闪烁探测器
09第九章闪烁体探测器
τ为发光衰减时间，即发光强度降为1/e所需时间。
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3、闪烁发光时间
对大多数有机晶体和少数无机晶体，发光衰减有快、
慢两种成分
n(t) = n f e−t τ f + ns e−t τ s
τf
τs
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有机闪烁体的发光衰减曲线
几种闪烁体的发光衰减时间
闪烁体 BaF2 CsI(Tl) 芪 蒽
液体闪烁体 塑料闪烁体
NaI(Tl)
τf (ns)
0.6 10 6.2 33 2.4 1.3
τs (µs)
0.62 1.0 0.37 0.37 0.20
0.23
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使用闪烁体时还应考虑：
（1）探测效率，与闪烁体的几何形状及大小有关；与组成闪 烁体的物质的密度以及平均原子序数有关 （2）要求闪烁体透明度高，尽可能无缺陷，光均匀度好
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发射光谱与闪烁体、激活剂、移波剂、温度有关。
2、发光效率
发光效率（闪烁体将所吸收到的射线能量转化为光 的比例）
（1）.光能产额：（核辐射在闪烁体中损失单位能量闪烁发
射的光子数）
Y ph
=
n ph E
光子数 MeV
nph为产生的闪烁光子总数。
以NaI(Tl)为例：对1MeV的β粒子，发射光子平均能量 hν = 3eV
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四．常用闪烁体
2、BGO晶体 (Bi4Ge3O12 ，锗酸铋) 优点：
密度大，ρ =7.13g/cm3； Z高， 铋(Z=83)；
机械性能好；
化学稳定性好；
光学透明性好。
缺点：
发光效率低，为NaI(Tl)的8~14%。
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五．闪烁光的收集
反射层、耦合剂、光导。 1. 光学反射层：
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！。
闪烁体探测器的工作原理
闪烁体探测器的工作原理
闪烁体探测器的工作原理如下：
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测量辐射的仪器，其原理是利用闪烁体材料对射线或粒子的敏感性来测量其能量和强度。
闪烁体探测器在核物理、医学影像学、核能工业等领域都有广泛的应用。
闪烁体探测器的原理主要包括闪烁体材料、光电倍增管和信号处理系统。
闪烁体材料是闪烁体探测器的核心部分，它能够将入射的辐射转化为可见光。
常见的闪烁体材料包括NaI(Tl)、CsI(Tl)等。
当射线或粒子入射到闪烁体材料中时，会激发其原子或分子的电子跃迁，产生光子。
这些光子被光电倍增管吸收后，会产生电子级联增强效应，最终转化为电荷脉冲信号。
光电倍增管是将闪烁体产生的光子转化为电荷信号的装置。
当光子进入光电倍增管时，会引发光电效应，产生电子。
这些电子会在光电倍增管中经过级联增强，最终转化为可测量的电荷脉冲信号。
光电倍增管具有高增益、低噪声和快速响应的特点，能够有效地将闪烁体产生的光信号转化为电荷信号。
信号处理系统是闪烁体探测器中用于处理和分析电荷脉冲信号的部分。
信号处理系统通常包括放大器、脉冲幅度分析器、多道分析器等。
放大器用于放大电荷脉冲信号，使其能够被后续的电子学设备处理。
脉冲幅度分析器用于测量电荷脉冲信号的幅度，从而确定辐射的能量。
多道分析器用于对不同能量的辐射进行分辨和测量。
除了闪烁体材料、光电倍增管和信号处理系统，闪烁体探测器的工作原理还涉及能量刻度、本底校正、探测效率等方面。
能量刻度是指通过标准放射源对闪烁体探测器进行能量校准，建立能量和幅度之间的对应关系。
本底校正是指对探测器本底辐射进行测量和修正，以保证测量结果的准确性。
探测效率是指探测器对入射辐射的探测能力，是衡量探测器性能优劣的重要指标。
总之，闪烁体探测器是一种利用闪烁体材料对辐射进行测量的仪器，其原理包括闪烁体材料、光电倍增管和信号处理系统。
通过对闪烁体产生的光信号进行放大、分析和处理，可以实现对入射辐射的能量和强度的测量。
闪烁体探测器在核物理、医学影像学、核能工业等领域有着重要的应用，对于研究和应用辐射具有重要的意义。
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。
【清华大学工物系课件】电离辐射探测_工程硕士课程(5)_1闪烁探测器
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)
不同类型辐射激发时stilbene 晶体的发光衰减曲线
e
导带 激带 禁带
纯离子晶体：
退激发出的光子容易被 晶体自吸收，传输出的 光子少； 禁带宽度大，退激发光 在紫外范围，光阴极不 响应。
h
12/112
价带
在晶体中掺杂，叫做 激活剂(activator)，含 量103量级。
杂质形成特殊晶格点， 并在禁带中形成局部 能级。
原子受激产生的电子-空穴迁移到杂质能量的激发态和基态上， 使杂质原子处于激发态。形成发光中心或复合中心 (luminescence centers or recombination centers)
④ 光电子的倍增
——信号的放大
电子运动在PTM的打拿极间运动并倍增（107~1010）。
⑤ 流经外回路
6/112
——信号的形成
决定工作状态：电流、电压？
§5.1 闪烁探测器的基本原理
√
§5.2 闪烁体
§5.3 光的收集与光导 §5.4 光电倍增管 §5.5 闪烁探测器的输出信号 §5.6 闪烁探测器的主要性能
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5/112
闪烁探测器的工作过程
① 射线沉积能量 ——决定探测效率
γ射线的三种效应，中子的核反应，或者带电粒子直接入射
② 电离产生荧光
——影响能量分辨率
快电子（重离子）使闪烁体原子电离或激发，受激原子退激 而发出波长在可见光波段的荧光。
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常用于粒子物理实验和核物理实验中的探测器，它可以用来探测高能粒子的能量和种类。
闪烁体探测器的原理是利用闪烁体材料对入射粒子产生的闪烁光进行探测和测量，通过测量闪烁光的强度和时间分布来获取粒子的信息。
闪烁体探测器通常由闪烁体材料、光电倍增管和信号处理系统组成。
闪烁体材料是闪烁体探测器的核心部分，它能够将入射粒子的能量转化为可测量的光信号。
常用的闪烁体材料包括塑料闪烁体、无机晶体闪烁体等。
当高能粒子穿过闪烁体材料时，会与闪烁体原子发生相互作用，使得原子激发态跃迁到基态的过程中释放出光子，形成闪烁光。
光电倍增管是用来接收和放大闪烁体产生的光信号的装置，它能够将微弱的光信号转化为可观测的电荷脉冲信号。
当闪烁光进入光电倍增管时，会引起光电效应，使得光电倍增管产生电子，并经过倍增过程放大电子数目，最终输出一个与入射粒子能量成正比的电荷脉冲信号。
信号处理系统是用来接收、处理和分析光电倍增管输出的电荷脉冲信号的装置，它能够将电荷脉冲信号转化为能够被计算机或其他数据采集设备读取和分析的数字信号。
信号处理系统通常包括放大器、快门、多道分析器等部分，通过这些部分对电荷脉冲信号进行放大、选择、测量等处理，最终得到入射粒子的能谱和能量信息。
闪烁体探测器的工作原理可以用一个简单的模型来描述，当高能粒子穿过闪烁体材料时，会与闪烁体原子发生相互作用，使得原子激发态跃迁到基态的过程中释放出光子，形成闪烁光。
闪烁光被光电倍增管接收并放大，最终转化为电荷脉冲信号。
信号处理系统对电荷脉冲信号进行处理，得到入射粒子的能谱和能量信息。
总的来说，闪烁体探测器利用闪烁体材料对入射粒子产生的闪烁光进行探测和测量，通过测量闪烁光的强度和时间分布来获取粒子的信息。
它在粒子物理实验和核物理实验中起着重要的作用，是一种常用的粒子探测器。
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• 热释光探测器 特性:能长时间地贮存电离辐射能,在受 热升温时,能放出光辐射,这种特性称为辐 射热释光。 • 分加热部分、光电转换部分和显示部分。
•
谢
谢！
第二节 闪烁探测器 scintillator
• 闪烁探测器是目前核医学中最常用的探测器， 主要有γ闪烁探测器和液体闪烁探测器。 • 它与气体探测器相比,有分辨时间短、探测 效率高等优点,是目前使用最广的核辐射探 测器。
一、烁探测器的组成和工作原理
• 闪烁探测器主要有闪烁体、光电倍增管以及电子仪器三部分组成。 • 将闪烁体、光电倍增管以及前置放大器一起装在一个避光暗合中，称为探头。
• 三、光电倍增管 • 是一种光电转换器件,它的作用是将 闪烁体发射的微弱光信号转变成为放 大的电信号。
• 1、光电倍增管的主要特性 • 1）光阴极受到光照辐射后发射光子的概率与入射光波长的关系称为光谱响应。 • 暗电流：光电倍增管在一定的工作电压下，无光照和辐射时所产生的阳极电流称 为暗电流。 • 2）光电倍增管的保存 • 避光保存，工作时严禁打开暗盒，注意轻拿轻放。
• • • •
二、半导体探测器的结构和简单原理 P—N节 N接正 P节负 耗尽层增厚 带电粒子进入结区，由于电离作用而产生电子—空穴对，在外电场作用下，电子和空穴 分别向两极漂移，于是在输出回路产生脉冲信号，Li漂移探测器，用锗采用锂漂移工艺 制作的探测器称为锂漂移锗探测器。
• 第四节
其他类型的探测器
第三节 半导体探测器 （ Semiconductor detector）
• 一、半导体探测器的性能 • 半导体探测器是使用半导体材料制成的电离探测器。它的工作原理和气体电离室类似， 只是工作介质是固体而不是气体，所以有固体电离室之称。 • 半导体探测器具有能量分辨率高，线性范围宽，脉冲上升时间快等优点，因此，在能 谱测量中得到广泛的应用。 • 它的主要缺点是抗辐射性能差，输出脉冲幅度小，性能随温度变化大。
பைடு நூலகம்
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二、闪烁体 是指在射线作用下能发射荧光的物质。分无机闪烁体和有机闪烁体两部分。 1、闪烁体应具备特性 发光光谱与光电倍增管光阴极的光谱响应能更好地匹配。 发光效率指闪烁体吸收的射线能量转化为光能的百分数。 一定的发光时间、高的阻止本领、好的光学均匀性和透明度以及耐辐照等。
• 2、几种常用的闪烁体 • NaI（Tl）缺点易于潮解，久置空气中发黄变质。 • CsI对γ射线探测效率比NaI（Tl）高，不易潮解，缺点 是能量分辨率比NaI（Tl）差，价格贵。 • ZnS（Ag）对重带电粒子的探测效率几乎达到100%，对 β、γ射线不灵敏。 • 塑料闪烁体：乙烯溶液加对联三苯和（POPOP）透明度 好、性能稳定、耐辐射性强和能量分辨率差，不能在高 温下使用。 • 液体闪烁体：溶剂的作用是吸收辐射能量和溶解样品； 溶质接受溶剂能量，并且产生荧光。
• 工作原理：当射线进入闪烁体后，使闪烁体的原子、分子电离和激发，受激的原子 或分子退激时发出大量光子被收集到光电倍增管的光阴极上，通过光电作用产生光 电子，光电子受极间电场的加速，射向第一打拿极，在打拿极上产生更多的次级电 子，这些电子在以后的打拿极上产生相同的过程，倍增后的电子收集到阳极上形成 电流脉冲或电压脉冲，然后送入电子仪器放大、记录和分析，这就是闪烁探测器记 录粒子的简单过程。