经典闪烁体探测器原理.docx
第4章_闪烁探测器 - 精简_463304359
⑤ 流经外回路
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——信号的形成
决定工作状态：电流、电压？
§9.1 闪烁探测器的基本原理
√
§9.2 闪烁体
§9.3 光的收集与光导 §9.4 光电倍增管 §9.5 闪烁探测器的输出信号 §9.6 闪烁探测器的主要性能
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§9.2 闪烁体 理想的闪烁体应该具有如下的特点：
①高探测效率 ②高发光效率 ③能量线性好 ④自吸收小 ⑤发光时间短 ⑥可加工性好 ⑦易于耦合（合适的折射率）
0
22/115
t 0
dt n(0) 0
0
e t 0
对大多数有机晶体和少数无机晶体
n (t ) nf
f
e
t f
s
ns
e
t s
与delayed fluorescence有关
对有机闪烁体 ns ( ) ns (e) n f ( ) n f (e) 对一些无机闪烁体 ns ( ) ns (e) n f ( ) n f (e)
Cnp Y ph h
(3)相对闪烁效率（相对发光效率）
几种闪烁体的相对闪烁效率 闪 烁 体
和 闪烁效率(%) 相对NaI(Tl) 相对蒽 100
130 43 100 20~80
NaI(Tl)
ZnS(Ag) 蒽 液体闪烁体
230
希望有较高的发光效率，且对不同能量保持常数。
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发光or不发光 vs E：闪烁体的能量响应
核辐射物理及探测学
第九章 闪烁探测器
(scintillation detectors)
why scintillation detectors?
和气体探测器一样，闪烁探测器也是现在用得最多、 最广泛的一种电离辐射探测器。
闪烁探测器工作原理
闪烁探测器工作原理
嘿，朋友们！今天咱来唠唠闪烁探测器的工作原理，这玩意儿可神奇着呢！
你可以把闪烁探测器想象成一个超级敏锐的“小眼睛”。
它呀，就专门负责捕捉那些我们肉眼看不到的微小信号。
这“小眼睛”里面有个关键的部分，叫做闪烁体。
这闪烁体就像是一个神奇的魔法盒子。
当有射线呀、粒子呀这些小家伙冲过来的时候，闪烁体就会被激发，然后“唰”地一下发出亮光。
这就好比是有人在黑暗中扔了个小石子，在那一瞬间发出了光亮。
那发出的亮光怎么办呢？别急呀，还有后面的步骤呢！这时候就轮到光电倍增管出马啦！它就像一个超级敏感的“小耳朵”，能听到闪烁体发出的那一点点细微的光亮声音。
光电倍增管会把这一点点光亮放大好多好多倍，就像是把一个小小的声音通过喇叭放大成巨大的声响一样。
然后呢，经过光电倍增管放大后的信号就会被传送到后面的电路系统里，经过一系列的处理和分析，我们就能知道那些射线或者粒子的信息啦！是不是很厉害呀！
你说这闪烁探测器是不是就像一个神奇的小侦探呀，能察觉到那些我们根本感觉不到的东西。
它在好多领域都大显身手呢！比如说在医学上，帮助医生们更清楚地看到我们身体内部的情况；在科研领域，帮助科学家们探索那些神秘的微观世界。
想想看，如果没有闪烁探测器，我们得错过多少有趣的发现呀！它就像是为我们打开了一扇通往未知世界的小窗户，让我们能看到那些以前从未见过的奇妙景象。
所以呀，闪烁探测器可真是个了不起的东西！它默默地工作着，为我们的生活和科学研究做出了巨大的贡献。
我们真得好好感谢这个神奇的“小眼睛”呀！大家说是不是呢！。
闪烁体探测器原理
闪烁体探测器原理
闪烁体探测器是一种用于探测和测量辐射粒子的仪器。
它基于闪烁体的原理，当被探测粒子进入闪烁体时，产生的能量会激发闪烁体中的原子和分子跃迁至高能级，然后快速回到基态，并释放出可见光。
该可见光被探测器内部的光电倍增管（photomultiplier tube，PMT）所转换和放大，最终转化为电
信号。
闪烁体的选择是非常关键的。
常见的闪烁体材料包括有机晶体（如NaI(Tl)）、无机晶体（如CsI(Tl)）和塑料闪烁体（如
BC-408）。
这些材料都具有较高的密度和原子数，能够有效
地捕获通过的粒子能量，并将其转化为可见光的形式。
在闪烁体探测器中，闪烁体材料通常被制成晶体或塑料条的形状。
当粒子进入闪烁体时，它与其中的原子或分子发生相互作用，产生电离和激发。
这些电离和激发会产生自由电子和离子，其中一部分被电场加速并引导到一个或多个光电倍增管中。
光电倍增管是检测器的关键组件之一。
它包含一个光学系统和一个电子增益系统。
光学系统将闪烁体产生的光转换为光电子，并经过多级倍增过程放大。
光电子在倍增过程中通过一系列的电子微通道，逐级增加电子数量，最终形成一个电子脉冲。
这个电子脉冲的数量和能量大小与入射粒子的能量有关，通过测量这些电子脉冲的数量和能量可以确定入射粒子的性质和能量。
闪烁体探测器的工作原理基于粒子与闪烁体的相互作用，将粒
子能量转换为可见光和电脉冲信号。
它在核物理、医学影像学、航空航天等领域有着广泛的应用。
闪烁探测器的工作原理
闪烁探测器的工作原理闪烁探测器是一种常用的辐射探测器，其工作原理基于闪烁效应。
闪烁效应是指当辐射粒子与探测材料相互作用时，引发探测材料中能量的吸收和发射，从而产生可见光的现象。
闪烁探测器的基本组成包括闪烁晶体、光电倍增管和信号处理电路。
首先，辐射粒子进入闪烁晶体时，会与晶体中的原子发生相互作用。
这些相互作用使得晶体中的电子从基态跃迁到激发态，并在很短的时间内返回基态。
在这个过程中，晶体吸收了辐射粒子的能量。
通过这种能量吸收，晶体中的原子被激发，形成了一个电子-空穴对。
接着，闪烁晶体中的电子-空穴对重新结合并释放出能量。
这部分能量以光子的形式发射出来。
光子的能量与辐射粒子入射时释放的能量成正比。
晶体中使用的材料通常是具有较高原子数和高密度的材料，如钠碘晶体、铯碘晶体等。
这些晶体在被激发后能够产生大量光子。
第三步，光子被闪烁晶体中的闪烁材料吸收，并使材料中的原子或分子从基态跃迁到激发态，由于激发态的电子处于不稳定状态，它们会以很短的时间内返回基态，并释放出与光子能量相等的光子。
这种光子的释放是有规律的，通常是快速且连续的。
然后，闪烁晶体中的光子进入到光电倍增管中。
光电倍增管是一种具有光电效应的真空管。
当光子进入光电倍增管后，会打击光电阴极上的电子，使其被弹出，形成电子云。
电子云受到倍增电场的作用，逐级倍增，最终形成一个带有大量电子的脉冲信号。
最后，这个电子信号经过信号处理电路进行放大、滤波、采集和计数等处理，得到最终的输出结果。
信号处理电路中通常会使用放大器、滤波器、模数转换器和多道分析器等设备。
通过这些设备的处理，闪烁探测器能够将辐射粒子的能量和入射强度转化为电信号输出。
总的来说，闪烁探测器的工作原理是通过辐射粒子与闪烁晶体相互作用，使得晶体中的电子-空穴对产生并释放出光子的能量。
光子进入光电倍增管中被放大形成电子信号，并经过信号处理电路处理得到最终结果。
闪烁探测器具有灵敏度高、能量分辨率好等优点，在核物理实验、医学影像学等领域得到了广泛的应用。
闪烁体探测器的基本介绍
闪烁体探测器的基本介绍秦1林2（中国石油大学华东，青岛，255680）摘要：闪烁体探测器是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的，也是目前应用最多、最广泛的电离辐射探测器之一。
关键词：闪烁体；辐射；电离激发早在1903年，威廉·克鲁克斯就发明了由硫化锌荧光材料制成的闪烁镜并用其观察镭衰变放出的辐射；卢瑟福在其著名的卢瑟福散射实验中也曾使用硫化锌荧光屏观测α粒子。
不过，由于传统荧光材料在使用上很不方便，闪烁探测器一直没有大的进展。
1947年Coltman和Marshall成功利用光电倍增管测量了辐射在闪烁体内产生的微弱荧光光子，这标志着现代闪烁体探测器的发端。
1.基本构成与原理闪烁体主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。
图1 闪烁体探测器基本构造入射辐射在闪烁体内损耗并沉积能量，引起闪烁体中原子（或离子、分子）的电离激发，之后受激粒子退激放出波长接近于可见光的闪烁光子。
闪烁光子通过光导射入光电倍增管的光阴极并打出光电子，光电子受打拿级之间强电场的作用加速运动并轰击下一打拿级，打出更多光电子，由此实现光电子的倍增，直到最终到达阳极并在输出回路中产生信号。
2.闪烁体的分类很多物质都可以在粒子入射后而受激发光，因此闪烁体的种类很多，可以是固体、液体或气体。
闪烁体材料大致可分为以下三类：（1）用于γ射线探测的CsI(Tl)晶体无机闪烁体：包括碱金属卤化物晶体（如NaI(Tl)、CsI(Tl)等，其中Tl是激活剂）、其他无机晶体（如CdWO4、BGO等）、玻璃体。
（2）有机闪烁体：有机晶体（如蒽、芪等）、有机液体、塑料闪烁体。
（3）气体闪烁体：如氩、氙等。
3 闪烁体的性质3.1发光效率高能够将入射带电粒子的动能尽可能多地转换为闪烁光子数。
3.2线性好入射带电粒子损耗的能量在很大范围内与产生闪烁光子数保持线性关系。
3.3发射光谱与吸收光谱不重叠闪烁体介质对自身发射光是透明的，不存在自吸收。
塑料闪烁体探测器工作原理
塑料闪烁体探测器工作原理1. 引言大家好，今天咱们来聊聊一个有趣的科技玩意儿——塑料闪烁体探测器。
这听起来可能像个高科技词汇，其实，它的原理并不复杂。
就像你和朋友一起玩捉迷藏，找到他的时候心里那个小激动，塑料闪烁体探测器也是在“找东西”，而且它找的是微小的粒子，像宇宙中的那些小秘密。
接下来，就让我们揭开这个神秘的面纱吧！2. 什么是塑料闪烁体探测器？2.1 塑料闪烁体的基本概念说到塑料闪烁体，简单来说，它就是一种能发光的塑料材料。
当高能粒子通过它时，就像你在黑暗中一不小心摔了一跤，瞬间产生了“闪光”效果。
这里的“高能粒子”可以是宇宙射线，也可以是其他放射性物质。
它们在塑料中快速移动，就像你在游乐场的过山车上，嗖的一下，刺激又兴奋。
2.2 工作原理那么，这个探测器到底是怎么工作的呢？其实很简单。
首先，当高能粒子撞击塑料闪烁体的时候，塑料中的分子就会激发起来，开始发光。
接着，这些光信号会被探测器内部的光电二极管捕捉到。
可以想象成，咱们的塑料就像是一个舞台，粒子就是台上的演员，而光电二极管就是在台下聚精会神观看表演的观众。
哇，真是个热闹的场面！3. 应用领域3.1 科学研究那么，塑料闪烁体探测器在哪些地方可以派上用场呢？首先，它在科学研究中可是大显身手。
科学家们利用它来探测宇宙中的粒子，寻找暗物质和其他神秘的现象。
就像侦探在解谜一样，他们通过这些微小的光信号，逐步拼凑出宇宙的故事。
这种探测器不仅轻便，还能适应各种环境，真是科研工作者的好帮手。
3.2 医疗领域再说说医疗领域，塑料闪烁体探测器同样有它的一席之地。
它们被用在某些医学成像设备中，比如正电子发射计算机断层扫描（PET）。
听起来复杂，其实就像是在给身体做一次“大扫除”，帮助医生更好地了解身体内部的状况。
这可真是救命稻草，能够提前发现许多问题，让医生和患者都能松一口气。
4. 总结好啦，朋友们，今天咱们简单聊了聊塑料闪烁体探测器的工作原理。
它从科学研究到医疗领域，真是无所不能，简直就像个全能选手。
闪烁体探测器工作原理
闪烁体探测器工作原理闪烁体探测器是一种常用的辐射测量设备，它可以用于测量各种类型的辐射，如电离辐射、电磁辐射和粒子辐射等。
闪烁体探测器的工作原理是基于闪烁效应，即当辐射粒子通过闪烁体时，闪烁体会发光，并且发光的强度与入射辐射的能量有关。
闪烁体探测器通常包括一个闪烁体和一个光电倍增管。
闪烁体是一种具有闪烁效应的物质，它可以将辐射能量转化为光能。
当辐射粒子通过闪烁体时，它们与闪烁体内的原子或分子发生相互作用，激发或离子化这些原子或分子。
这些激发态或离子态的原子或分子会发生能级跃迁，从而释放出光子。
这些光子经过闪烁体的内部反射，最终被光电倍增管吸收。
光电倍增管是一种电子倍增器，它可以将光能转化为电能。
当光子进入光电倍增管时，它们会击中光电阴极，使其发射出电子。
这些电子经过倍增过程，通过一系列的二次发射和电子倍增，最终形成一个电子脉冲信号。
这个电子脉冲信号可以被放大和记录，从而得到辐射的测量结果。
闪烁体探测器具有灵敏度高、能量分辨率好和时间分辨能力强等优点。
它可以测量非常微弱的辐射信号，并且可以判断辐射的类型和能量。
这使得闪烁体探测器在核能、医学、环境监测和材料分析等领域得到广泛应用。
闪烁体探测器的性能主要取决于使用的闪烁体材料。
常用的闪烁体材料有无机晶体、有机闪烁体和液体闪烁体等。
无机晶体闪烁体具有较高的闪烁效率和较好的能量分辨率，适用于高能量辐射的测量。
有机闪烁体具有较快的闪烁时间和较短的衰减时间，适用于时间分辨测量。
液体闪烁体具有较高的闪烁效率和较好的能量分辨率，适用于较低能量辐射的测量。
除了闪烁体材料的选择，闪烁体探测器的性能还受其他因素的影响。
例如，闪烁体的尺寸和形状会影响到光子的发射和收集效率。
闪烁体与光电倍增管之间的耦合效率也会影响到探测器的灵敏度和能量分辨率。
此外，闪烁体探测器的工作温度和工作电压的选择也会对其性能产生影响。
闪烁体探测器是一种基于闪烁效应的辐射测量设备，它可以将辐射能量转化为光能，并进一步转化为电能。
4闪烁探测器
电流脉冲没有时滞， 电流脉冲没有时滞， 初始电子从产生处漂 时滞 移到阳极附近所需要 电压脉冲要超出电子 的时间。 仪器的阈值， （时间分 仪器的阈值，由于上 的时间。由于入射位 辨本领） 升时间和阈值的涨落， 置的随机性， 辨本领） 升时间和阈值的涨落， 置的随机性，时滞也 是随机的， 量级。 电压脉冲的时滞也是 是随机的，为s 量级。 涨落不定的。 涨落不定的。 时间分辨本领也是此 量级。 量级。 探测效率 带电粒子100% 带电粒子 带电粒子100%，γ光子 ， 带电粒子 1%
闪烁体
有机闪烁体
{
有 晶 (蒽 萘 芪 ) 机 体 ， ， L
有机液体闪烁体 塑料闪烁体
闪烁体的物理特性
1. 发射光谱：
与光电倍增管的光谱响应配合
2. 发光效率：
闪烁体将吸收的射线能量转变为光能的比例。
1)光能产额：辐射在闪烁体中损失单位能量闪烁发射的光子数。
Yph =
n ph E
光子数/MeV
芪
可以用作nγ甑别。
4. 探测效率： 与入射粒子种类、闪烁体形状和大小；闪烁体 材料的N和Z等有关 5. 光学性能： 透明度高、无缺陷、光学均匀度好等等
易于加工、温度效应等
γ探测效率高， 发光效率高
γ探测效率最高，发 光效率低
最快
测量中子
闪烁体的选择原则
1. 根据所测射线种类、强度及能量来选择 种类、尺寸； 2. 与光电倍增管配合； 3. 阻止本领大，入射粒子能损越大越好； 4. 发光效率及光学性能； 5. 时间分辨或短寿命测量中，要求发光衰减 时间短； 6. 能谱测量，发光效率线性好。
返回
光电倍增管
作用：将闪烁体发出的光子转换为电子，并进行倍增。 一．基本原理和构造 二．种类 三．分压器 四．主要指标
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闪烁体探测器原理
闪烁体探测器（Scintillation Detector ）是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的，也是目前应用最多、最广泛的电离辐射探测器之一。
入射辐射射入闪烁体并在闪烁体中损耗能量，引起闪烁体原子的电离和激发，受激电子会激发出可见光； 光子经过光传输过程打在光电倍增管光阴级上发生光电效应产生光电子； 光电子的光电倍增管内倍增，最后电子经阳级进入信号处理电路，形成电脉冲信号，被电子学仪器记录下来。
1K PL qeME Q neME U C h C C
εν=
==， 1K PL q N n h E εν==式中，是入射粒子单位能量产生的光电子数。
（4）光阴极吸收光子发射光电子。
光电转换率为ε，从阴极到倍增系统中的第一打拿极的传输系数为q ，则光阴极发射并到达第一打拿极的光电子数为'N qR ε=。
（5）光电子在倍增管中倍增，最后到阳极形成电压脉冲。
设光电的倍增系数为M ，则在输出端得到MN 个电子，相应的脉冲电荷Q=Emn ，如果它们被全部输出到电容C 收集，则形成一个电压脉冲U 。
（6）这个脉冲通过成形后由射极跟随器或前置放大器输出，被电子学仪器分析记录。
闪烁体探测器的输出脉冲的幅度与入射粒子能量成正比，选择光产额（一定数量的入射粒子所能产生的光子数）大的晶体，提高光收集系数L （要求闪烁体的发射光谱和吸收光谱的重合部分尽量少，同时为减少在闪烁体和倍增管界面上光的损失，常在它们中间加光导或光耦合剂），提高光阴极的光电转换效率ε、电子传输系数q 和光电倍增管的放大倍数M ，都可以使脉冲幅度增大。
闪烁体基本特性
1．发光效率
表征闪烁体将吸收的粒子能量转化为光的本领。
常用光输出强度和能量转换效率来表示。
光输出强度S 定义：在一次闪烁过程中产生的光子数目R 和带点粒子在闪烁体内损失的能量之比。
()/'R S MeV E =
光子数 能量转换效率P 定义：在一次闪烁过程中产生的光子总能量和带电粒子损失的能量之比。
()00'
Rh P Sh E νν==
3．发射光谱
发射光谱：闪烁体发射的光子数虽波长的分布称为闪烁体的发射光谱； 不同的闪烁体和不同的入射粒子，其光谱特性不同。
使用闪烁体时了解它的发射光盘是十分必要的，据此选择与之匹配的光电倍增管，选择合适的光导材料；
4．发光时间和发光衰减时间τ:
1τ为增长时间常数，τ为衰减时间常数；
光子数随时间的变化方程：()()1//01t t N t N e e ττ--=-
5．光衰减长度:
光在闪烁体中传播时，由于吸收、散射而发生的衰减，距离按指数规律衰减。
设带电粒子打到闪烁体中某一点时产生的光子数为0N ，那么据此点为x 的闪烁体另一点的光子数为()N x ,则有如下关系
()/0x N x N e λ-=
6．温度效应
7．探测效率
8．辐照效应
溴化镧晶体介绍
溴化镧(3LaBr )晶体是2001年发现的一种新型闪烁晶体，属于六方晶系，空间群为P63/m , 密度为5.3g/cm^3，熔点为783℃。
探测器中使用的溴化镧晶体是以溴化镧为基质材料掺杂铈离子激活剂而成，与NaI 晶体（Tl ）一样同属无机闪烁晶体,但相比 NaI 晶体相比具有更高的能量分辨率和光产额，且相比于高纯锗溴化镧更加廉价易得。
已有报道表明在掺铈的溴化镧晶体中晶体的光输出高达
60000photons /MeV, 能量分辨率达到3%，且衰减时间仅有20ns。
该晶体能提供良好的高光输出，能量分辨率以及快衰减常数的组合，这种特性对于实际应用来说正是我们所期望的。