5闪烁探测器1_08
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。
13
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
14
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
15
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
9
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
19
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%。
20
五．闪烁光的收集
反射层、耦合剂、光导。 1. 光学反射层：
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。
基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器建模与优化
基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器建模与优化目录一、内容描述 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 本文研究内容与方法 (5)二、GEANT4蒙特卡罗算法概述 (6)三、闪烁体探测器建模 (7)1. 闪烁体探测器工作原理 (8)2. 闪烁体探测器模型构建 (9)3. 模型参数设置与仿真 (10)四、基于GEANT4的闪烁体探测器优化 (11)1. 探测器优化方案设计 (12)2. 优化算法流程 (14)3. 关键参数优化 (14)4. 优化结果分析 (16)五、闪烁体探测器性能评估 (17)1. 性能评估指标 (18)2. 评估方法 (20)3. 性能评估结果 (21)六、实验验证与结果分析 (22)1. 实验设置与数据收集 (23)2. 实验结果分析 (24)3. 实验结果与模拟结果的对比 (25)七、结论与展望 (27)1. 研究成果总结 (27)2. 研究不足之处与展望 (28)一、内容描述介绍闪烁体探测器的基本原理，包括闪烁现象的产生机制及其在探测领域的应用。
针对GEANT4这一蒙特卡罗模拟框架，阐述其在闪烁体探测器建模中的应用方法和优势。
介绍建模过程中需要考虑的关键因素，如闪烁体的几何形状、光电性质以及能量沉积机制等。
详细阐述使用GEANT4蒙特卡罗算法进行闪烁体探测器模拟的流程，包括模型的建立、模拟参数的设置、事件的触发和跟踪以及数据的采集和处理等。
重点在于阐述如何对模型进行精准设计以及对模拟过程进行精确控制，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
探讨基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器性能优化策略，包括几何结构优化、材料选择优化以及信号处理优化等。
通过模拟实验和数据分析，研究不同优化策略对探测器性能的影响，并给出具体的优化建议和实施方法。
通过对模拟结果与实验结果的对比分析，验证基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器建模与优化的有效性。
探讨模拟过程中可能存在的误差来源，以及如何减小这些误差以提高模拟结果的准确性。
双维位置灵敏CsI(Tl)闪烁探测器
咒
ＨＶ
ｂ
位 置灵 敏 闪烁 探测 器 ¨ 等 ， 它们 在核物 理实 验 、粒
子天文 物理 、 质探测 、核 医学 和无 损 材料 检 测 等 地 领 域得 到 了广 泛应用 。
ＣＩ Ｉ ｓ Ｔ） （ 烁探 测 器 Ｒ ２ ８ 一４ ７ 光 电倍增 管
Ｙｄ
管庳 金属 盒子
制出了具 有快时 间响应 、高探测效率 、 大灵 敏面
ａ
积 、好 的能 量 分 辨 和 位 置 分 辨 等 优 点 的 闪烁 探 测 器 ， 光 电倍 增 管 阵 列 闪 烁 探 测 器 ２１ 、闪 如 １３ ，１
烁 探测 器 阵列 ４和 Ｃ Ｉ Ｔ ）＋Ｐ Ｐ １ ］ ｓ（ １ Ｓ ＭＴ构 成 的 双 维
本 文介绍 一种 双 维位 置灵 敏 Ｃ ＩＴ） ｓ（ １ 闪烁 探测 器 ， 用 Ｇ ＡＮ ４ 这 一 蒙 特 卡 罗 模 拟 软 件 ，在 利 Ｅ Ｔ¨ Ｌｎｘ Ｅ Ｎ ４模拟 平 台下编写 蒙特 卡罗 程序 ， ｉｕ ＋Ｇ Ａ Ｔ 对
Ｃ Ｉ Ｔ ） Ｓ ＭＴ双 维 位 置灵 敏 闪 烁探 测 器 进行 了 ｓ（ １ ＋Ｐ Ｐ
维普资讯
第 １ 期
胡 强 等： 双维位置灵敏 Ｃ ＩＴ ） ｓ １闪烁探测器 （
阻链 的两 端被 分配 ，电子 云 团的重 心 表示 闪烁 事 件 所产 生 的光子重 心 ，即入射 离 子 的位 置 。 因此 入 射 离子 的位 置 和能 量 （ ，Ｙ ，Ｅ） 由 阳极 输 出 的 ４个 可 信号 按重 心公式 求 得 ：
图 １ 位置灵敏 ＣＩＴ ） ｓ（ １探测器 的剖面 图
Ｐ Ｐ Ｔ的阳极 由 １ ＳＭ ８×１ ６根丝矩 阵构 成 ， 中 其
方 向有 １ ８根丝 ， Ｙ方 向有 １ ６根丝 ．每 个 方 向 的丝
EJ闪烁体
荧光片和双闪烁体
EJ-440 ....................................................................... 36 EJ-442 ....................................................................... 37 EJ-444 ....................................................................... 38
掺杂闪烁体
EJ-254 ....................................................................... 30 EJ-256 ....................................................................... 32 EJ-331 & EJ-335....................................................... 33 EJ-339 & EJ-339A.................................................... 34 EJ-351 ....................................................................... 35
液体闪烁体
EJ-301....................................................................... 16 EJ-305....................................................................... 17 EJ-309....................................................................... 18 EJ-313....................................................................... 19 EJ-315....................................................................... 20 EJ-321....................................................................... 21 EJ-399-04 ................................................................. 22 EJ-399-08 ................................................................. 23 EJ-399-05D1............................................................. 24 EJ-399-05D2............................................................. 25
闪烁探测器的组成
闪烁探测器的组成
闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生的闪光来探测电离辐射的探测器。
闪烁探测器主要由以下几部分组成：
1. 闪烁体：闪烁体是闪烁探测器的核心部分，当闪烁体受到射线照射时，闪烁体会吸收射线能量并发出荧光。
荧光光子被收集到光电倍增管的光阴极上，通过光电效应打出光电子。
2. 光导和反射体：光导和反射体的作用是将荧光均匀地引导到光电倍增管的光阴极上，以提高探测效率。
光导一般由高折射率的玻璃制成，而反射体则用来将散射的荧光反射到光阴极上。
3. 光电倍增管：光电倍增管是闪烁探测器的另一个重要组成部分，它的作用是将光电子倍增并输出到后续电路中，以便进行信号处理和测量。
4. 前置放大器：前置放大器的作用是将光电倍增管输出的信号放大，以便进行后续的信号处理和测量。
5. 磁屏蔽和暗盒：磁屏蔽和暗盒的作用是减少外部磁场和光照对探测器的影响，从而提高探测器的测量精度和稳定性。
综上所述，闪烁探测器由闪烁体、光导和反射体、光电
倍增管、前置放大器和磁屏蔽及暗盒等组成。
这些组成部分协同工作，实现了对电离辐射的高效、高精度和高灵敏度探测。
如需了解更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
闪烁体探测器教学PPT
1、发光光谱
• 特点：发射光谱为连续谱。各种闪烁体都存在一 个最强波长；要注意发射光谱与光电倍增管光阴 极的光谱响应是否匹配。
2、发光效率
• 闪烁体将所吸收的射线能量转化为光的比例。
•
发光效率：
Cnp
E ph E
100 %
• Eph闪烁体发射光子的总能量； • E入射粒子损耗在闪烁体中的能量。
NaI(Tl)的闪烁光能占入射能量~13% ，吸收1MeV
能量产生总光能：
Eph 1106 0.13 1.3105ev
闪烁光子平均能量~3eV ，产生光子数：
N ph
1.3105
3
4.3104
三、闪烁体的物理特性
1、发光光谱 2、发光效率(能量转换效率、光能产额及相对值) 3、发光时间 4、闪烁体其他特性
(1) 核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) 电子运动并倍增,并在阳极输出回路输出信号。
闪烁探测器可用来测量入射粒子的能量。?
§5.2 闪烁体
理想的闪烁体： 探测效率高，转换效率高，线性范围大， 自吸收小，发光时间短，加工性能好。
当光子由光密物质(n1)射向光疏物质(n2)时,发
生全反射的临界角：
c
sin 1
n2 n1
加入折射率大的透明媒质，增大临界角，透射光
增加。
用折射系数 n 1.4 ~1.8 的硅脂(或硅油)。• 光导：ຫໍສະໝຸດ • 具有一定形状的光学透明固体
材料,连接闪烁体与光电倍增管。 闪烁体窗面积、形状与PMT窗
脉冲伽马辐射测量闪烁探测器性能参数及测试应用情况简介
0.0692
0.0854
14
1.26E-08
1.72E-07
0.0730
0.0901
Sn Sn0
稳态辐射源电流法评估应用实例
•Kn / Kn0 的获取
• 按公式（2）和表1和表2测量数据，得到CeF3无机闪烁探测器的 数据见表3 • 表3 CeF3闪烁探测器的 Kn / Kn0
S
Is
S 0
/MeV
CeF3/A ST401/A 直接比 体积归一比
1.25 5.70E-07 1.48E-06 0.38
0.47
0.662 7.97E-07 1.73E-06 0.46
0.57
稳态辐射源电流法评估应用实例
中子标定源
稳态辐射源电流法评估应用实例
• 的获取 S n Sn0
• 被测探测器为CeF3无机闪烁探测器，基准探测器为ST401塑料闪烁探测器， 稳态中子辐射源为中国原子能研究院国防科工委放射性计量一级站的5SDH.2 型加速器辐射场，表2是稳态中子能量分别为1.2MeV、2.5MeV、3.5MeV、 5.0MeV、14MeV等各种情况
（９） （１０）
I(t)是探测器的输出电流,K是综合考虑探测器增益和信号输入到示 波器前的衰减等因素得到的探测器电流输出的比例因子,V(t)是示波器 显示的波形电压幅度,R为示波器的输入阻抗。
脉冲辐射源电荷比较法评估
• 脉冲辐射源情况下获取 S 、 Sn 的方法
S 0
Sn0
L0 L
•
S Q
（１１）
引言
• 在中子、伽马混合辐射场中近距离直接测 量伽马辐射时,要求使用的探测器对伽马辐 射灵敏同时具有一定的抗中子干扰能力。
• 无机闪烁体密度大，平均原子系数高，对 伽马、X射线有较大的阻止本领，由无机闪 烁体为主件构成的闪烁探测器比较适合伽 马测量。
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。
报警器使用说明书
报警器使用说明书EC-5120 时钟显示型120防区报警器使用说明书1系统简介本系统是时钟显示型120防区家用/商用防盗报警系统，功能实用，性价比高、配置齐全、操作简单。
系统采用微电脑处理技术，报警时现场发出120分贝的警报声，同时拨打用户预设的9组电话通知用户。
四位数码管显示报警的方位。
无线连接红外，门磁，烟雾探测器，燃气探测器，紧急按钮等配件。
广泛应用于家庭、工厂、学校、商铺、便利店、财务室、别墅、小区等需要防护的地方。
保护财产不受侵害。
2功能简介■时钟显示型数码显示屏，具有二组闹铃功能，响铃时间可调。
■主机有120组无线防区，每个防区有8种防区类型可供选择，可设普通防区、留守防区、智能防区、紧急防区、关闭防区、门铃防区、迎宾防区、老人求助防区。
■四组定时布撤防功能，每组定时布撤防可选取星期及不同的防区，省去手动频繁布撤防，真正实现智能化全自动控制。
■报警时自动拨打用户设置的9组电话号码；不同的防区能够拨打预设的号码组合，掉电不丢号码。
■10秒自定义留言录音。
可在主机上回放录音。
并内嵌人工语音，用户在远程接警时能知道警情发生的地点及防区号。
■异地远程监听功能，并能远程电话布防、撤防。
■无线智能学习配件，学习对码快捷简便，主机可兼容2262及百万组编码，可学习150个遥控器及150个探测器，不同编码的遥控器能够控制特定的分防区。
■集成高精度的时钟芯片，时钟走时准确。
■独有的黑匣子功能，可显示出最近的72条布撤防记录和102条最近的报警记录。
精确显示出报警的时间及防区号。
一、120防区时钟显示型智能防盗报警系统的组成与使用方法布防布防是指家中无人时，需要对报警现场进行全方位的探测警戒；报警器的所有探测器处于工作状态，当有探测源(防盗、防火、煤气泄漏等)触发探测器时，报警系统马上报警。
布防操作后，主机的[布防]灯长亮，同时显示屏上显示“BF”1秒。
遥控操作：按遥控器的[布防]键一次即可。
键盘操作：按主机键盘[布防]键一次即可。
EJ闪烁体
录
中子探测器
EJ-410 ....................................................................... 26 EJ-420 .......................Байду номын сангаас............................................... 27 EJ-422 ....................................................................... 28 EJ-426 ....................................................................... 29
胶、反射膜、光导
EJ-500 ....................................................................... 45 EJ-550 & EJ-552....................................................... 46 EJ-560 ....................................................................... 47 EJ-590/B10HH.......................................................... 48 光导 PMMA ............................................................. 49
波长转换塑料和漆
EJ-280 & EJ-284....................................................... 39 EJ-296 ....................................................................... 40 EJ-298#2 ................................................................... 41 EJ-298 ....................................................................... 42 EJ-510 ....................................................................... 43 EJ-520 ....................................................................... 44
暗物质粒子探测卫星
科学目标
一是暗物质间接探测，也是最主要的；二是寻找宇宙射线的起源；三是伽马射线天体物理。
探测原理
悟空(6张)1.什么是高能宇宙射线？
指的是来自宇宙中具有相当大能量的带电粒子流，1912年由德国科学家韦克多·汉斯发现。他制作了一个电 离室，用于测量空气中的电离度（空气中的带电粒子数量）。同时期也有其他的科学家制作电离室，汉斯的创新 之处在于，他将电离室放在热气球上，这样在放飞前，能测量出地面的电离度，放飞后，能测量出不同海拔高度 的电离度。而汉斯的测量结果显示：海拔越高，电离度越大。
此次发射的暗物质卫星全部由中科院研制、生产。工程2011年立项，造价1亿美元，远低于国外同类探测器。
研发历程
01
成功发射
02
正式命名
04
完成束流实 验
06
国外现状
03
成立科学组
05
完成测试在 轨交付
2015年12月17日8时12分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭丁成功将暗物质粒子探测卫星 “悟空”发射升空，卫星顺利进入预定转移轨道。此次发射任务圆满成功，标志着我国空间科学研究迈出重要一 步。
2016年3月17日，我国空间科学系列首发星暗物质粒子探测卫星“悟空”圆满完成三个月的在轨测试任务， 顺利交付用户单位。
经过三个月的在轨测试，卫星的四大科学载荷——塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测 器功能性能稳定，上注至卫星的全部指令均正确执行，星地链路通畅，完成了所有既定的测试项目，卫星各项技 术指标达到或超过了预期。
卫星组成
主要目的：寻找暗物质粒子，研究暗物质特性与空间分布规律，探寻宇宙射线起源并观测高能伽马射线，有 望在物理学与天文学前沿带来新的重大突破。
闪烁探测器
二、工作原理
光的传输：光子通过闪烁体和光导，到达光电倍增管的光阴极，有 一部分在传输过程中会被吸收或被散射而无法到达光阴极。 设光子的传输系数为l，则到达光阴极的光子数R’＝lR。希望l尽可能 大，就要求闪烁体的发射光谱和吸收光谱不重合，使闪烁体发射的 光子尽量少自吸收，并在闪烁体和光电倍增管之间价光导。 光电转换：光阴极吸收光子发射光电子。设光电转换效率为，从光 阴极到第一倍增极的电子传输系数为q，则光阴极发射到第一倍增极 的光电子数 N qR ' 倍增：光电子在光电倍增管中倍增，最后在阳极被收集。设光电倍 增管的倍增系数为M，则在阳极得到Mn个电子，相应的电荷为 Q＝Mne，输出电容为C，则电压脉冲 Q K Pl qeMEi n e M Ei V 1 C h C C K Pl q N n 1 入射粒子单位能量产生的光电子数 h E
探测效率：粒子在闪烁体内产生脉冲信号与入射粒子数之比 N0 温度效应：闪烁体性能随温度的变化。
辐照效应：闪烁体性能随辐照剂量的累积发生的变化。
2006年9月 中国科大 汪晓莲 12
N
二、无机闪烁体
大都是固体晶体，是绝缘体。 有快发光特点或发光成分中有快发光过程的晶体。 如：BaF2，CaF，NaI，CsI等。 大比重的晶体，如：BGO，LSO(Ge)， LuAP(Ge)，PWO等，密度大，对粒子阻止本领 大，适于高能探测器小型化。 应用最广泛的是碱金属卤化物闪烁晶体，常用的 有：NaI(Tl)，CsI(Tl)，ZnS(Ag)等。
2）能量转换效率P：定义一次闪烁过程中产生的光子总能 量和带电粒子损失能量之比。
P R h S h E 通常用%表示
各类探探测器优劣比较
各类探探测器优劣比较三大类探测器比较（闪烁体、半导体、电离室）（闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点的直线，仅在能量低于几百keV（对电子）和（1~2）MeV（对质子）时才偏离直线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。
因此测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。
NaI(TI)烁体的主要优点是密度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。
另外它的发光效率高，因而能量分辨率也较好。
它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。
碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作激活剂。
铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。
碘化铯的密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。
与碘化钠相比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。
此外，它不易潮解，也不易氧化。
但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。
碘化铯的主要缺点是光输出比较低，原材料价格较贵。
锗酸铋探头：与碘化钠（TI）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。
对0.511MeV γ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的效率和最好的信噪比。
BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。
在低能区（<<0.5MeV）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于0.511MeV的γ射线，BGO的时间分辨为1.9ns，而碘化钠NaI(TI)的的为0.75ns。
BGO的主要缺点是折射率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。
价格高。
硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。
laBr3是新型卤化物闪烁体，其基本性能已经全面超越了传统的碘化钠闪烁体，谱仪具有比碘化钠更好的能量分辨率、峰形和稳定性。
基于SiPM的硫化锌闪烁探测器设计与研制
第2期Hg3种指示元素的高低值含量分布特征，能够得到元素异常明显的的分布规律。
分析发现As元素的强异常主要分布在测区中部、东部和测区西南部，浓集中心和异常峰值分布较明显。
B元素的强异常主要分布在测区中部、东部和测区西南部，基本集中于热显示区内，异常形成的范围与浅部水-热作用形成的第四系热储层范围相吻合。
Hg元素的异常则主要沿NE向断裂分布在热显示区及热泉点的出露部位，浓集中心和峰值较明显，形成的强异常点多与热显示区内多条不同方向的构造交汇部位重合。
4.2等值线图根据面积实测数据绘制了As、B和Hg3种指示元素的地球化学图和异常图（图4）。
由结果可见，圈出的As元素异常能够基本反映地表热异常及水-热蚀变作用的范围，尤其在热显示区范围内异常衬度高，分布于热泉、沸泉周边，在热水作用改造下产生富集形成大面积异常。
东部异常的形态则呈带状分布、规模较大、异常衬度较高、连续性较好。
受到深部热水层影响，浓集中心明显，受到断裂构造的控制，在交汇部位形成大面积异常。
在测区西南部，分布有星点异常，规模小，推断存在小规模深部裂隙型热储，深部热源若能由断裂导通上来，则可形成局部强异常。
圈出的B 元素异常大面积分布在中部、东部和西南部地区，内带主要分布在地表热显示强烈的位置，形成较规则浓集中心。
高含量异常出现在近NS向的主断裂和NE向次级断裂带交汇处，形成的异常区明显受构造控制，推断覆盖区下方存在热水交换区。
Hg元素则出现了局部异常不连续，异常分布面积广、衬度高的强异常，说明地表Hg异常由深部构造导通热水上升引起，且异常沿隐伏构造方向向北东方向展布，所形成的异常对热的运移通道具有一定的指示作用。
4.3异常解释推断根据等值线图所划分的异常分布范围，在测区内共圈出这3种指示元素浓度高低不一、规模大小不等的具有3级浓度级别以上的异常20个，其中As异常7个，B异常5个，Hg异常8个。
圈定划分了3个综合异常区（图5）。
4.3.1I号综合异常区（HS1）异常区横跨桑曲河东、西两岸，是由3个指示元素的累加异常组合形成，异常走向与近SN 向构造走向基本一致，受近EW向和NE向断裂挫断，向东异常面积逐渐缩小，扩散延展为EW 向长条状。
辐射检测原理
辐射检测原理引言：辐射检测是一项重要的技术，用于测量和监测环境中的辐射水平。
辐射可以来自多种源头，包括太阳、地球、人造设施以及核事故等。
辐射的存在可能对人类和环境造成潜在的危害，因此准确地检测和监测辐射水平至关重要。
本文将介绍辐射检测的原理及其应用。
一、辐射的分类辐射可以分为离子辐射和非离子辐射两类。
离子辐射包括α粒子、β粒子和γ射线，它们具有电荷并能够离开原子核。
非离子辐射包括紫外线、可见光、红外线和微波等，它们没有电荷且无法离开原子核。
二、辐射检测的原理辐射检测的原理基于辐射与物质的相互作用。
当辐射通过物质时，它会与物质中的原子或分子相互作用，导致能量的转移或吸收。
根据这些相互作用，可以使用不同的探测器来测量辐射水平。
1. 闪烁体探测器闪烁体探测器是一种常用的辐射探测器，它利用某些物质在受到辐射后会发出可见光的特性。
当辐射通过闪烁体时，闪烁体会发出光子，然后光子被光电倍增管或光电二极管等光电探测器接收并转化为电信号。
通过测量电信号的强度，可以确定辐射的能量和强度。
2. 电离室电离室是一种利用辐射电离效应来测量辐射的探测器。
当辐射通过电离室时，它会使气体中的原子或分子电离，产生正离子和自由电子。
这些电离粒子会在电场的作用下移动，产生电流。
通过测量电流的强度，可以确定辐射的能量和强度。
3. 核探测器核探测器是一种专门用于测量高能辐射的探测器。
它利用辐射与物质中的原子核相互作用，产生带电粒子或电磁辐射。
核探测器可以测量带电粒子的轨迹、能量和强度，从而确定辐射的性质和水平。
三、辐射检测的应用辐射检测在多个领域有着广泛的应用。
1. 核能行业辐射检测在核能行业中起着至关重要的作用。
它用于监测核电站的辐射水平，确保工作人员和环境的安全。
此外，辐射检测还用于核燃料的生产、储存和运输过程中，以及核废料的处理和处置过程中。
2. 医学领域辐射检测在医学领域中被广泛应用于放射诊断和放射治疗。
医学影像学中的X射线和γ射线被用于诊断疾病，而放射治疗中的高能辐射用于治疗癌症等疾病。
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Q K1 Pl qeMEi n e M Ei C h C C K Pl q N n 1 入射粒子单位能量产生的光电子数 中国科大 汪晓莲 h E V
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• 输出：形成的电压脉冲经射极跟随器或前臵 放大器输出，被一套电子学仪器放大、分析 和记录。 • 输出脉冲与入射粒子能量成正比。 • 增大输出脉冲幅度的方法： 1）选择光产额大的晶体； 2）提高光阴极光电转换效率； 3）提高电子传输系数 q；
上。它的发光效率高，但透明度差，只能做的很薄， 故不适合探测电子和射线，主要用于探测粒子和重 粒子。 ZnS(Ag)喷在聚苯乙烯塑料球内壁测量气体放射性。 ZnS(Ag)＋有机玻璃粉热压成快中子屏；
ZnS(Ag)＋甘油＋硼酸或10B做成慢中子屏。
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4） 锗酸铋（BGO）晶体
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描述光在闪烁体内传播的一个物理量。定义为：闪烁光在 闪烁体内传播时，光衰减到初始时的1/e所走过的距离 分为本征衰减长度和技术衰减长度。 本征衰减长度是由闪烁体内部光学性能决定的，主要取决 于闪烁体的成分。 技术衰减长度与闪烁体的形状、表面反射情况等外部技术 条件有关。
12400eV 3.0eV 4100
4、发光衰减时间
闪烁体原子受激后发射光子的增加和退激后光子的衰减 都是随时间按指数规律变化。由于光子产生的过程比衰 减过程快得多，光子产生过程可忽略，用发光的衰减过 程来描述整个过程。 I (t ) I et /
0
不同闪烁体有不同发光衰减时间，有快慢成分之分，近 似表示为 t / I t I f e f I set / s， f ：ns数量级， s：几十——几百ns数量级
S R E 光子数 / MeV，入射粒子损失单位能量产生的光子数。
2）能量转换效率P：定义一次闪烁过程中产生的光子总能 量和入射粒子损失能量之比。
P
3）光输出和能量转换效率这两个量的绝对测量很复杂，实 际中往往与标准闪烁体蒽晶体相比较给出相对值。
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R h S h E
第五章 闪烁探测器
§5-1 §5-2 §5-3 §5-4 §5-5 闪烁探测器的工作原理 闪烁体 光电倍增管 光收集系统 闪烁探测器的应用
§5-1闪烁探测器的工作原理
一、典型的闪烁探测器装臵
闪烁体 闪烁探测器光电倍增管 电子学仪器
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二、工作原理
• 入射粒子进到闪烁体内，使闪烁体的原子分子电离和激发，受激原 子分子退激发时发光，称作荧光。荧光光子打到光电倍增管的光阴 极上转换成光电子，光电子在光电倍增管中倍增，最后被阳极收集， 输出电压或电流脉冲，被电子学仪器记录。 • 激发：带电粒子进入闪烁体通过库仑作用直接使闪烁体原子分子电 离和激发从而损失能量；若是X射线和射线入射，则通过光电效应、 康普顿效应和电子对效应损失能量产生次级带电粒子，次级带电粒 子再使闪烁体原子分子电离和激发。 设入射粒子能量为Ei, 在闪烁体内损失的能量为 K1Ei 如K1=1，则入射粒子能量完全损失在闪烁体内； 如K1<1，则有一部分粒子跑出闪烁体。 • 退激：设发射光子的几率为P，产生光子的平均能量为hv, 则发射光 子的数目 R Ei K1P h
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BGO, LSO & LYSO Samples
Cubic: 1.7 cm3 (1.5X0); Long: 2.5 x 2.5 x 20 cm (18X0)
1）在荧光中心激发态的电子，很快发射光子跳回基态，时间 很短(10-9s)，是闪烁光的快成分，称作荧光。
2）在猝灭中心激发态的电子，将激发能传给周围的晶格作振 动，以热能形式消耗激发能而不发射光子，这就是猝灭过程。 3）在陷阱中的电子处在亚稳态，停留较长时间，或以非辐射 跃迁回到价带，或从晶格振动中获得能量，重新跃迁到导带， 再重复过程一或二回到基态。按过程一，发射光子称作磷光， 发光时间较长，是闪烁光的慢成分，一般大于10-6s。
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4、发光衰减时间
• 对同一闪烁休，τ与入射粒子种类有关，例如对 CsI(T1)晶体，粒子入射 τ=1100ns，粒子入射 τ=430ns。 不一样将造成输出脉冲形状不同，可 以通过辨别脉冲形状来区分入射粒子的种类。利 用这种方法可鉴别 和；中子和。还与温度有 关，温度降低，衰减时间变短。 • 对气体闪烁体，是气压P的函数。一般地说，随 着P的增大，减小。例如对氖，
• 为了提高闪烁体的发光效率，可以掺杂，如Tl、Ag等 “激活剂”。激活剂粒子形成发光中心或俘获中心。 但实验发现激活剂并不是必不可少的。
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2、常用无机闪烁体
1）NaI(Tl)晶体
• 特点：发光效率高，密度大，含有大量原子序数高的碘，因此 对射线探测效率高，有较好的能量分辨率，是探测射线的主 要探测器。透明度好，制备简单，可以加工成各种形状，常用 的是圆柱形（最大750×250）、井型、环形、薄片形等。 • 缺点：衰减时间长，易潮解。
6、技术衰减长度
7、其他特性
探测效率：粒子在闪烁体内产生脉冲信号与入射粒子数之比 温度效应：闪烁体性能随温度的变化。 辐照效应：闪烁体性能随辐照剂量的累积发生的变化。
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N N0
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二、无机闪烁体
• 大都是固体晶体，是绝缘体。 • 有快发光特点或发光成分中有快发光过程的晶体。 如：BaF2，CaF，NaI，CsI等。 • 大比重的晶体，如：BGO，LSO(Ge)， LuAP(Ge)，PWO等，密度大，对粒子阻止本领 大，适于高能探测器小型化。 • 应用最广泛的是碱金属卤化物闪烁晶体，常用的 有：NaI(Tl)，CsI(Tl)，ZnS(Ag)等。
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• 晶体内的杂质和晶格缺陷形成三种俘获中心：荧光中心、猝 灭中心和陷阱。俘获中心分基态和激发态。基态俘获激子的 空穴或价带的空穴，激发态俘获激子的电子或导带的电子。 俘获中心从基态被激发而到达激发态，就好像俘获中心基态 的电子直接被激发到激发态。退激时有三种可能。
密度为 7.13g/cm3，发射光谱主峰位在4800Å，易于与光电 倍增管匹配，不潮解，是高能物理实验重要的闪烁体之一。
5） 钨酸铅（PWO）晶体
无色透明晶体，折射率2.16，密度为8.28 g/cm3，发射光谱 主峰位在4000-5000Å，易于与光电倍增管匹配。辐射长度 0.89cm，莫利哀半径2.2cm，可使探测器小型化。不潮解， 抗辐照。最大的缺点是光产额较低。
P=5 cmHg, =14ns； P=48.5cmHg，=5.5ns。
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利用单光子测量 闪烁体发光衰减时间
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5、能量分辨率
闪烁计数器的能量分辨率包括了闪烁体和光电倍增管的贡献。
2 T 2 s
2 PMT
影响能量分辨率的因素有： 1）闪烁体的发光效率； 2）闪烁体的固有分辨率； 3）PMT光阴极的光收集效率；4）光阴极光电转换效率； 5）第一倍增极收集效率和二次电子倍增系数等。 不同闪烁体的固有能量分辨率不同，NaI(Tl)闪烁体的能 量分辨率在各种闪烁体中是最好的。有机闪烁体的能量分 辨率都比较差。
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• 光的传输：光子通过闪烁体和光导，到达光电倍增管的光阴极，有 一部分在传输过程中会被吸收或被散射而无法到达光阴极。
设光子的传输系数为l，则到达光阴极的光子数R’＝lR。希望l尽可能 大，就要求闪烁体的发射光谱和吸收光谱不重合，使闪烁体发射的 光子尽量少自吸收，并在闪烁体和光电倍增管之间价光导。 • 光电转换：光阴极吸收光子发射光电子。设光电转换效率为，从光 阴极到第一倍增极的电子传输系数为q，则光阴极发射到第一倍增极 的光电子数 N qR ' • 倍增：光电子在光电倍增管中倍增，最后在阳极被收集。设光电倍 增管的倍增系数为M，则在阳极得到Mn个电子，相应的电荷为 Q＝Mne，输出电容为C，则电压脉冲
• 封装：
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2）CsI(Tl)晶体密度和平均原子序数比NaI(Tl)还要
大，因此对射线探测效率更高，且不易潮解。但通常 发光效率比NaI(Tl)低，能量分辨也不如NaI(Tl)。然而 在液氮温度下比NaI(Tl)有更高的发光效率。
3）ZnS(Ag)白色多晶粉末，使用时喷涂在有机玻璃板
闪烁体在受到高能粒子激 发后发射的光谱在可见光 区。不同的闪烁体和不同 的入射粒子，其光谱特性 不同。
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2）平均波长或平均能量表示法： 0 如NaI(Tl)晶体， 平均波长 ＝4100 A，响应的平均能量
E h h C
3）用主峰位波长0和半高宽表示： 如NaI(Tl)晶体， 0=4150Å， ＝850Å
• •
•
•
氟化钡（BaF2）波长为 195nm，220nm和 310nm， 对应的发光衰减时间分别为0.87ns，0.88ns和 600ns。 氟化铈（CeF3）2个快成分，无慢成分。 硅酸镥（LSO）对γ射线具有响应时间快(<50 ns) 、 发光产额高(为NaI(Tl)的76%) 、抗辐照性能强、不 易潮解，具有较强的中子、γ分辨本领。 硅酸钆（GSO）密度6.71 g/cm3，辐射长度 X0=1.38cm，核作用长度为22.2cm，发光产额大 （为NaI(Tl)的30%）发光衰减时间为56ns。 铝酸钇（YAP:Ce ）Z=39；密度5.37g/cm3；能量分 辨率好；发光产额大（NaI(Tl)的40%～50%），发 光衰减时间短（25～30ns），最大发射波长为350nm， 光输出随温度的变化率小于0.01%/0C。