核电子学与核仪器课件2
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核仪器-核探测仪器的基本原理
对，产生的电子和空穴对的数量和入射光子的能 量成正比。 ❖ 带负电的电子和带正点的空穴分别向正负电极移 动，形成的电脉冲，其强度与入射光子的能量成 正比。 ❖用于心脏专用型SPECT 乳腺SPECT 小动物PET等。
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感光材料探测器
探测原理： 射线可使感光材料感光。根据感光材料产生黑影 的灰度及位置判断射线的量及部位。主要用于实 验核医学的放射自显影。
放射性核素扫描仪
Scanner
逐行扫描、探测、 打印记录放射性 信号
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甲状腺扫描
部分脏器的扫描 图象
肝扫描
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肺扫描
脑扫描
第二节 γ照相机
1957年，由Hal Anger研制成功，因此，也称为Anger型γ照相机(γ- Camera)
核医学显像仪器与X线显像仪器的区别
电离探测器
❖原理：在密闭的装满空气的圆柱形管中， 射线使空气分子产生电离。在电场作用下， 正离子向阴极，电子向阳极。收集所形成 的电脉冲的次数和电量强弱信号，就可以 反映射线的活度和能量。
❖分类 电离室
正比计数器
盖革计数器
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半导体探测器
探测原理： ❖ 射线与CZT晶体作用时，晶体内部产生电子和空穴
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核探测仪器的基本结构
❖ 辐射探测器（radiation detector ）
利用射线和物质相互作用产生的各种效应将 射线的辐射能转变为电子线路部分能处理的电信 号。
❖ 电子学单元
根据不同的测量要求和探测器的特点而设计 的分析和记录电信号的电子测量仪器。
❖ 数据处理系统
按不同的检测目的和需要而配备的计算机数 据处理系统、自动控制系统、显示系统和储存系 统等。
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感光材料探测器
探测原理： 射线可使感光材料感光。根据感光材料产生黑影 的灰度及位置判断射线的量及部位。主要用于实 验核医学的放射自显影。
放射性核素扫描仪
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逐行扫描、探测、 打印记录放射性 信号
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甲状腺扫描
部分脏器的扫描 图象
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肺扫描
脑扫描
第二节 γ照相机
1957年，由Hal Anger研制成功，因此，也称为Anger型γ照相机(γ- Camera)
核医学显像仪器与X线显像仪器的区别
电离探测器
❖原理：在密闭的装满空气的圆柱形管中， 射线使空气分子产生电离。在电场作用下， 正离子向阴极，电子向阳极。收集所形成 的电脉冲的次数和电量强弱信号，就可以 反映射线的活度和能量。
❖分类 电离室
正比计数器
盖革计数器
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半导体探测器
探测原理： ❖ 射线与CZT晶体作用时，晶体内部产生电子和空穴
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核探测仪器的基本结构
❖ 辐射探测器（radiation detector ）
利用射线和物质相互作用产生的各种效应将 射线的辐射能转变为电子线路部分能处理的电信 号。
❖ 电子学单元
根据不同的测量要求和探测器的特点而设计 的分析和记录电信号的电子测量仪器。
❖ 数据处理系统
按不同的检测目的和需要而配备的计算机数 据处理系统、自动控制系统、显示系统和储存系 统等。
核仪器概论教学课件堆芯中子测量
中子测量是通过各种手段和方 法，对反应堆中的中子数量、 中子能谱和中子通量等进行监 测和测量的技术。
中子测量在核反应堆的启动、 运行、停堆和事故处理等过程 中发挥着至关重要的作用。
中子测量原理
中子测量的基本原理是利用中子与物质 的相互作用，通过测量中子与物质相互 作用后产生的次级粒子的数量、能谱和 角分布等参数，推算出原始中子的数量
器。
中子测量仪表
中子计数器
将中子探测器输出的电信号进行 处理和计数，以测量中子强度。 常见的有脉冲计数器和累积计数
器。
中子剂量计
用于测量中子剂量或剂量率，通常 由中子探测器和电子线路组成。
中子能谱仪
用于测量中子能谱，通常由多个不 同类型的中子探测器和电子线路组 成。
中子测量系统
中子监测系统
用于监测反应堆堆芯中子 注量率分布，通常由多个 中子探测器和数据采集系 统组成。
在核反应堆的运行监控、燃料管理、 安全控制等方面具有重要作用。
中子探测器种类
包括正比计数器、半导体探测器、液 态闪烁计数器等，每种探测器都有其 特定的应用场景和优缺点。
中子能谱测量技术
中子能谱测量原理
通过测量中子与探测器的相互作用，结合中子的能量信息，推断 出中子的能谱分布。
中子能谱测量的设备
包括谱仪、滤波器、准直器等，这些设备对测量结果的精度和准确 性有重要影响。
01
02
03
早期发展
20世纪初，核仪器开始出 现，主要用于放射性研究 和医学领域。
冷战时期
在冷战期间，核仪器得到 了快速发展，广泛应用于 军事、能源和科研领域。
现代发展
随着科技的不断进步，核 仪器逐渐向小型化、智能 化和多功能化方向发展。
核物理基础与核医学仪器课件：04-核医学射线测量仪器
条件：
输入的脉冲幅度大于预定的电压（阈值）
作用：
鉴别粒子能量是否大于阈值
5、 脉冲幅度分析器 构成：
两个电压幅度比较器
输入：
各种幅度的脉冲信号
输出：
恒定幅度的脉冲信号
条件：
输入脉冲幅度在下阈值和上阈值之间
作用：
分析粒子能量是否在能量窗内
上阈
电压
下阈
A
B
C
输入信号
输出信号 下阈 计 数 率
上阈
电压或能量
探测器
铅
铅
活度相对比较
准直器+固体闪烁探测 半影区 器+脉冲幅度分析器...衰减的影响
射线散射的影响
计数率特性
• 体内测量例1：甲状腺摄131I功能试验
• 患者空腹口服131I溶液2~10μCi，服后继续禁食1小时；于口服131I溶 液后4、6、24小时用γ射线探测仪测定甲状腺部位放射性计数。同 时需取与病人等量的131I配制标准源，并测定室内放射性本底计数。 按以下公式计算摄131I率，描绘吸碘功能曲线
液体闪烁计数器 医用核素活度计 比较
样品
晶体 光电倍增管 井型闪烁探测器
• 体外样品测量（2）
• 活度相对比较，如RIA • 井型闪烁探测器+脉冲幅
度分析器+...（ +自动换 样机构）
• 探测效率高
• 晶体、核素
• 注意事项
• 样品体积和位置 • 样品活度（？）
3、体内测量（in vivo）
• 基本要求 – 探测效率高 – 稳定性好 – 易于操作
• 可变因素 – 光电倍增管的供电高压 – 放大器的放大倍数 – 脉冲幅度鉴别器的阈值 – 脉冲幅度分析器的阈值和道宽
输入的脉冲幅度大于预定的电压（阈值）
作用：
鉴别粒子能量是否大于阈值
5、 脉冲幅度分析器 构成：
两个电压幅度比较器
输入：
各种幅度的脉冲信号
输出：
恒定幅度的脉冲信号
条件：
输入脉冲幅度在下阈值和上阈值之间
作用：
分析粒子能量是否在能量窗内
上阈
电压
下阈
A
B
C
输入信号
输出信号 下阈 计 数 率
上阈
电压或能量
探测器
铅
铅
活度相对比较
准直器+固体闪烁探测 半影区 器+脉冲幅度分析器...衰减的影响
射线散射的影响
计数率特性
• 体内测量例1：甲状腺摄131I功能试验
• 患者空腹口服131I溶液2~10μCi，服后继续禁食1小时；于口服131I溶 液后4、6、24小时用γ射线探测仪测定甲状腺部位放射性计数。同 时需取与病人等量的131I配制标准源，并测定室内放射性本底计数。 按以下公式计算摄131I率，描绘吸碘功能曲线
液体闪烁计数器 医用核素活度计 比较
样品
晶体 光电倍增管 井型闪烁探测器
• 体外样品测量（2）
• 活度相对比较，如RIA • 井型闪烁探测器+脉冲幅
度分析器+...（ +自动换 样机构）
• 探测效率高
• 晶体、核素
• 注意事项
• 样品体积和位置 • 样品活度（？）
3、体内测量（in vivo）
• 基本要求 – 探测效率高 – 稳定性好 – 易于操作
• 可变因素 – 光电倍增管的供电高压 – 放大器的放大倍数 – 脉冲幅度鉴别器的阈值 – 脉冲幅度分析器的阈值和道宽
仪器分析 第十三章 核磁共振波谱分析PPT课件
原子实际上受到的磁场强度B
B= B0-B’=B0-σB0=B0(1-σ)
σ为屏蔽常数， σB0为感应产生的次级磁场强度。
B为氢核真正受到的有效外磁场强度。 核外电子云产生感应磁场，抵消一部分
磁场，产生共振向高磁场方向移动。
2μB
B
h
2
2μB（ 0 1σ）
h
hν B0 2μ(1σ)
B（0 1σ） 2
实际上各种化合物中的氢核的化学环境或结 合情况不同，所产生的共振吸收峰频率不同。
任何原子核都被电子云所包围，当1H核自旋时 ，核周围的电子云也随之转动，在外磁场作用下，会 感应产生一个与外加磁场方向相反的次级磁场，实际 上会使外磁场减弱，这种对抗外磁场的作用称为屏蔽 效应.
1H核由于在化合物中所 处的化学环境不同，核外电 子云的密度也不同，受到的 屏蔽作用的大小亦不同，所 以在同一磁场强度B0 下， 化学环境不同 1H核的共振 吸收峰频率不同。
(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁矩产 生，是核磁共振研究的主要对象，H、C也是有机化合物的主 要组成元素。
I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系
• 1H核在磁场 中，由低能级E1向高能级E2跃迁， 所需能量为
△E=E2－E1= B0 －(－B0) = 2 B0
四甲基硅烷 [(CH3)4Si] TMS
TMS
CH3OCH3
TMS
低场
高场 0
化学位移
TMS的优点
1）单峰：TMS分子中有12个氢核，所有质子等同 ，只有一个吸收峰。
2）TMS的屏蔽系数几乎比所有其他物质的都大(电 子云密度大)，处在高场位置，对大多数有机化合 物氢核吸收峰不产生干扰。规定TMS氢核的 =0， 则其他化合物H核的共振频率都在左侧。
核医学仪器与方法NMIM刘亚强
8 单光子发射断层成像 9正电子发射断层成像 10核医学仪器的新发展 11图像融合与多模式复合成像 12分子核医学成像设备
第一章 核医学及其技术基础
1.什麽是核医学
核医学（Nuclear Medicine，NM）采用 放射性同位素来进行疾病的诊断、治疗及研究。 它是核技术与医学相结合的产物。
与放射医学不同，核医学通常将开放型放射 性同位素，以放射性药物的形式引人体内。
4.核医学在现代医学中的地位
随着尖端技术向医学渗透，产生了影像医学这一 强有力的手段。在影像医学的四大分支中（X光、 超声、核医学、核磁共振），核医学占据着其他方 法不可替代的位置，它使人们能得到体内分子水平 的早期病变的图像。在发达国家里，γ相机、 SPECT已是医院的常规设备，PET也全面进入临床， 住院病人中1/3以上使用核医学诊断技术。
3.核医学的发展历程
初创（三十～四十年代） 1934年Frederic Joliot Curie和Irene
Curie第一次获得30P。第二年，Chiewetz和 Hevesy就观察了32P在小白鼠体内的分布与 排泄，开始了放射性示踪研究。1936年 Hamilton用24Na为示踪剂观察了Na在人体 中的吸收与排泄，成为临床应用的开端。 1942年Hertz和Hamilton开始用131I治疗甲 抗。
基础核医学为临床核医学提供理论依据 和技术支持。它以研究正常的和病态的 生命现象为主要内容，在免疫学、分子 生物学、遗传工程等新兴学科的发展中 发挥着重要的作用。
2.核医学的基本原理及特点
（1）同位素示踪原理
放射性核素及其标记物构成放射性药物。它们保持着 对应稳定核素或被标记药物的生物学特性，能够正常参 与机体的物质代谢。将放射性药物引入人体以后，它所 产生的γ射线能穿出机体，被置于体外的探测器测量到， 使医生能够观察药物分子在活体中被输运、摄取和排泄 的过程，获得病人的生理学和脏器功能方面的信息，揭 示细胞中的新陈代谢过程，洞悉生命现象的本质、疾病 的发病原因和药物的作用机制。
第一章 核医学及其技术基础
1.什麽是核医学
核医学（Nuclear Medicine，NM）采用 放射性同位素来进行疾病的诊断、治疗及研究。 它是核技术与医学相结合的产物。
与放射医学不同，核医学通常将开放型放射 性同位素，以放射性药物的形式引人体内。
4.核医学在现代医学中的地位
随着尖端技术向医学渗透，产生了影像医学这一 强有力的手段。在影像医学的四大分支中（X光、 超声、核医学、核磁共振），核医学占据着其他方 法不可替代的位置，它使人们能得到体内分子水平 的早期病变的图像。在发达国家里，γ相机、 SPECT已是医院的常规设备，PET也全面进入临床， 住院病人中1/3以上使用核医学诊断技术。
3.核医学的发展历程
初创（三十～四十年代） 1934年Frederic Joliot Curie和Irene
Curie第一次获得30P。第二年，Chiewetz和 Hevesy就观察了32P在小白鼠体内的分布与 排泄，开始了放射性示踪研究。1936年 Hamilton用24Na为示踪剂观察了Na在人体 中的吸收与排泄，成为临床应用的开端。 1942年Hertz和Hamilton开始用131I治疗甲 抗。
基础核医学为临床核医学提供理论依据 和技术支持。它以研究正常的和病态的 生命现象为主要内容，在免疫学、分子 生物学、遗传工程等新兴学科的发展中 发挥着重要的作用。
2.核医学的基本原理及特点
（1）同位素示踪原理
放射性核素及其标记物构成放射性药物。它们保持着 对应稳定核素或被标记药物的生物学特性，能够正常参 与机体的物质代谢。将放射性药物引入人体以后，它所 产生的γ射线能穿出机体，被置于体外的探测器测量到， 使医生能够观察药物分子在活体中被输运、摄取和排泄 的过程，获得病人的生理学和脏器功能方面的信息，揭 示细胞中的新陈代谢过程，洞悉生命现象的本质、疾病 的发病原因和药物的作用机制。
仪器分析第8章核磁共振PPT
12
8.2.1 原子核的磁性
原子核组成(质子数p与中子数n)与自旋量子数I 的经验规则：
•p与n同为偶数，I = 0。如 12C, 16O, 32S等。 •p + n =奇数，I =半整数(1/2, 3/2等)。 如 1H, 13C, 15N, 17O, 31P等。 p与n同为奇数，I =整数。如2H, 6Li等。
38
2、化学位移产生原因及其表示方法
原因：分子中的原子核处在核外电子氛围中，电
子在外加磁场的的作用下产生次级磁场，该原子
核受到了屏蔽：
B B 0B 0(1)B 0
B为核实际受到的磁场， -由电子云密度决定的 屏蔽常数，与化学结 构密切相关．
= [(1-) B0]/ 2
即：1H核所处的化学环境不同，不同， 也不同。
➢总之，无论从何种模型看，核在 磁场中都将发生分裂，可以吸收一 定频率的辐射而发生能级跃迁．
27
8.2.4 不同核的NMR
核 天然同位素
存在比(%)
1H
99.98
13C
1.1*
19F
100
31P
100
14N
99.63
15N
0.37*
17O
0.037*
*天然丰度越低，测定越困难。
B0 = 2.35T E(J) (MHz)
或 0
2
B0
25
此式与量子力学模型导出的式子完全相 同．0称为进动频率．在磁场中的进动核有 两个相反方向的取向，可通过吸收或发射能 量而发生翻转，见下右图．
26
8.2.3 经典力学-进动模型(precession)
终于明白了!
核磁共振的产生：当电 磁波发生器的发射频率 与进动核的进动频率完 全一致时，进动核会吸 收电磁波能量。即两者 共振时产生吸收。
8.2.1 原子核的磁性
原子核组成(质子数p与中子数n)与自旋量子数I 的经验规则：
•p与n同为偶数，I = 0。如 12C, 16O, 32S等。 •p + n =奇数，I =半整数(1/2, 3/2等)。 如 1H, 13C, 15N, 17O, 31P等。 p与n同为奇数，I =整数。如2H, 6Li等。
38
2、化学位移产生原因及其表示方法
原因：分子中的原子核处在核外电子氛围中，电
子在外加磁场的的作用下产生次级磁场，该原子
核受到了屏蔽：
B B 0B 0(1)B 0
B为核实际受到的磁场， -由电子云密度决定的 屏蔽常数，与化学结 构密切相关．
= [(1-) B0]/ 2
即：1H核所处的化学环境不同，不同， 也不同。
➢总之，无论从何种模型看，核在 磁场中都将发生分裂，可以吸收一 定频率的辐射而发生能级跃迁．
27
8.2.4 不同核的NMR
核 天然同位素
存在比(%)
1H
99.98
13C
1.1*
19F
100
31P
100
14N
99.63
15N
0.37*
17O
0.037*
*天然丰度越低，测定越困难。
B0 = 2.35T E(J) (MHz)
或 0
2
B0
25
此式与量子力学模型导出的式子完全相 同．0称为进动频率．在磁场中的进动核有 两个相反方向的取向，可通过吸收或发射能 量而发生翻转，见下右图．
26
8.2.3 经典力学-进动模型(precession)
终于明白了!
核磁共振的产生：当电 磁波发生器的发射频率 与进动核的进动频率完 全一致时，进动核会吸 收电磁波能量。即两者 共振时产生吸收。
核医学仪器设备PPT课件
首先病人需要摄入含有半衰期适当的放射性同位素药物在药物到达所需要成像的断层位置后由于放射性衰变将从断层处发照相机探头的每个灵敏点探测沿一条投影线ray进来的射线转化为能量较低但数量很大的光信号通过光电倍增管将光信号转化为电信号并进行放大得到的测量值代表人体在该投影线上的放射性之和
核医学仪器设备
1
第一节 核医学仪器分类及原理
8
三、断层图像的重建
SPECT常用的是 1、滤波反投影法
2、迭代法：核医学图像重建的首选方法。
9
四、仪器性能指标
1、γ相机性能指标：5点 2、SPECT断层性能指标：3点
10
11
主要临床应用
▪ 骨骼显像 ▪ 心脏灌注断层显像
▪ 甲状腺显像
▪ 局部脑血流断层显像 ▪ 肾动态显像及肾图检查 ▪ 阿尔茨海默症早期诊断
1、能峰测定：每日
2、每日均匀性：每日 3、旋转中心校正：定期
19
二PET/CT部分
1、本底检测 2、空白均匀性扫描
3、标准化设定
4、剂量与SUV值校正 5、PET图像与CT图像的配准校正
20
21
一、设备分类
1、活度计 2、放射防护仪器
3、显像设备
4、计数和功能测定仪器（非显像测定仪器） 5、体外分析仪器
2
二、射线探测的基本原理
1、射线探测的基本原理是以射线与物质相互作用为基础并根据使 用目的而设计，概括其原理主要有：
（1）、电离作用：通过探测器收集和计量射线电离时产生的大量+、 -离子，反映射线的性质和活度。收集电离电荷的探测器常由电离 室或者计数管组成。 （2）、荧光作用：闪烁体接受射线能量而进入激发态，当激发态 的原子退回至低能态时可发出荧光，探测器收集、计量，从而反映 射线的能量和数量。 （3）、感光作用：射线可使感光材料感光，通过感光强弱反映射 线的强度。
核医学仪器设备
1
第一节 核医学仪器分类及原理
8
三、断层图像的重建
SPECT常用的是 1、滤波反投影法
2、迭代法：核医学图像重建的首选方法。
9
四、仪器性能指标
1、γ相机性能指标：5点 2、SPECT断层性能指标：3点
10
11
主要临床应用
▪ 骨骼显像 ▪ 心脏灌注断层显像
▪ 甲状腺显像
▪ 局部脑血流断层显像 ▪ 肾动态显像及肾图检查 ▪ 阿尔茨海默症早期诊断
1、能峰测定：每日
2、每日均匀性：每日 3、旋转中心校正：定期
19
二PET/CT部分
1、本底检测 2、空白均匀性扫描
3、标准化设定
4、剂量与SUV值校正 5、PET图像与CT图像的配准校正
20
21
一、设备分类
1、活度计 2、放射防护仪器
3、显像设备
4、计数和功能测定仪器（非显像测定仪器） 5、体外分析仪器
2
二、射线探测的基本原理
1、射线探测的基本原理是以射线与物质相互作用为基础并根据使 用目的而设计，概括其原理主要有：
（1）、电离作用：通过探测器收集和计量射线电离时产生的大量+、 -离子，反映射线的性质和活度。收集电离电荷的探测器常由电离 室或者计数管组成。 （2）、荧光作用：闪烁体接受射线能量而进入激发态，当激发态 的原子退回至低能态时可发出荧光，探测器收集、计量，从而反映 射线的能量和数量。 （3）、感光作用：射线可使感光材料感光，通过感光强弱反映射 线的强度。
核电子学与核仪器
1．说明：核辐射探测器辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或其它易测量信号的转换器，即传感器或换能器。
是用来对核辐射和粒子的微观现象，进行观看和研究的传感器件﹑装置或材料。
2．核辐射探测的要紧内容有哪些？辐射探测的要紧内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确信射线的能量等。
应用要求不同，探测的内容可能不同，利用的辐射探测器也可能不同。
3．常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类？常见的辐射探测器，按工作原理可分成以下几类:①利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器，例如，电离室、半导体探测器等。
②利用射线通过物质产生荧光现象做成的探测器，例如，闪烁计数器。
③利用辐射损伤现象做成的探测器，例如，径迹探测器。
④利用射线与物质作用产生的其他现象，例如，热释光探测器。
⑤利用射线对某些物质的核反映、或彼此碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器，例如，中子计数管。
⑥利用其他原理做成的辐射探测器。
4．闪烁计数器由哪几个部份组成？答：闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。
5．核辐射探测器输出的脉冲，其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系？入射射线强时，单位时刻内产生的脉冲数就多一些；入射粒子能量大时，产生的光子就多，脉冲幅度就大一些，从这些情形即可测知射线的强度与能量。
6．对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求？①闪烁体应该有较大的阻止本领，如此才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量，使其更多地转换为光能，发出较亮的闪光。
为此，闪烁体的密度及原子序数大一些对测量γ射线是适合的。
②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。
③闪烁体对自己发出的光应该是透明的，如此，闪烁体射出的光子能够大部份(或全数)穿过闪烁体,抵达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。
④闪烁体的发光时刻应该尽可能短。
闪烁体的发光时刻越短，它的时刻分辨能力也就越强，在必然时刻距离内，能够观测的现象也就更多，能够幸免信号的重叠。
核辐射探测仪器基本原理及及指标课件
核辐射探测仪器在医疗领域主要用于 诊断和治疗肿瘤等疾病，如放射治疗 和核医学成像等。
这些仪器通过测量放射性药物的分布 和代谢，以及放射性粒子的释放，为 医生提供准确的诊断和治疗方案，提 高治疗效果。
核辐射探测仪器在安全检测领域的应用
核辐射探测仪器在安全检测领域主要用于检测放射性物质、爆炸物和毒品等违禁品，保障公共安全。
研究。
环境监测
用于检测核设施周围的 环境放射性水平，保障
公众健康和安全。
02
核辐射探测仪器基本原理
核辐射基本知识
核辐射定义
核辐射是指由原子核内部 释放出的射线，包括α射 线、β射线和γ射线等。
核辐射来源
核辐射主要来源于放射性 物质、核反应堆、核武器 等。
核辐射特性
核辐射具有穿透性强、能 量高、电离能力强等特点 。
按测量原理分类
可分为计数型和能量型两 类，计数型主要测量射线 的数量，能量型主要测量 射线的能量。
核辐射探测仪器应用领域
医学诊断和治疗
用于检测肿瘤、癌症和 其他疾病，以及放射治
疗中的剂量监测。
工业检测和控制
用于检测产品的放射性 污染、无损检测、工艺
控制等。
科研实验
用于物理、化学、生物 学和医学等领域的实验
核辐射探测仪器基本原理及指标课 件
目录
• 核辐射探测仪器概述 • 核辐射探测仪器基本原理 • 核辐射探测仪器性能指标 • 核辐射探测仪器发展现状与趋势 • 核辐射探测仪器实际应用案例
01
核辐射探测仪器概述
核辐射探测仪器定义
01
核辐射探测仪器是一种用于测量
核辐射的设备，能够检测和测量
放射性物质发出的各种射线，如α
05
这些仪器通过测量放射性药物的分布 和代谢，以及放射性粒子的释放，为 医生提供准确的诊断和治疗方案，提 高治疗效果。
核辐射探测仪器在安全检测领域的应用
核辐射探测仪器在安全检测领域主要用于检测放射性物质、爆炸物和毒品等违禁品，保障公共安全。
研究。
环境监测
用于检测核设施周围的 环境放射性水平，保障
公众健康和安全。
02
核辐射探测仪器基本原理
核辐射基本知识
核辐射定义
核辐射是指由原子核内部 释放出的射线，包括α射 线、β射线和γ射线等。
核辐射来源
核辐射主要来源于放射性 物质、核反应堆、核武器 等。
核辐射特性
核辐射具有穿透性强、能 量高、电离能力强等特点 。
按测量原理分类
可分为计数型和能量型两 类，计数型主要测量射线 的数量，能量型主要测量 射线的能量。
核辐射探测仪器应用领域
医学诊断和治疗
用于检测肿瘤、癌症和 其他疾病，以及放射治
疗中的剂量监测。
工业检测和控制
用于检测产品的放射性 污染、无损检测、工艺
控制等。
科研实验
用于物理、化学、生物 学和医学等领域的实验
核辐射探测仪器基本原理及指标课 件
目录
• 核辐射探测仪器概述 • 核辐射探测仪器基本原理 • 核辐射探测仪器性能指标 • 核辐射探测仪器发展现状与趋势 • 核辐射探测仪器实际应用案例
01
核辐射探测仪器概述
核辐射探测仪器定义
01
核辐射探测仪器是一种用于测量
核辐射的设备，能够检测和测量
放射性物质发出的各种射线，如α
05
核医学仪器
核医学仪器Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998第二章核医学仪器核医学仪器是指在医学中用于探测和记录放射性核素放出射线的种类、能量、活度、随时间变化的规律和空间分布等一大类仪器设备的统称，它是开展核医学工作的必备要素，也是核医学发展的重要标志。
根据使用目的不同，核医学常用仪器可分为脏器显像仪器、功能测定仪器、体外样本测量仪器以及辐射防护仪器等，其中以显像仪器最为复杂，发展最为迅速，在临床核医学中应用也最为广泛。
核医学显像仪器经历了从扫描机到γ照相机、单光子发射型计算机断层仪（single photon emission computed tomography，SPECT）、正电子发射型计算机断层仪（positron emission computed tomography，PET）、PET/CT、SPECT/CT 及PET/MR的发展历程。
1948年Hofstadter开发了用于γ闪烁测量的碘化钠晶体；1951年美国加州大学Cassen成功研制第一台闪烁扫描机，并获得了第一幅人的甲状腺扫描图，奠定了影像核医学的基础。
1957年Hal Anger研制出第一台γ照相机，实现了核医学显像检查的一次成像，也使得核医学静态显像进入动态显像成为可能，是核医学显像技术的一次飞跃性发展。
1975年M. M. Ter-Pogossian等成功研制出第一台PET，1976年John Keyes和Ronald Jaszezak分别成功研制第一台通用型SPECT和第一台头部专用型SPECT，实现了核素断层显像。
PET由于价格昂贵等原因，直到20世纪90年代才广泛应用于临床。
近十几年来，随着PET/CT的逐渐普及，实现了功能影像与解剖影像的同机融合，使正电子显像技术迅猛发展。
同时，SPECT/CT及PET/MR的临床应用，也极大地推动了核医学显像技术的进展。
第一节核射线探测仪器的基本原理一、核射线探测的基本原理核射线探测仪器主要由射线探测器和电子学线路组成。
第2讲-核辐射探测器的发展
3.3 部分探测器的新老更迭
核辐射探测器研制发展到中期阶段之后，形成了各种核 探测器横向竞争的局面。经过较量，其中部分已研制成功 的探测器最终被淘汰，而另一部分探测器逐步发展成公认 的支柱探测器。还有一部分核探测器被性能改进后的新型 探测器替代
4 完善阶段
4.1 探测器取舍-----舍弃的“成功”探测器 电解质晶体探测器、 结型半导体探测器、 硼玻璃闪烁体、 有机晶体闪烁体等 BaF2 、6LiI(Eu)闪烁体
3.2探测器性能指标的测定
所有核辐射探测器在研制成功之后，随即便开始 对其性能，诸如坪特性、壁效应、效率、寿命、幅 度分辨、时间与能量分辨、能量响应、温度效应及 耐辐照等的系统、全面的测量，并累积了大量实验 结果[1]。此处不可能一一列举。应当指出的是，这 其中不乏难度、容量很大、周期很长的复杂实验。
4.3光电倍增管------位臵灵敏、抗外磁场、耐高温
谢谢
2.1 几种早期探测器的问世
硫化锌闪烁屏是最早的闪烁体。人们发现α粒子（或质子）射到硫 化锌闪烁屏上，硫化锌晶粒会产生荧光，用放大镜或低倍显微镜， 甚至用已适应了黑暗的眼睛，可以观测到这一荧光。这样便可计数 单个粒子。在1903年，伊尔斯特和盖伊太尔就利用ZnS荧光屏观察 了由放射性引起的单个闪光。 用这种方法，观察者非常吃力，且粒子来得多了，就来不及计数。 后来发明了光电倍增管，代替人眼，并用电子学方法自动计数，逐 步完善成为现代的闪烁探测器。利用荧光物质的闪烁现象探测核辐 射是最早的核探测方法之一。
2.2 NaI（Tl）的成功
1948年3月，Robert Hofstadters进行了一个类似于居里夫人发现镭的实验。他在 黑暗中将蒽、萘、NaI（Tl）、KI（Tl）、NaCl（Tl）、KBr（Tl）及CaWO4等 样品依次排列在照相底片上，然后用黑纸把它们包起来，再把它们放入薄纸板箱 内。用镭源从纸箱上方半米处照射半小时。移走放射源，然后将照相底片冲出， 在原先放臵NaI（Tl）粉末的位臵下面，底片很黑。而其它样品下面，即便是KI （Tl）下面也几乎未受到影响。 之后，用NaI（Tl）在试管中制出多晶，外面又包上铝箔，留出光学窗与光电倍 增管相接。接上高压、放大器，第一次在示波器上得到了很大的脉冲。就这样， NaI（Tl）闪烁探测器便问世了。 有趣的是“Phys.Rev”发表文章报道这一激动 人心的成果时，编辑部将第一个NaI（Tl）闪烁计数器配臵图示的文字说明，与 另外一个图颠倒了。一个星期以后才又登文更正。NaI（Tl）闪烁体，核辐射探 测器的中流砥柱在问世时竟闹出了这样的笑话。 后来，用发现NaI（Tl）相同的设备，在意、美发现了液体闪烁体。晚些时候又 研制出Ge（Li）半导体探测器。
第三章 核医学常用仪器
（二）应用
各种脏器静态显像，快速连续动态显像，附有特殊装置， 各种脏器静态显像，快速连续动态显像，附有特殊装置，可进行全身显像
二、SPECT
单光子计算机发射断层显像仪 single photon emission computed tomography David Kuhl1959年用 David Kuhl1959 1959年用 双探头的扫描机进行 断层扫描， 断层扫描，并进一步 研制和完善断层显像 仪器，使得SPECT SPECT和 仪器，使得SPECT和 PET成为核医学显像的 PET成为核医学显像的 主要方法 （一）结构与原理 组成： 上增加了支架旋转的机械部分、断层床、 组成：在高性能γ 相机上增加了支架旋转的机械部分、断层床、
（二）应用
各种脏器动静态断层显像及全身显像 。 为核医学最广泛应用的显像仪器， 为核医学最广泛应用的显像仪器，三级甲等医院必 备仪器。 备仪器。
符合线路SPECT 符合线路
一、结构与原理
主要由可变角双或三探头SPECT系统、符合线路探测技术和 系统、 主要由可变角双或三探头 系统 衰减校正装置， 衰减校正装置，可以进行正电子显像
优势
最大限度提高高能灵敏度 提高中能灵敏度 最大限度减少低能探测的散射作用
肺部肿物 前位 1英寸切割晶体符合线路 英寸切割晶体符合线路SPECT 英寸切割晶体符合线路 18F-FDG 显像（冠状面） 显像（冠状面） 后位
1英寸切割晶体符合线路 英寸切割晶体符合线路SPECT 英寸切割晶体符合线路 99mTc-MDP全身骨显像 全身骨显像
图像融合 是指不同图像 是指不同图像(SPECT, PET, CT, MRI)之间的空 之间的空
间配准或结合。利用各种成像方式的特点， 间配准或结合。利用各种成像方式的特点，为不同的影像提供 互补信息，增加图像质量，以期对临床诊断和治疗的定位、 互补信息，增加图像质量，以期对临床诊断和治疗的定位、观 察提供有效的方法。 察提供有效的方法。
核医学常用仪器
为能量转换器，将探测到的射线能量转换成可以记录的电脉冲信号
Basic principle of scintillation detector
闪烁荧光 photoelectric effect 电子数倍增 电子流(电位降) 一个入射光子 产生一个闪烁事件 产生一个脉冲
二、应用
主要应用于血、尿等各类组织样品及体外分析标本的放射性测量
第三节 功能测定仪
功能测定仪由一个或多个探头、电子线路、计算机和记录 显示装置组成。其对射线的探测原理见上述 闪烁探测器。
（一）甲状腺功能测定仪
采用带张角型准直器的 闪烁探头和定标器组合的装置。
a：正常志愿者 b：甲亢 c：甲亢高峰前移 d：甲低
应用
甲状腺摄碘功能测定。
（二）肾图仪
肾图仪由带铅屏蔽壳和准直器的闪烁探头和计数率 仪的微机组成。 将检查时获得肾图曲线相应计数率和参数结果记录 并打印在报告纸上。
图像融合 是指不同图像(SPECT, PET, CT, MRI)之间的空
间配准或结合。利用各种成像方式的特点，为不同的影像提供 互补信息，增加图像质量，以期对临床诊断和治疗的定位、观 察提供有效的方法。
SPECT配置高能准直器
一种单光子探测方式。主要用于心肌锝[99mTc]-MIBI 心肌血流灌注和氟[18F]-FDG心肌代谢断层显像。
• • •
GE HawkEye
多探头接收 电子准直 符合窗时间
二、应用
SPECT功能和半衰期较长的正电子符合探测断层显像
符合线路SPECT AC方法
放射源技术（铯[137Cs]、钡[133Ba]） X-CT 技术 X-CT 技术可进行同机解剖结构与功能代谢图像融合， （fusion imaging）对病灶可做出精确定位诊断。
Basic principle of scintillation detector
闪烁荧光 photoelectric effect 电子数倍增 电子流(电位降) 一个入射光子 产生一个闪烁事件 产生一个脉冲
二、应用
主要应用于血、尿等各类组织样品及体外分析标本的放射性测量
第三节 功能测定仪
功能测定仪由一个或多个探头、电子线路、计算机和记录 显示装置组成。其对射线的探测原理见上述 闪烁探测器。
（一）甲状腺功能测定仪
采用带张角型准直器的 闪烁探头和定标器组合的装置。
a：正常志愿者 b：甲亢 c：甲亢高峰前移 d：甲低
应用
甲状腺摄碘功能测定。
（二）肾图仪
肾图仪由带铅屏蔽壳和准直器的闪烁探头和计数率 仪的微机组成。 将检查时获得肾图曲线相应计数率和参数结果记录 并打印在报告纸上。
图像融合 是指不同图像(SPECT, PET, CT, MRI)之间的空
间配准或结合。利用各种成像方式的特点，为不同的影像提供 互补信息，增加图像质量，以期对临床诊断和治疗的定位、观 察提供有效的方法。
SPECT配置高能准直器
一种单光子探测方式。主要用于心肌锝[99mTc]-MIBI 心肌血流灌注和氟[18F]-FDG心肌代谢断层显像。
• • •
GE HawkEye
多探头接收 电子准直 符合窗时间
二、应用
SPECT功能和半衰期较长的正电子符合探测断层显像
符合线路SPECT AC方法
放射源技术（铯[137Cs]、钡[133Ba]） X-CT 技术 X-CT 技术可进行同机解剖结构与功能代谢图像融合， （fusion imaging）对病灶可做出精确定位诊断。
核电子学与核仪器第17课符合-时间量-脉冲甄别
R2 5.6k
输入端1成形电路
＋12V
100ns
tW
tW
2.6k
R1
A
D1 R4
1k
D4
D3
D2 R3
5.6k
v3
v2
v3
单稳电路
0V
v4
D5
v5
B
1
C2
5.5－18 p
甄别器
－12V
－12V
1
调
I
4.2k
分
恒流源
辨
500ns
v6
率 时
200
T 6.8
间 2k
680
C3
v
符合输出
单稳电路 （输出成形）
内插时间-数字变换 计数式时间-数字变换的时间分辨不高，可以用内 插法解决这个问题。
由 于 Δt1 和 Δt2 都 小 于 一个时钟周期，直接 计数法不能测定它们。 而用内插法可以精细 测量时钟脉冲与起、 停脉冲之间小于时钟 周期的时差。
四、时间量变换方法
内插时间-数字变换 (1)时间扩展内插时数变换
恒比定时用于决定输入信号波形的起点，它的定时 信号作为时幅变换器的起始信号。过零定时决定输 入波形的峰顶时间，其信号作为时幅变换器的停止 信号。这种方法结构简单，精度比较高，所以能满 足一般波形甄别的要求，应用比较广泛。
四、时间量变换方法
4.4上升时间-幅度变换
恒比定时-恒比定时型上升时间幅度变换
差，能进入地址寄存器的
时钟脉冲数可能相差1 。
时钟
tx
m4 m5
计数式时数变换方法简单，测量范围原则上可以无穷大， 测量精度主要取决于时钟频率及其稳定性，道宽调节方便， 稳定性和积分线性都很好。不需要附加的变换时间，因而 死时间短，适合于高计数率下的时间测量。它的缺点是道 宽不能做的太小，时间分辨率不高。
输入端1成形电路
＋12V
100ns
tW
tW
2.6k
R1
A
D1 R4
1k
D4
D3
D2 R3
5.6k
v3
v2
v3
单稳电路
0V
v4
D5
v5
B
1
C2
5.5－18 p
甄别器
－12V
－12V
1
调
I
4.2k
分
恒流源
辨
500ns
v6
率 时
200
T 6.8
间 2k
680
C3
v
符合输出
单稳电路 （输出成形）
内插时间-数字变换 计数式时间-数字变换的时间分辨不高，可以用内 插法解决这个问题。
由 于 Δt1 和 Δt2 都 小 于 一个时钟周期，直接 计数法不能测定它们。 而用内插法可以精细 测量时钟脉冲与起、 停脉冲之间小于时钟 周期的时差。
四、时间量变换方法
内插时间-数字变换 (1)时间扩展内插时数变换
恒比定时用于决定输入信号波形的起点，它的定时 信号作为时幅变换器的起始信号。过零定时决定输 入波形的峰顶时间，其信号作为时幅变换器的停止 信号。这种方法结构简单，精度比较高，所以能满 足一般波形甄别的要求，应用比较广泛。
四、时间量变换方法
4.4上升时间-幅度变换
恒比定时-恒比定时型上升时间幅度变换
差，能进入地址寄存器的
时钟脉冲数可能相差1 。
时钟
tx
m4 m5
计数式时数变换方法简单，测量范围原则上可以无穷大， 测量精度主要取决于时钟频率及其稳定性，道宽调节方便， 稳定性和积分线性都很好。不需要附加的变换时间，因而 死时间短，适合于高计数率下的时间测量。它的缺点是道 宽不能做的太小，时间分辨率不高。
《高等核电子学》课件
04
核电子学应用领域
核能科学与工程
01 核能发电
核能科学与工程领域利用核裂变或核聚变反应产 生的能量进行发电，解决能源需求问题。
02 核燃料循环
核燃料循环涉及核燃料的提取、加工、再处理以 及废物处理等环节，旨在实现核燃料的可持续利 用。
03 核反应堆技术
核反应堆是实现可控核裂变反应的装置，涉及到 反应堆设计、运行与维护等方面的技术。
高等核电子学
目录
• 核电子学概述 • 核电子学基础知识 • 核电子学实验技术 • 核电子学应用领域 • 核电子学发展前景与挑战
01
核电子学概述
核电子学的定义与特点
核电子学是一门研究核辐射探测、测量和处理的科学，主要涉及核辐射与物质的相互作用、探 测器的设计制作以及信号处理等方面。
核电子学具有高灵敏度、高分辨率和高可靠性等特点，广泛应用于核物理实验、核医学成像、 放射性计量等领域。
03
核电子学实验技术
核电子学实验设备与仪器
放射性探测器
用于检测放射性物质发出的射线，如闪烁 计数器、半导体探测器等。
信号处理电路
用于对探测器输出的信号进行预处理，如 滤波、放大等。
电子倍增器
用于放大微弱信号，提高信号的信噪比。
数据采集系统
用于采集和处理实验数据，如多通道数据 采集卡、数字化仪等。
核医学与放射生物学
放射性药物
核医学利用放射性物质进行疾病 诊断和治疗，放射生物学则研究 放射性物质对生物体的影响和作
用机制。
医学影像技术
核医学影像技术如PET、SPECT等 ，能够提供高分辨率、高灵敏度的 医学影像，有助于疾病诊断。
放射治疗
放射治疗是利用放射线消除肿瘤细 胞的方法，核医学与放射生物学在 放射治疗药物的研发和治疗效果评 估方面发挥重要作用。
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殊需要。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件2
二、闪烁体探测器
n 2.2光电倍增管
¨ 光电倍增管的结构
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件2
二、闪烁体探测器
n 2.2光电倍增管
¨ 光电倍增管的主要性能 光阴极的光谱响应
光阴极受到光照后，发射光电子的概率是入射光波长 的函数，称作“光谱响应”。
光照灵敏度
阴极灵敏度；阳极灵敏度。
核电子学与核仪器课件2
一、气体探测器
n 平板型电离室
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一、气体探测器
n 圆柱型电离室
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一、气体探测器
1.3脉冲电离室
电离室处于脉冲工作状态，电离室的输出信号仅反 映单个入射粒子的电离效应。可以测量每个入射粒 子的能量、时间、强度等。 脉冲电离室的输出信号：电荷信号，电流信号，电 压信号。
对于离子晶体，辐 射射入闪烁体使晶 体原子电离和激发。
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二、闪烁体探测器
n 2.1闪烁体
¨ 闪烁体的发光机制
有机闪烁体的发光机制
有机闪烁体的发射光谱和吸收光谱的峰值是 分开的，所以，有机闪烁体对其所发射的荧 光是透明的。但发射谱的短波部分与吸收谱 的长波部分有重叠，为此在有的有机闪烁体 中加入移波剂，以减少自吸收。
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一、气体探测器
n 1.2电离室的工作机制
¨ 电离室的基本机构
不同类型的电离室在结构上基本相同，典型结构有 平板型和圆柱型。
高压极(K)：正高压或负高压；
收集极(C)：与测量仪器相联的电极，处于与地 接近的电位；
保护极(G)：又称保护环，处于与收集极相同的 电位；
路漫漫其悠远
负载电阻(RL)：电流流过时形成电压信号。
路漫漫其悠远
探测器的工作机制； 探测器的输出回路与输出信号； 探测器的主要性能指标； 探测器的典型应用。
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一、气体探测器
n 1.1气体中离子与电子的运动规律
¨ 气体的电离与激发 入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用， 使电子获得能量而引起原子的电离或激发。 入射粒子直接产生的离子对称为原电离。初电离产 生的高速电子足以使气体产生的电离称为次电离。
二、闪烁体探测器
2.1闪烁体
闪烁体的分类 无机闪烁体： 无机晶体(掺杂) 玻璃体 纯晶体
有机闪烁体：有机晶体——蒽晶体等；有机液 体闪烁体及塑料闪烁体。
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二、闪烁体探测器
n 2.1闪烁体
¨ 闪烁体的发光机制
无机闪烁体的发光机制
晶体中电子的能态不再用原子能级表示，而用 “能带”来描述，晶体的发光机制取决于整个晶 体的电子能态。
二、闪烁体探测器
n 2.3单晶闪烁谱仪
¨ 单能射线的输出脉冲幅度谱 常见单能射线谱
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三、半导体探测器
半导体探测器的基本原理是带电粒子在半导体探测 器的灵敏体积内产生电子－空穴对，电子－空穴对 在外电场的作用下漂移而输出信号。
我们把气体探测器中的电子－离子对、闪烁探测器 中被 PMT第一打拿极收集的电子 及半导体探测器 中的电子－空穴对统称为探测器的信息载流子。产 生每个信息载流子的平均能量分别为30eV(气体探 测器)，300eV(闪烁探测器)和3eV(半导体探测器)。
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三、半导体探测器
n 3.1半导体的基本性质
¨ 本征半导体和杂质半导体 2) 杂质半导体 替位型：III族元素，如B，Al，Ga等；
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二、闪烁体探测器
n 2.1闪烁体
¨ 光的收集 1) 反射层 在非光子出射面打毛，致使光子漫反射，并再衬
以或涂敷氧化镁或氧化钛白色粉末。
2) 光学耦合 为防止光由光密介质到光疏介质发生的全反射，
用折射系数 n=1.4~1.8 的硅脂(或硅油)。 3) 光导 常用于闪烁体与光电倍增管的尺寸不符或其它特
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一、气体探测器
n 1.4正比计数器（Proportional Counters）
正比计数器中发生的物理作用：
¨ 碰撞电离与气体放大
碰撞电离只有电子才能实现。当电子到达距丝极一定距 离 这个r0过之程后称，为通气过体碰放撞大电过离程过，程又，称电电子子的雪数崩目。不断增殖，
离子的飘移：
在存在电场的情况下，两次碰撞之间离子从电场获得的能量 又会在碰撞中损失，离子的能量积累不起来。
电子的漂移：
电子与气体分子发生弹性碰撞时，每次损失的能量很小，因 此，电子在两次碰撞中由外电场加速的能量可积累起来。
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一、气体探测器
n 1.1气体中离子与电子的运动规律
一、气体探测器
n 1.4正比计数器（Proportional Counters）
¨ 正比计数器的应用 n 流气式4正比计数器
特点：4立体角，探测效率高；流气工作方式，换样 品方便，结构密封简单；阳极丝为环状。
n 低能X射线正比计数器——鼓形正比计数器
特点：有入射窗，常用Be(铍)窗。
n 多丝正比室和漂移室
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三、半导体探测器
n 半导体探测器的特点：
(1) 能量分辨率最佳； (2) 射线探测效率较高，可与闪烁探测器相比。
常用半导体探测器有：
(1) P-N结型半导体探测器； (2) 锂漂移型半导体探测器； (3) 高纯锗半导体探测器。
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三、半导体探测器
¨ 光子反馈
在电子与气体分子的碰撞中，不仅能产生碰撞电离，同 时也能产生碰撞激发。气体分子在退激时会发出紫外 光子，其能量一般大于阴极材料的表面逸出功，而在 阴极打出次电子。
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一、气体探测器
¨ 气体放大过程中正离子的作用 n 离子漂移速度慢，在电子漂移、碰撞电离等过程
光电倍增管的暗电流与噪声
当工作状态下的光电倍增管完全与光辐射隔绝时，其 阳极仍能输出电流(暗电流)及脉冲信号(噪声)。
光电倍增管的时间特性与稳定性。
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二、闪烁体探测器
n 2.3单晶闪烁谱仪
¨ 闪烁谱仪的组成与工作原理
闪烁体、PMT以及配套的电子学仪器组成。
X或射线不带电，它与闪烁体的相互作用是通过 三种次级效应实现的，它产生的次级电子的能谱 是相当复杂的，因而由次级电子产生的输出脉冲 幅度谱也是相当复杂的。
n 探测器按探测介质类型及作用机制主要分为：
气体探测器；
闪烁体探测器；
半导体探测器。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件2
辐射探测的基本过程：
n 辐射粒子射入探测器的灵敏体积；
n 入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器 中沉积能量；
n 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种 形式的输出信号。
辐射探测器学习要点（研究问题）：
多丝正比室的阴极为平板，阳极由平行的细丝组成多 路正比计数器。位置灵敏度达到mm量级，为粒子物理 等作出巨大贡献，于1992年获诺贝尔仪器课件2
一、气体探测器
n 1.5 G-M计数管
G-M计数管是由盖革(Geiger)和弥勒(Mueller)发明 的一种利用自持放电的气体电离探测器。
G-M管的特点是： 制造简单、价格便宜、使用方便。灵敏度高、输出 电荷量大。
G-M管的缺点是： 死时间长，仅能用于计数。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件2
一、气体探测器
n 1.5 G-M计数管
¨ G-M管的工作机制
(1)正离子鞘的形成及自持放电过程
初始电离及碰撞电离过程（电子加速发生碰撞电离形成电子 潮－雪崩过程） 放电传播（气体放出的紫外光子打到阴极上并打出次电子）
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件2
一、气体探测器
n 1.2电离室的工作机制
¨ 电离室的工作方式 (1) 脉冲型工作状态
记录单个入射粒子的电离效应，处于这种工作状态 的电离室称为：脉冲电离室。
(2) 累计型工作状态
记录大量入射粒子平均电离效应，处于这种工作状 态的电离室称为：累计电离室。
路漫漫其悠远
(1)辐射射入闪烁体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； (2)荧光光子被收集到光电倍增管(PMT)的光阴极， 通过光电效应打出光电子； (3)光电子在光电倍增管里运动并倍增，并在阳极输 出回路输出信号。
n 闪烁探测器可用来测量入射粒子的能量。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件2
n 三、半导体探测器 （Semiconductor Detector）
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件2
为什么需要辐射探测器？
n 对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于核辐 射探测器探测各种辐射，给出辐射的类型、强度 (数量)、能量及时间等特性。即对辐射进行测量。
n 核辐射探测器的定义：利用辐射在气体、液体或固 体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化 进行辐射探测的器件称为辐射探测器。
3.1半导体的基本性质
常用半导体材料为硅(Si)和锗(Ge)，均为IV族元素。 本征半导体和杂质半导体 1) 本征半导体： 理想、无杂质的半导体。由于热运动而产生的载 流子浓度称为本征载流子浓度，且导带中的电子 数和价带中的空穴数严格相等。固体物理理论已 证明半导体内的载流子平衡浓度为：
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正离子鞘向阴极漂移过程（形成“离子电流”，是形成输出 脉冲的主要贡献）
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二、闪烁体探测器
n 2.2光电倍增管
¨ 光电倍增管的结构
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二、闪烁体探测器
n 2.2光电倍增管
¨ 光电倍增管的主要性能 光阴极的光谱响应
光阴极受到光照后，发射光电子的概率是入射光波长 的函数，称作“光谱响应”。
光照灵敏度
阴极灵敏度；阳极灵敏度。
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一、气体探测器
n 平板型电离室
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一、气体探测器
n 圆柱型电离室
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一、气体探测器
1.3脉冲电离室
电离室处于脉冲工作状态，电离室的输出信号仅反 映单个入射粒子的电离效应。可以测量每个入射粒 子的能量、时间、强度等。 脉冲电离室的输出信号：电荷信号，电流信号，电 压信号。
对于离子晶体，辐 射射入闪烁体使晶 体原子电离和激发。
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二、闪烁体探测器
n 2.1闪烁体
¨ 闪烁体的发光机制
有机闪烁体的发光机制
有机闪烁体的发射光谱和吸收光谱的峰值是 分开的，所以，有机闪烁体对其所发射的荧 光是透明的。但发射谱的短波部分与吸收谱 的长波部分有重叠，为此在有的有机闪烁体 中加入移波剂，以减少自吸收。
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一、气体探测器
n 1.2电离室的工作机制
¨ 电离室的基本机构
不同类型的电离室在结构上基本相同，典型结构有 平板型和圆柱型。
高压极(K)：正高压或负高压；
收集极(C)：与测量仪器相联的电极，处于与地 接近的电位；
保护极(G)：又称保护环，处于与收集极相同的 电位；
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负载电阻(RL)：电流流过时形成电压信号。
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探测器的工作机制； 探测器的输出回路与输出信号； 探测器的主要性能指标； 探测器的典型应用。
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一、气体探测器
n 1.1气体中离子与电子的运动规律
¨ 气体的电离与激发 入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用， 使电子获得能量而引起原子的电离或激发。 入射粒子直接产生的离子对称为原电离。初电离产 生的高速电子足以使气体产生的电离称为次电离。
二、闪烁体探测器
2.1闪烁体
闪烁体的分类 无机闪烁体： 无机晶体(掺杂) 玻璃体 纯晶体
有机闪烁体：有机晶体——蒽晶体等；有机液 体闪烁体及塑料闪烁体。
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二、闪烁体探测器
n 2.1闪烁体
¨ 闪烁体的发光机制
无机闪烁体的发光机制
晶体中电子的能态不再用原子能级表示，而用 “能带”来描述，晶体的发光机制取决于整个晶 体的电子能态。
二、闪烁体探测器
n 2.3单晶闪烁谱仪
¨ 单能射线的输出脉冲幅度谱 常见单能射线谱
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三、半导体探测器
半导体探测器的基本原理是带电粒子在半导体探测 器的灵敏体积内产生电子－空穴对，电子－空穴对 在外电场的作用下漂移而输出信号。
我们把气体探测器中的电子－离子对、闪烁探测器 中被 PMT第一打拿极收集的电子 及半导体探测器 中的电子－空穴对统称为探测器的信息载流子。产 生每个信息载流子的平均能量分别为30eV(气体探 测器)，300eV(闪烁探测器)和3eV(半导体探测器)。
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三、半导体探测器
n 3.1半导体的基本性质
¨ 本征半导体和杂质半导体 2) 杂质半导体 替位型：III族元素，如B，Al，Ga等；
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二、闪烁体探测器
n 2.1闪烁体
¨ 光的收集 1) 反射层 在非光子出射面打毛，致使光子漫反射，并再衬
以或涂敷氧化镁或氧化钛白色粉末。
2) 光学耦合 为防止光由光密介质到光疏介质发生的全反射，
用折射系数 n=1.4~1.8 的硅脂(或硅油)。 3) 光导 常用于闪烁体与光电倍增管的尺寸不符或其它特
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一、气体探测器
n 1.4正比计数器（Proportional Counters）
正比计数器中发生的物理作用：
¨ 碰撞电离与气体放大
碰撞电离只有电子才能实现。当电子到达距丝极一定距 离 这个r0过之程后称，为通气过体碰放撞大电过离程过，程又，称电电子子的雪数崩目。不断增殖，
离子的飘移：
在存在电场的情况下，两次碰撞之间离子从电场获得的能量 又会在碰撞中损失，离子的能量积累不起来。
电子的漂移：
电子与气体分子发生弹性碰撞时，每次损失的能量很小，因 此，电子在两次碰撞中由外电场加速的能量可积累起来。
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一、气体探测器
n 1.1气体中离子与电子的运动规律
一、气体探测器
n 1.4正比计数器（Proportional Counters）
¨ 正比计数器的应用 n 流气式4正比计数器
特点：4立体角，探测效率高；流气工作方式，换样 品方便，结构密封简单；阳极丝为环状。
n 低能X射线正比计数器——鼓形正比计数器
特点：有入射窗，常用Be(铍)窗。
n 多丝正比室和漂移室
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三、半导体探测器
n 半导体探测器的特点：
(1) 能量分辨率最佳； (2) 射线探测效率较高，可与闪烁探测器相比。
常用半导体探测器有：
(1) P-N结型半导体探测器； (2) 锂漂移型半导体探测器； (3) 高纯锗半导体探测器。
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三、半导体探测器
¨ 光子反馈
在电子与气体分子的碰撞中，不仅能产生碰撞电离，同 时也能产生碰撞激发。气体分子在退激时会发出紫外 光子，其能量一般大于阴极材料的表面逸出功，而在 阴极打出次电子。
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一、气体探测器
¨ 气体放大过程中正离子的作用 n 离子漂移速度慢，在电子漂移、碰撞电离等过程
光电倍增管的暗电流与噪声
当工作状态下的光电倍增管完全与光辐射隔绝时，其 阳极仍能输出电流(暗电流)及脉冲信号(噪声)。
光电倍增管的时间特性与稳定性。
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二、闪烁体探测器
n 2.3单晶闪烁谱仪
¨ 闪烁谱仪的组成与工作原理
闪烁体、PMT以及配套的电子学仪器组成。
X或射线不带电，它与闪烁体的相互作用是通过 三种次级效应实现的，它产生的次级电子的能谱 是相当复杂的，因而由次级电子产生的输出脉冲 幅度谱也是相当复杂的。
n 探测器按探测介质类型及作用机制主要分为：
气体探测器；
闪烁体探测器；
半导体探测器。
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辐射探测的基本过程：
n 辐射粒子射入探测器的灵敏体积；
n 入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器 中沉积能量；
n 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种 形式的输出信号。
辐射探测器学习要点（研究问题）：
多丝正比室的阴极为平板，阳极由平行的细丝组成多 路正比计数器。位置灵敏度达到mm量级，为粒子物理 等作出巨大贡献，于1992年获诺贝尔仪器课件2
一、气体探测器
n 1.5 G-M计数管
G-M计数管是由盖革(Geiger)和弥勒(Mueller)发明 的一种利用自持放电的气体电离探测器。
G-M管的特点是： 制造简单、价格便宜、使用方便。灵敏度高、输出 电荷量大。
G-M管的缺点是： 死时间长，仅能用于计数。
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一、气体探测器
n 1.5 G-M计数管
¨ G-M管的工作机制
(1)正离子鞘的形成及自持放电过程
初始电离及碰撞电离过程（电子加速发生碰撞电离形成电子 潮－雪崩过程） 放电传播（气体放出的紫外光子打到阴极上并打出次电子）
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一、气体探测器
n 1.2电离室的工作机制
¨ 电离室的工作方式 (1) 脉冲型工作状态
记录单个入射粒子的电离效应，处于这种工作状态 的电离室称为：脉冲电离室。
(2) 累计型工作状态
记录大量入射粒子平均电离效应，处于这种工作状 态的电离室称为：累计电离室。
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(1)辐射射入闪烁体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； (2)荧光光子被收集到光电倍增管(PMT)的光阴极， 通过光电效应打出光电子； (3)光电子在光电倍增管里运动并倍增，并在阳极输 出回路输出信号。
n 闪烁探测器可用来测量入射粒子的能量。
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n 三、半导体探测器 （Semiconductor Detector）
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为什么需要辐射探测器？
n 对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于核辐 射探测器探测各种辐射，给出辐射的类型、强度 (数量)、能量及时间等特性。即对辐射进行测量。
n 核辐射探测器的定义：利用辐射在气体、液体或固 体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化 进行辐射探测的器件称为辐射探测器。
3.1半导体的基本性质
常用半导体材料为硅(Si)和锗(Ge)，均为IV族元素。 本征半导体和杂质半导体 1) 本征半导体： 理想、无杂质的半导体。由于热运动而产生的载 流子浓度称为本征载流子浓度，且导带中的电子 数和价带中的空穴数严格相等。固体物理理论已 证明半导体内的载流子平衡浓度为：
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正离子鞘向阴极漂移过程（形成“离子电流”，是形成输出 脉冲的主要贡献）