闪烁探测器的分析报告

在研究放射性检测方法的过程中，根据阅读资料与分析得知建材中包含的Ra、Th、K等元素发出的γ射线能量分别为352.8、328.6、1460keV。不同能量的γ射线照射到NaI闪烁体上产生的光子数不同，γ射线能量越大产生的光子数也越多，经过光电倍增管和前置放大电路后输出的电压脉冲峰值也越大。当某一元素在建材中含量较高时，它产生的对应某一峰值的脉冲数越多。再经过后期信号调理、峰值检测、A/D采集、信号计算处理便可完成检测。故选用NaI 闪烁探测器作为传感器部分。闪烁探测器由于其对γ射线的探测分辨时间短、探测效率高、能测量射线的能量的优点，所以它是目前应用的最广的γ射线探测器。

所选用的闪烁探测器为北京滨松光子公司生产的CH149-01型探测器，它包括闪烁体、光电倍增管、高压电源和前置放大器。

闪烁体的种类很多，按其化学性质不同可分为无机晶体闪烁体和有机闪烁体。有机闪烁体包括有机晶体闪烁体、有机液体闪烁体和有机塑料闪烁体等。最常用的无机晶体是铊激活的碘化钠单晶闪烁体，常记为NaI（Tl），属离子型晶体。纯粹的碘化钠晶体，其能带结构是在价带和导带之间有比较宽的禁带，如有带电粒子进入到闪烁体中，将引起后者产生电离或激发过程，即可能有电子从价带激发到导带或激发到激带，然后这些电子再退激到价带。退激的可能过程之一是发射光子，这种光子的能量还会使晶体中其它原子产生激发或电离，也就是光子可能被晶体吸收而不能被探测到，为此要在晶体中掺入少量的杂质原子（激活原子），如在碘化钠晶体中掺入铊原子，其关键作用是可以在低于导带和激带的禁带中形成一些杂质能级。这些杂质原子会捕获一些自由电子或激子到达杂质能级上，然后以发光的形式退激到价带，这就形成了闪烁过程的发光，而这种光因能量小于禁带宽度而不再被晶体吸收，不再会产生激发或电离。这说明只有加入少量激活杂质的晶体，才能成为实用的闪烁体。对于NaI（Tl）单晶闪烁体而言，其发射光谱最强的波长是415 nm的蓝紫光，其强度反映了进入闪烁体内的带电粒子能量的大小，选择适当大小的闪烁体，可使这些光子一射出闪烁体就被探测到。我们选择的即为NaI闪烁体，其规格为φ40mm*40mm，它通过光电效应可将γ射线的能量转化为成比例的荧光量。

光电倍增管直径为φ51mm。光电倍增管是一种真空管，它由入射窗、光电

面、倍增系统和阳极等构成，它将荧光量转化成呈比例的电荷量，经前置放大器变换成为电压脉冲。当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。此外，光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点。为了防止闪烁体和光电面窗材间的光损失，通过耦合材料把闪烁体紧密贴在光电倍增管上。经过光电倍增管产生输出信号，通常为电流脉冲或电压脉冲，然后通过起阻抗匹配作用的射极跟随器，由电缆将信号传输到电子检测仪器中去。为减小输入偏置电流，前置放大器采用FET输入型。

CH149为阴极接地加正高压工作，所加高压因各个探测器而不同。内置前置放大电路采用12V电压供电，负极性信号输出。故将探测器七芯插座电源内芯线接入12V输入，七芯插座电源线屏蔽线接地，信号接口BNC接头信号线接入电路。对于高压接口，探测器出厂时内部高压已调到坪中位置，故不予以调节。探头测放射源137Cs时，输出脉冲幅度1V，脉冲幅度分辨率为7.2%，坪长电压240V，外形尺寸为φ59*254mm，工作温度0--40℃。