闪烁探测器资料
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6
五、晶体的光输出和均匀性测量
晶体的光输出和 均匀性影响能量 分辨率 用单能源测量
1 S ave 9
N 9 i
Si
S max S min U S ave
7
六、闪烁体的辐照效应
闪烁体在强辐照环境中随着辐 照剂量的增加光输出会减弱。
闪烁体在辐照下，光透过率和 吸收谱发生变化，导致光输出 降低。（颜色发生变化） 一般用比较辐照前后光输出的 变化来标定
光纤结构:
主要由塑料闪烁体制成。 由纤芯部分和包层组成。 只有满足全反射的闪烁光可以 长距离单向传输。3.4% 双涂层闪烁光纤（折射率渐近 减小到1.42）可使光输出效 率提高到5.6%。
四、探测效率
无机闪烁体
• 对带电粒子效率非常高，故一般指 对的探测效率 • 探测效率：原子序数Z大 • 全能峰探测效率：原子序数Z大，能 量分辨好（发光强） • 晶体量能器需测0，效率是指能探 测到多低能量的射线。 发光强度和电子学噪声是关键 有机闪烁体 • 由于材质轻，对射线探测效率低， 主要探测带电粒子。 • 对大面积闪烁体，由于传输衰减， 远端效率较低。 降低甄别阈或提高PMT高压，但同 时增加噪声
发光衰减时间的测量
1. 用快PMT加示波器做相对参考测量
脉冲达到最大值的时刻为
f RC t m RC RC / f ) f ln(
用已知f的闪烁体推算出测量系统的RC，然后再测 量样品的f。 测量中RC应尽量大。 简单但误差大，尤其是参考样品与待测样品的衰减 时间相差较大时；无法确定多组分光的衰减时间
Flash ADC可在一个通道中进行高频率（可达1G）多次测量 和A/D转换，将每一个电流脉冲随时间的变化经数字化后计录下 来，即可进行波形信息获取。为脉冲形状辨别粒子开辟了崭新的 空间。
12
例如：
R
i 20 50 i 1
A
50
i
A
ຫໍສະໝຸດ Baidu
i
右图为不同能量γ（电子）和α粒 子Qt ,Qp的分布，及不同能量下的 R。可以看出， 大200KeV时可 以将γ和α明显地区分开来。
测量 符合测量可得效率坪曲线， 以输出幅度最小的区域来确定 PMT的工作高压，一般取坪下边 沿+100V
1
五、时间测量
发光衰减时间快的闪烁体，可以用于定时测量
• 有快成份的无机闪烁体如：BaF2，CsF2等（110ns），可测带电粒子和的时间信息。 • 有机闪烁体，~ns，可做成大面积，探测带电粒子的时 间信息。 • 时间分辨包括电子学系统
不同质量的粒子在闪烁体中具有不同的荧光发射，激发 的光具有不同的发光衰减时间。利用此效应可以进行电 子或γ射线与重粒子（n、等）之间的区分 可用快慢两个成分来描述闪烁体的发光
N (t )
N f ()
f
e
t / f
N s(s ) e t / s
对无机闪烁体， 越重的粒子（电离能力强） 具有较短的发光衰减时间， s变化不大、 f 越快。 对有机闪烁体，则正好相反， f变化不大、 s 越快。
5
2. 单光子测量法
采用级联射线源 调节装置，使得一个射线激 发只接受一个光子。这个单光 电子信号的时间分布反映了发 光衰减时间。 保证单光子是关键。设置上甄 别阈，卡掉多光子信号。 调节小窗口，使得小窗口时的 计数率为大窗口的5%，此时 单光子的概率为97%。 精度取决于单光子信号端的 PMT的单光子渡越时间涨落 （~150ps）和时间零点的 精度（~60ps）。 可测多组荧光成份
103
104
104
104
105
106
105
光输出下降约20%
9
§4-5 闪烁探测器的应用
一、无机闪烁体的应用
1、量能器
• 晶体建造的全吸收型电磁量能器是十分典型的应用 测量光子和电子 2% / E(GeV) 能量分辨可达 • 有机闪烁体作为取样量能器的灵敏层
10
2、粒子鉴别 脉冲形状甄别
PSD（Pulse Shape Discrimination）
优质因子
D FOM W1 W2
ΔD为甄别谱上两峰之间距离，W1、 W2分别为两峰的半高宽。FOM越 大，说明甄别效果越好。
13
二、有机闪烁体的应用
1、闪烁光纤
近20年来得到两个方面的促进：
• 铅-闪烁光纤电磁量能器的研究。制作简单，造价便宜，性能中等。 • 新型高灵敏度、低噪声的光电器件的突破使得闪烁光纤可以应用于 带电粒子的能量和径迹测量。
时间分辨的测量
小块闪烁体可采用级联射线源 测量 与粒子的入射能量即光强有关
• 大面积闪烁探测器需考虑位置的影响，
可采用宇宙线。 对塑料闪烁体，传播速度 60ps/cm
• S1尺寸不能大，2cm ~100ps • TDC的门信号直接用S1的信号 4
1 2 tot / 2
11
电荷比较法
对不同的粒子，有不同的电荷比值：Qf/Q，Qs/Q
全部电荷 Qt
A
i t1
t2
i
部分电荷
Q p Ai
i t3
t4
t1为电流脉冲起始时间，t2一般在4s以上，它与能量 大小，脉冲幅度大小有关。 t3 和 t4介于t1，t2之间。 • 设置不同的积分时间 • QADC: 相同积分时间，一路延迟，另一路不延迟 • FADC读出
t A
PM Sc int
N p.e
大面积闪烁体或有光导过渡的探测器，传 输导致光的弥散和衰减，时间分辨变差
2
脉冲前沿过甄别阈的时间受到电子学的 两个因素的影响。
脉冲前沿在阈值区涨落的影响 幅度大小对过阈时间的影响 • 极端情况为脉冲的上升沿 （快PMT~2ns） • 可用电子学（恒比定时甄别器）或 软件方法（同时测幅度，时幅修正）。 • 叠加在前沿的电子学小扰动 多阈值测量，脉冲光滑分析 • 组成脉冲前沿的光电子数目涨落 小块闪烁体，直接到达光阴极的快 光子多，传输时差也小，反映了该闪 3 烁体的本征时间分辨。
• 样品的统计性，与原料、工艺 相关。 • 剂量率要尽量与实际使用情况 相当。大剂量率损伤大因不易 恢复 • 辐照后需避光放置几天再测以 减少自发荧光。
8
• 标准的选取与总剂量有关
闪烁体
NaI(T CsI(T l) l)
CsI
BaF2
BGO
GeF
PbWO 4
塑料闪 烁体
累积辐 照剂量 rad
103
五、晶体的光输出和均匀性测量
晶体的光输出和 均匀性影响能量 分辨率 用单能源测量
1 S ave 9
N 9 i
Si
S max S min U S ave
7
六、闪烁体的辐照效应
闪烁体在强辐照环境中随着辐 照剂量的增加光输出会减弱。
闪烁体在辐照下，光透过率和 吸收谱发生变化，导致光输出 降低。（颜色发生变化） 一般用比较辐照前后光输出的 变化来标定
光纤结构:
主要由塑料闪烁体制成。 由纤芯部分和包层组成。 只有满足全反射的闪烁光可以 长距离单向传输。3.4% 双涂层闪烁光纤（折射率渐近 减小到1.42）可使光输出效 率提高到5.6%。
四、探测效率
无机闪烁体
• 对带电粒子效率非常高，故一般指 对的探测效率 • 探测效率：原子序数Z大 • 全能峰探测效率：原子序数Z大，能 量分辨好（发光强） • 晶体量能器需测0，效率是指能探 测到多低能量的射线。 发光强度和电子学噪声是关键 有机闪烁体 • 由于材质轻，对射线探测效率低， 主要探测带电粒子。 • 对大面积闪烁体，由于传输衰减， 远端效率较低。 降低甄别阈或提高PMT高压，但同 时增加噪声
发光衰减时间的测量
1. 用快PMT加示波器做相对参考测量
脉冲达到最大值的时刻为
f RC t m RC RC / f ) f ln(
用已知f的闪烁体推算出测量系统的RC，然后再测 量样品的f。 测量中RC应尽量大。 简单但误差大，尤其是参考样品与待测样品的衰减 时间相差较大时；无法确定多组分光的衰减时间
Flash ADC可在一个通道中进行高频率（可达1G）多次测量 和A/D转换，将每一个电流脉冲随时间的变化经数字化后计录下 来，即可进行波形信息获取。为脉冲形状辨别粒子开辟了崭新的 空间。
12
例如：
R
i 20 50 i 1
A
50
i
A
ຫໍສະໝຸດ Baidu
i
右图为不同能量γ（电子）和α粒 子Qt ,Qp的分布，及不同能量下的 R。可以看出， 大200KeV时可 以将γ和α明显地区分开来。
测量 符合测量可得效率坪曲线， 以输出幅度最小的区域来确定 PMT的工作高压，一般取坪下边 沿+100V
1
五、时间测量
发光衰减时间快的闪烁体，可以用于定时测量
• 有快成份的无机闪烁体如：BaF2，CsF2等（110ns），可测带电粒子和的时间信息。 • 有机闪烁体，~ns，可做成大面积，探测带电粒子的时 间信息。 • 时间分辨包括电子学系统
不同质量的粒子在闪烁体中具有不同的荧光发射，激发 的光具有不同的发光衰减时间。利用此效应可以进行电 子或γ射线与重粒子（n、等）之间的区分 可用快慢两个成分来描述闪烁体的发光
N (t )
N f ()
f
e
t / f
N s(s ) e t / s
对无机闪烁体， 越重的粒子（电离能力强） 具有较短的发光衰减时间， s变化不大、 f 越快。 对有机闪烁体，则正好相反， f变化不大、 s 越快。
5
2. 单光子测量法
采用级联射线源 调节装置，使得一个射线激 发只接受一个光子。这个单光 电子信号的时间分布反映了发 光衰减时间。 保证单光子是关键。设置上甄 别阈，卡掉多光子信号。 调节小窗口，使得小窗口时的 计数率为大窗口的5%，此时 单光子的概率为97%。 精度取决于单光子信号端的 PMT的单光子渡越时间涨落 （~150ps）和时间零点的 精度（~60ps）。 可测多组荧光成份
103
104
104
104
105
106
105
光输出下降约20%
9
§4-5 闪烁探测器的应用
一、无机闪烁体的应用
1、量能器
• 晶体建造的全吸收型电磁量能器是十分典型的应用 测量光子和电子 2% / E(GeV) 能量分辨可达 • 有机闪烁体作为取样量能器的灵敏层
10
2、粒子鉴别 脉冲形状甄别
PSD（Pulse Shape Discrimination）
优质因子
D FOM W1 W2
ΔD为甄别谱上两峰之间距离，W1、 W2分别为两峰的半高宽。FOM越 大，说明甄别效果越好。
13
二、有机闪烁体的应用
1、闪烁光纤
近20年来得到两个方面的促进：
• 铅-闪烁光纤电磁量能器的研究。制作简单，造价便宜，性能中等。 • 新型高灵敏度、低噪声的光电器件的突破使得闪烁光纤可以应用于 带电粒子的能量和径迹测量。
时间分辨的测量
小块闪烁体可采用级联射线源 测量 与粒子的入射能量即光强有关
• 大面积闪烁探测器需考虑位置的影响，
可采用宇宙线。 对塑料闪烁体，传播速度 60ps/cm
• S1尺寸不能大，2cm ~100ps • TDC的门信号直接用S1的信号 4
1 2 tot / 2
11
电荷比较法
对不同的粒子，有不同的电荷比值：Qf/Q，Qs/Q
全部电荷 Qt
A
i t1
t2
i
部分电荷
Q p Ai
i t3
t4
t1为电流脉冲起始时间，t2一般在4s以上，它与能量 大小，脉冲幅度大小有关。 t3 和 t4介于t1，t2之间。 • 设置不同的积分时间 • QADC: 相同积分时间，一路延迟，另一路不延迟 • FADC读出
t A
PM Sc int
N p.e
大面积闪烁体或有光导过渡的探测器，传 输导致光的弥散和衰减，时间分辨变差
2
脉冲前沿过甄别阈的时间受到电子学的 两个因素的影响。
脉冲前沿在阈值区涨落的影响 幅度大小对过阈时间的影响 • 极端情况为脉冲的上升沿 （快PMT~2ns） • 可用电子学（恒比定时甄别器）或 软件方法（同时测幅度，时幅修正）。 • 叠加在前沿的电子学小扰动 多阈值测量，脉冲光滑分析 • 组成脉冲前沿的光电子数目涨落 小块闪烁体，直接到达光阴极的快 光子多，传输时差也小，反映了该闪 3 烁体的本征时间分辨。
• 样品的统计性，与原料、工艺 相关。 • 剂量率要尽量与实际使用情况 相当。大剂量率损伤大因不易 恢复 • 辐照后需避光放置几天再测以 减少自发荧光。
8
• 标准的选取与总剂量有关
闪烁体
NaI(T CsI(T l) l)
CsI
BaF2
BGO
GeF
PbWO 4
塑料闪 烁体
累积辐 照剂量 rad
103