大的阻止本领;②能量转换效率高，是已知无机闪烁体中发光强度最高的材料，其分辨率在10%以下，分辨率强;③发射峰值波长为415nm，晶体在发光范围是透明的。与光电倍增管的匹配较好，对γ射线能量大于150KeV时，效应是线性的：④发光衰减时间短。

CsI（Tl）晶体除发光效率低于NaI（Tl）以外，其它性能均优于NaI（Tl）。CsI（Tl）的发射波长为565nm，与半导体光电二极管匹配很好，在安检领域采用较多，但余辉较长，快速检查如车载货物检查，图像模糊分辨不清。

2、光电倍增管

光电倍增管是闪烁探测器的最重要部件之一。其组成成份是光阴极和倍增电极，光阴极的作用是将闪烁体的光信号转换成电信号，倍增电极则充当一个放大倍数大于106的放大器，光阴极上产生的电子经加速作用飞到倍增电极上，每个倍增电极上均发生电子的倍增现象，倍增极的培增系数与所加电压成正比例，所以光电倍增管的供电电源必须非常稳定，保证倍增系数的变化最小，在没有入射的射线时，光电倍增管自身由于热发射而产生的电子倍增称为暗电流。用光电倍增管探测低能核辐射时，必须减小暗电流。保持测量空间环境内较低的室温，是减小光电倍增管暗电流的有效方法。

此外，光电二极管也是闪烁探测器常用的器件。PIN光敏二极管又称快速光电二极管，在原理上和普通光电二极管一样，所不同的是它的结构是在P型半导体和N型半导体间夹着一层较厚的高阻n型硅片做i层，它具有响应速度快、灵敏度高、长波响应率大的特点。CsI（Tl）晶体的荧光光谱和光敏二极管的吸收光谱比较匹配，而且光产额较高，这样闪烁晶体和光探测器的组合比较有利于实现对γ射线能谱的测量。实验中使用的CsI（Tl）晶体为10×10×10mm的正方体，PIN光敏二极管是10×10mm，CsI晶体用Teflon膜包裹，提高光的收集效率，闪烁晶体和光敏二极管之间用硅油耦合。

光电倍增管探测器要求的实验条件比较苛刻，相比之下光敏二极管探测器的体积较小，而且不要求高压，所以可用作小型的γ射线探测器，在γ射线探测方面有很广泛的应用前景。

3、电子分析系统

闪烁探测器测量系统，一般的电子学测量系统包括模拟信号获取或处理，模数变换以及数据量的获取和处理等三部分。射线经闪烁晶体后转变成光信号，经光电倍增管（或PIN光电二极管）转变成电信号，输出的信号经过放大、滤波成形或其它处理后，变换成数字量才能用数字系统进行统计、分析和数据处理。现在广泛使用的计算机多道分析器有很多的数据获取和处理功能，数据经过分析处理，给出最后的实验结果。