第九章--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
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
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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。
闪烁探测器1
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。
2013-8-21 中国科大 汪晓莲 10
利用单光子测量 闪烁体发光衰减时间
2013-8-21
中国科大 汪晓莲
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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
•
• •
•
•
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。
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。
【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-PPT课件
第五章 闪烁探测器
(scintillation detectors)
1
why scintillation detectors?
和气体探测器一样，闪烁探测器也是现在用得最多、 最广泛的一种电离辐射探测器。
• • • • • NaI：在γ能谱测量中的应用。 CsI：在中微子探测中的应用。 BGO：在中子感生γ能谱分析（煤质分析）中的应用。 CdWO4：工业CT LaBr3：一种新型的优质闪烁探测器
3. 发光时间 4. 闪烁体其它特性
哪一项与闪烁体的能量分辨率最相关？
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1. 发射光谱
闪烁体发射光子数与光子波长(能量)的关系曲线。
发射光谱与闪烁体、激活剂、移波剂、温度有关。
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2. 发光效率
发光效率可用三种量来描述： ① 光能产额 ② 闪烁效率 ③ 相对闪烁效率（相对发光效率）
(1)光能产额 (光输出，光产额)
不同类型辐射激发时stilbene 晶体的发光衰减曲线
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可以用作粒子甄别。
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
f (ns)
0.6 10 6.2 33 2.4
s (s)
0.62 1.0 0.37 0.37 0.20 0.23
塑料闪烁体
NaI(Tl)
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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)
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。
大气环境监测第九章ppt课件
粒子（正的或负的）的总电量值，C； 二）吸收剂量
它用于表示在电离辐射与物质发生相互作用时单 位质量的物质吸收电离辐射能量大小的物理量。
三）剂量当量 剂量当量定义为，在生物机体组织内所考虑的一个
在 整 堂 课 的 教学中 ，刘教 师总是 让学生 带着问 题来学 习，而 问题的 设置具 有一定 的梯度 ，由浅 入深， 所提出 的问题 也很明 确
体积单元上吸收剂量、品质因数和所用修正因数的乘 积，即：
H = DQN 式中：D—吸收剂量，Gy；
Q—品质因数，其值决定于导致电离粒子的初 始动能、种类及照射类型等；
N—所有其他修正因数的乘积。 应用剂量当量来描述人体所受各种电离辐射的危 害程度，可以表达不同种类的射线在不同能量及不同 照射条件下所引起生物效应的差异。
次级宇宙射线：初级宁宙射线进入大气层后与空
在 整 堂 课 的 教学中 ，刘教 师总是 让学生 带着问 题来学 习，而 问题的 设置具 有一定 的梯度 ，由浅 入深， 所提出 的问题 也很明 确
气中的原子核相互碰撞，引起核反应并产生一系列其 他粒子，通过这些粒子自身转变或进一步与周围物质 发生作用。由介子(约70％)、核子和电子(约30％)组 成。次级宇宙射线能量比初级宇宙射线低。
大多数放射性核素均可出现在大气中．但主要是 氡的同位素，特别是222Rn。氡是镭的衰变产物，能从 含镭的岩石、土壤、水体和建筑材料中逸散到大气。
在 整 堂 课 的 教学中 ，刘教 师总是 让学生 带着问 题来学 习，而 问题的 设置具 有一定 的梯度 ，由浅 入深， 所提出 的问题 也很明 确
其衰变产物是金属元素，极易附着于气溶胶颗粒上。 二、放射性污染的危害 一）放射性物质进入人体的途径
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。
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。
(整理)辐射探测与测量-要求及答案 四川大学版
熟悉内容： 1. 闪烁体的作用； 2. 光电倍增管中光阴极、次阴极、阳极的作用； 光阴极是接受光子并放出光电子的电极。 次阴极又称倍增极打拿极，使通过光阴极的光电子通过各级时倍增。 阳极把所用电子收集起来，转变成电信号输出。 3. 光电倍增管暗电流产生的原因、对测量的影响？？？？？；
6. 几个概念： 电离损失：带电粒子与靶物质中的原子的原子核外的电子发生非弹性碰撞，导致原子电离或 激发，因而损失其能量。 辐射损失：入射带电粒子与物质原子核发生非弹性碰撞时，以辐射光子的形式损失能量。 散射：β粒子与靶物质原子核库仑场作用时，只改变运动方向，而不辐射能量，这种过程称 为弹性散射。 轫致辐射：带电粒子与物质原子核发生非弹性碰撞时，带电粒子接近原子核时，速度迅速降 低，会发出电磁波，产生轫致辐射。 射程：入射粒子在吸收物质中，沿入射点到它终点之间的直线距离。 比电离：单位路程上的离子对数目。 歧离现象： 光电效应：γ光子与靶物质相互作用，γ光子的全部能量转移给原子中的束缚电子，使这些 电子从原子中发射出来，γ光子本身消失。 康普顿效应：入射入射γ光子与原子核外的电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转移给 电子，使它反冲出来，而光子的运动方向和能量都发生了变化，而称为散射光子。 电子对效应：γ射线从原子核旁边经过时，在原子核的库仑场作用下，γ光子转化为一个正 电子和负电子。 角分布： 吸收曲线：粒子强度随吸收片厚度的变化的曲线。 吸收系数： 半吸收厚度：
1）测量坪曲线的方法、坪曲线各参数、由坪曲线选择工作电压的方法； 起始电压：计数管放电的阈电压；坪斜：通常以工作电压 Vp 每增 100V（或 1V）时的计数率增长的百分率表示；坪 长：坪区长度；
精品文档
精品文档 2）死时间、恢复时间、分辨时间；
第九章 同位素示踪技术.
第九章 同位素示踪技术在反刍动物营养研究中的应用第一节 同位素示踪技术的原理与方法简介同位素示踪是除能量平衡、物质平衡（C 、N ）试验及相关的化学分析技术之外的另一类动物营养学的重要研究方法。
同位素示踪主要应用于营养物质动态代谢过程的观察，这方面的研究用常规技术无法实现。
诸如食糜流通量、营养物质吸收等方面的研究，常规研究手段也可以实现，但应用同位素示踪技术可以提高测定的准确性、减少对动物的外科手术处理、重复利用相同的动物或得到更多的信息。
另外，同位素研究还是矿物质代谢研究的重要手段。
虽然同位素示踪技术的应用受到对仪器设备条件要求较高的限制，但其独特的优越性已使其得到越来越广泛的应用。
一. 同位素示踪技术的原理同位素示踪技术在反刍动物营养研究中的用途广泛。
如营养物质的消化吸收、食糜的流通量测定、菌体蛋白合成、体组织的合成与分解、器官代谢、矿物质代谢乃至能量代谢和体成分估测等均可应用不同的同位素示踪技术实现。
这些同位素示踪技术均利用了同位素原子化学性质相同、物理性质不同的特点，通过示踪原子位置、数量的变化观察物质的代谢。
在方法原理上主要有以下三个方面。
这些原理的组合运用形成了各种技术方法。
⒈ 同位素稀释：如测定某种代谢物在代谢池中的总量，在无法测定代谢池总容量的情况下，向代谢池中注入一定数量的同位素标记代谢物，取得代表性样品后测定同位素富集度（比活度），可以计算出池中代谢物总量。
假设使用稳定性同位素标记的代谢物进行示踪。
注入代谢物的该同位素富集度（某同位素量/代谢物中该元素总量）为Ei ，代谢物注入量为I ；代谢池中代谢物中该同位素的富集度为Ec ，代谢物总量为M ；注入示踪物后代谢池的同位素富集度为Eci 。
其中Ei 、I 为已知量，Ec 、Eci 为可测量，求M 。
()()Eci Ei I Ec M /I M =⨯+⨯+ 则：()()M Ei Eci I /Eci Ec =-⨯-⎡⎤⎣⎦同时测定池中代谢物的浓度C，可以求出代谢池的容积V。
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
闪烁体探测器概述
四．常用闪烁体
1、NaI(Tl)晶体
优点：
密度大， =3.67g/cm3 ，探测效率高；
Z高，碘(Z=53)占重量85% ，光电截面大；
相对发光效率高，为蒽的两倍多；
发射光谱最强波长415nm，与PMT光谱响应配合； 晶体透明性能好；
能量分辨率较高，~7.5%@662keV-。
闪烁探测器
核辐射与某些透明物质相互作用，会使其电离、激发
而发射荧光；闪烁探测器就是利用这一特性工作的
时间特性好，探测效率高。 闪烁体 光电倍增管 闪烁探测器的输出信号
闪烁探测器的性能
单晶能谱仪—NaI(Tl)晶体谱仪
1
§9.1 闪烁探测器基本原理
闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生的电离、激 发而产生的荧光来探测电离辐射的探测器。闪烁探测器由 闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。
nf
f
e
t f
t s + ns e
s
有机闪烁体的发光衰减曲线
14
几种闪烁体的发光衰减时间
闪 烁 体 BaF2 CsI(Tl)
f (ns)
0.6
s(s)
0.62
10
6.2 33
1.0
0.37 0.37
芪
蒽 液体闪烁体
2.4
Байду номын сангаас1.3
0.20
0.23
15
塑料闪烁体
NaI(Tl)
使用闪烁体时还应考虑：
于10-9s）决定。
闪烁体受激后，电子退激过程及闪烁体发光过程一般服从指 数衰减规律 对于大多数无机晶体,t时刻单位时间发射光子数：
闪烁体探测器的基本介绍
闪烁体探测器的基本介绍秦1林2（中国石油大学华东，青岛，255680）摘要：闪烁体探测器是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的，也是目前应用最多、最广泛的电离辐射探测器之一。
关键词：闪烁体；辐射；电离激发早在1903年，威廉·克鲁克斯就发明了由硫化锌荧光材料制成的闪烁镜并用其观察镭衰变放出的辐射；卢瑟福在其著名的卢瑟福散射实验中也曾使用硫化锌荧光屏观测α粒子。
不过，由于传统荧光材料在使用上很不方便，闪烁探测器一直没有大的进展。
1947年Coltman和Marshall 成功利用光电倍增管测量了辐射在闪烁体内产生的微弱荧光光子，这标志着现代闪烁体探测器的发端。
1. 基本构成与原理闪烁体主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。
图1 闪烁体探测器基本构造入射辐射在闪烁体内损耗并沉积能量，引起闪烁体中原子（或离子、分子）的电离激发，之后受激粒子退激放出波长接近于可见光的闪烁光子。
闪烁光子通过光导射入光电倍增管的光阴极并打出光电子，光电子受打拿级之间强电场的作用加速运动并轰击下一打拿级，打出更多光电子，由此实现光电子的倍增，直到最终到达阳极并在输出回路中产生信号。
2. 闪烁体的分类很多物质都可以在粒子入射后而受激发光，因此闪烁体的种类很多，可以是固体、液体或气体。
闪烁体材料大致可分为以下三类：（1）用于γ射线探测的CsI(Tl)晶体无机闪烁体：包括碱金属卤化物晶体（如NaI(Tl)、CsI(Tl)等，其中Tl是激活剂）、其他无机晶体（如CdWO4、BGO等）、玻璃体。
（2）有机闪烁体：有机晶体（如蒽、芪等）、有机液体、塑料闪烁体。
（3）气体闪烁体：如氩、氙等。
3 闪烁体的性质3.1发光效率高能够将入射带电粒子的动能尽可能多地转换为闪烁光子数。
3.2线性好入射带电粒子损耗的能量在很大范围内与产生闪烁光子数保持线性关系。
3.3发射光谱与吸收光谱不重叠闪烁体介质对自身发射光是透明的，不存在自吸收。
闪烁探测器的设计原理及应用
闪烁探测器的设计原理及应用闪烁探测器是指一种能够探测高能带电粒子的探测器，主要应用于核物理、高能物理、天文物理等领域。
闪烁探测器的优点是具有高能量分辨率和高时间分辨率，可以追踪高能带电粒子的能量沉积和时间分布。
本文将介绍闪烁探测器的设计原理及其应用。
一、闪烁体闪烁探测器的核心是闪烁体，它是一种能够吸收高能带电粒子并发出光信号的材料。
因此，闪烁体的要求是具有高能量吸收率和高发光效率。
常用的闪烁体有无机晶体和有机塑料。
无机晶体包括NaI(Tl)、CsI(Tl)、Bi4Ge3O12等，其中NaI(Tl)是最常用的无机闪烁体。
有机塑料包括聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚异丁烯(PIB)等，其中聚苯乙烯是最常用的有机闪烁体。
无机晶体具有较高的能量分辨率和较长的寿命，而有机塑料具有较高的发光效率和低成本。
二、闪烁机制当高能带电粒子进入闪烁体时，与闪烁体原子发生相互作用，从而使原子中的电子被激发到较高的能级。
电子在激发态不稳定，会通过跃迁回到基态时释放出能量，并产生光子。
这些光子会在闪烁体内不断地反射和被发射，最终被闪烁探测器的光电倍增管或光电二极管探测到并转换为电信号。
三、闪烁探测器的组成闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管或光电二极管、读出电路和数据处理系统等部分组成。
当闪烁体中的带电粒子产生光信号时，光电倍增管或光电二极管将其转换为电信号，并将其放大。
读出电路会将电信号转换为数字信号，并将其送回数据处理系统进行处理。
数据处理系统可以通过分析闪烁光信号的时间、能量等特征来确定带电粒子的能量和位置。
四、应用场景闪烁探测器广泛应用于核物理、高能物理、天文物理等领域。
其中最重要的应用场景是核物理实验。
闪烁探测器可以被用来探测放射性粒子的能量和位置，从而帮助研究核反应的基本原理。
同时，它还可以用于测量宇宙射线中带电粒子的能量，帮助研究宇宙空间的物理环境。
此外，闪烁探测器还可以应用于辐射检测和医学成像。
闪烁体探测器教学PPT
激带
禁带
满带
▼导带上自由电子和满带上空穴可以复合成激子；
▼入射粒子可以产生电子-空穴对，也可产生激子。退激可 能发出光子，也可能晶格振动而不发光。
纯离子晶体：
e
导带
退激发出的光子容易
激带 被晶体自吸收，传输
出的光子少禁带宽度
禁带
大，退激发光在紫外
光范围，光阴极不响
应
h
满带
在晶体中掺杂,叫做激活剂,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。
第五章 闪烁探测器
荧光物质，闪烁体。 时间特性好，探测效率高。
闪烁体 光电倍增管 闪烁探测器的输出信号 闪烁探测器的性能 单晶能谱仪
§5.1 构成和工作原理
构成(探头):
荧光 光子
反射层 窗
光电倍增管 (打拿极) 分压器 前置放大器
多道或单道
高压 闪烁测器的工作过程：
• 发光效率高； • 多晶粉末；
• 透光性差，厚度约10~20mg/cm2 。
5、有机液体闪烁体
• 发光衰减时间短，~2.4ns ； • 透明度好，制备容易，成本低。
缺点：容易潮解。
NaI(Tl)晶体封装结构
1-硬质玻璃； 2-NaI(Tl)晶体； 3-光学耦合剂； 4-光反射层； 5-金属铝壳； 6-海绵垫衬； 7-密封环氧树脂。
2、CsI(Tl)和CsI(Na)晶体
优点： • 密度大， =4.51g/cm3 ；
• Z高，铯(Z=55)，碘(Z=53) ； • 机械强度好； • 加工性能好； • CsI(Tl)可以用作粒子鉴别。
(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。
核医学试题、试卷含答案
核医学考试试题一、单项选择题〔25题1分/题〕B1关于核医学内容不正确的选项是：ASPECT是单光子发射计算机断层B核医学不能进行体外检测CPET是正电子发射计算机断层D核医学可以治疗疾病E99m Tc是常用的放射性药物B2 脏器功能测定、脏器显像以及体外放射分析等其共同原理是：A 动态分布原理B 射线能使物质感光的原理C 稀释法原理D 物质转化原理E示踪技术的原理E3 图像融合的主要目的是A判断病灶大小和形态B 病灶区解剖密度的变化C 病灶区解剖形态的变化D 提高病灶的分辨率E 帮助病灶的定位C4 体内射线测量通常测量A α粒子B β粒子C γ粒子Dβ+粒子 E 中子C5 核医学射线测量探头中通常包括A 射线探测器和脉冲幅度分析器B 自动控制和显示系统C、射线探测器和前置放大器D前置放大器和脉冲幅度分析器 E 脉冲幅度分析器和计数率D6 1uci表示A、每秒3.7×1010次核衰变B、每秒3.7×107次核衰变C、每秒3.7×105次核衰变 D 、每秒3.7×104次核衰变E、每秒3.7×103次核衰变B7 决定放射性核素有效半衰因素是A 粒子的射程B 物理半衰期和生物半衰期C 淋洗时间间隔D 断层重建方式E 测量系统的分辨时间A8 甲状腺I显像时用那种准直器：A高能通用平行孔准直器B低能通用平行孔准直器C低能通用高分辨率准直器D、针孔准直器E任意B9 放射性核素肝胶体显像病人准备包括A清洁口腔B 无需任何特殊准备C 空腹过夜 D 隔夜灌肠E 术前饮水E10 哪项描述肾静态显像原理是不正确的A 肾静态显像的显像剂为99m Tc〔Ⅲ〕二羟丁二酸B DMSA主要聚集在肾皮质，注药后10分钟肾摄取达顶峰C 在1h肾摄取血中DMSA的4%-8%，其中50%固定在肾皮质D 静脉注射1h后，12%DMSA滞留于肾皮质内并保存较长时间，30%-45%排出体外E 注药后3-4h进行显像，以防止显像剂中排泄快的那一局部在肾盏肾盂和集合管内的放射性对皮质显影的干扰B11 肾图a段描述正确的选项是A a段为聚集段，即静脉注射示踪剂后急剧上升段Ba段为出现段，此段放射性主要来自肾外血床，80%来自肾小管上皮细胞的摄取，它的高度一定程度上反映肾血流灌注量C、a段为排泄段D、此段放射性主要来自肾内血床E、10%来自肾小管上皮细胞的摄取C12 临床上为鉴别瘤治疗的疤痕与肿瘤复发病灶，最为有效的方法是：A X-CT BMRI C 18F-FDG PETD 常规X线摄片E 超声检查D13 哪种显像剂可用于肾上腺髓质显像A131I –马尿酸B、131I –氨基酸C 、131I -6-胆固醇D、131I –MIBGE、131I- HIPC14心肌灌注显像极坐标靶心图，是根据以下那种图像制成：A 垂直长轴图像B 水平长轴图像C 短轴断层图像D 冠状断层图像E LAO30-45D15 淋巴显像目前最常用的放射性药物A 99m Tc-硫胶体B 99m Tc-HASC 99m Tc-脂质体D 9、9m Tc-右旋糖酐E 99m Tc-植酸钠D16 关于耻骨下方位骨显像描述正确的选项是A 疑有尾骨病变B 使用针孔准直器C 患者取仰卧位D探头置于检查床下方E双腿并拢，脚尖相对D17显像剂在病变组织内的摄取明显低于周围正常组织，此种显像是：A动态显像B、早期显像C阳性显像D阴性显像E平面显像C18 131I治疗甲亢确定剂量时，哪项是应考虑增加剂量的因素A 病程短B未经任何治疗C 结节性甲状腺肿 D Graves病 E 年龄小B19 以下哪项是诊断尿路梗阻的依据：A肾脏指数>45% B半排时间>8分钟C峰时<4.5 D峰值差<30%E 分浓缩率<6%D20 骨肿瘤病灶浓聚放射性药物153Sm-ED TMP的机理是A 抗原抗体反B 配体受体结合C 肿瘤细胞特异摄取D病灶部位骨代谢活泼形成的放射性药物浓聚E 放射性药物是肿瘤细胞的代谢底物A21 对于患者的防护，核医学技术人员最关心的是A 实践的正当性与防护的最优化B 患者的年龄与体质C 配合医生做好核医学诊断和治疗D 职业人员的受照剂量E 、放射性废物的收集管理A22 18F-FDG的显像示病灶局部葡萄糖代谢率增高可能是A 脑瘤复发或残留B 、瘢痕组织C 、放疗效果良好D 、化疗效果良好E 、肿瘤坏死C23门控心血池显像时，应用以下那种显像剂图像质量最好：A 体内法标记RBCB 混合法标记RBC C 体外法标记RBCD 99m Tc –HAS E、99m Tc -DTPAE放射性药物的放化纯度C24 “弹丸〞注射的正确描述是A、“弹丸〞不要求特定剂量下体积不超过1ml B 、“弹丸〞要求特定剂量下体积随意C、“弹丸〞要求特定剂量下体积不超过1mlD 、“弹丸〞要求大剂量下体积尽可能超过1mlE 、“弹丸〞要求特定剂量下体积尽可能大D25 静脉注射肝胆显像剂被肝的何种细胞吸收：A、肝巨噬细胞B、胆管细胞C血管上皮细胞D、肝细胞E、转移性肿瘤细胞核医学试题D 1.以下核素中,哪一种不发射β射线?A.I-131B.P-32C.Au-198D.Tc-99mA2.放射性核素衰变衰变的速度取决于____。
闪烁体探测器的基本介绍
闪烁体探测器的基本介绍秦1林2（中国石油大学华东，青岛，255680）摘要：闪烁体探测器是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的，也是目前应用最多、最广泛的电离辐射探测器之一。
关键词：闪烁体；辐射；电离激发早在1903年，威廉·克鲁克斯就发明了由硫化锌荧光材料制成的闪烁镜并用其观察镭衰变放出的辐射；卢瑟福在其著名的卢瑟福散射实验中也曾使用硫化锌荧光屏观测α粒子。
不过，由于传统荧光材料在使用上很不方便，闪烁探测器一直没有大的进展。
1947年Coltman和Marshall成功利用光电倍增管测量了辐射在闪烁体内产生的微弱荧光光子，这标志着现代闪烁体探测器的发端。
1.基本构成与原理闪烁体主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。
图1 闪烁体探测器基本构造入射辐射在闪烁体内损耗并沉积能量，引起闪烁体中原子（或离子、分子）的电离激发，之后受激粒子退激放出波长接近于可见光的闪烁光子。
闪烁光子通过光导射入光电倍增管的光阴极并打出光电子，光电子受打拿级之间强电场的作用加速运动并轰击下一打拿级，打出更多光电子，由此实现光电子的倍增，直到最终到达阳极并在输出回路中产生信号。
2.闪烁体的分类很多物质都可以在粒子入射后而受激发光，因此闪烁体的种类很多，可以是固体、液体或气体。
闪烁体材料大致可分为以下三类：（1）用于γ射线探测的CsI(Tl)晶体无机闪烁体：包括碱金属卤化物晶体（如NaI(Tl)、CsI(Tl)等，其中Tl是激活剂）、其他无机晶体（如CdWO4、BGO等）、玻璃体。
（2）有机闪烁体：有机晶体（如蒽、芪等）、有机液体、塑料闪烁体。
（3）气体闪烁体：如氩、氙等。
3 闪烁体的性质3.1发光效率高能够将入射带电粒子的动能尽可能多地转换为闪烁光子数。
3.2线性好入射带电粒子损耗的能量在很大范围内与产生闪烁光子数保持线性关系。
3.3发射光谱与吸收光谱不重叠闪烁体介质对自身发射光是透明的，不存在自吸收。
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解决办法：在晶体中掺入少量杂质。
称为“激活剂”的杂质在晶格形成特殊的 晶格点，并在禁带中形成一些局部能级。
选择合适的杂质，使它的激发能级比晶体 的导带、激带低，而基态比价态高。杂质 能级成为发光中心。
由于杂质的电离能小于典型晶格点的电离 能，原子受激产生的电子、空穴将迅速迁 移到杂质能级的激发态和基态，即使杂质 原子处于激发状态。
导带上的自由电子和价带空穴可以复合成
激子，相反，激子也可以受热运动而变成
自由电子－空穴对。
6
退激过程将可能发出光子，也可能变成晶 格振动能而不发光。
出现的问题： A）对纯离子晶体，退激发出的光子容易被 晶体自吸收，传输到晶体外的光子很少；
B）由于离子晶体禁带宽度大，退激发出的 光子能量为紫外范围，一般光电倍增管的 光阴极不能响应，这些发射的光子不能被 有效利用。
纯晶体 Bi4Ge 3O12
BGO
2) 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.
3) 气体闪烁体：Ar、Xe等。
4
2、闪烁体的发光机制
1) 无机闪烁体的发光机制
激活剂
重点分析掺杂的无机晶体，以NaI(Tl)， CsI(Tl),CsI(Na)属于离子晶体等为最典型，
又称卤素碱金属晶体。
(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。
3
9.1 闪烁体
1、闪烁体的分类
1) 无机闪烁体：
无机晶体(掺杂) NaI Tl , CsI Tl , ZnSAg
玻璃体 LiO2 2SiO2 Ce (锂玻璃)
1) PMT的主要部件和工作原理
半透明光阴极 光电子轨迹
入射光
真空壳
聚焦电极 打拿极
阳极20
2) PMT的类型
(1) 外观的不同
(2) 根据光阴极形式
21
(3) 根据电子倍增系统 聚焦型
非聚焦型
具有较快的响应 时间，用于时间 测量或需要响应 时间快的场合。
电子倍增系数较 大，多用于能谱 测量系统。
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。
禁带
导带 价带
激带
5
对于离子晶体，辐射射入闪烁体使晶体 原子电离和激发。
结果使得价带中的一些电子由原来位置跃 迁过禁带而进入导带，成为自由电子，同 时在价带中形成空穴。（电离）
电子也可能跃迁到较低的激带，这时产 生的电子－空穴对称之为激子。激子只 能在晶格中束缚在一起运动。（激发）
ZnSAg 将 ZnSAg 粉末加1%有机玻璃粉末
溶于有机溶剂涂于有机玻璃板上， 透明度差，薄层，测α,β粒子。
有机液体闪烁体 溶剂(二甲苯)+发光物质
(PPO)+移波剂(POPOP)。放于
玻璃或石英杯中。
塑料闪烁体 苯乙烯(单体)+ PPO + POPOP，聚
合成塑料。 17
18
5、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 不符或其它特殊需要。
19
9.2 光电倍增管
1、PMT的结构——光电倍增管为电真空器件。
第九章
闪烁探测器
Scintillation Detector
1
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。
荧光 光子
反射层 窗
光电倍增管 (打拿极) 分压器
前置放大器
多道或单道 高压
闪烁体
光电子 光阴极
阳极
管座
暗盒
2
闪烁探测器的工作过程：
(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。
9
③ 激发态是亚稳态，电子可以在此状态保持一 段较长的时间，像掉入陷阱一样。 这些电子可以从晶格振动中获得能量，重新跃迁 到导带，然后再通过发射光子而退激，因而发光 的衰减时间较长，称之为“磷光”。
2) 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。
0
得到：
n t nph e t
对于大多数有机闪烁体及若干无机闪烁体 的发光有快、慢两种成分：
n t
nf
t
ns
t
nf
e
t
f
ns
e
t
s
f
s
快、慢两种成分的相对比例随入射粒子而
变化 。
15
4、常用闪烁体
NaI Tl 发光效率高，Z,高，适宜于射线探
测。易潮解，须仔细封装。
16
CsI Tl 不潮解，价贵。
10
3、闪烁体的物理特性 1) 发射光谱
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。
11
2) 发光效率与光能产额
指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。
以NaI(Tl)为例：
对β粒子 Cnp 13%；对α粒额：
Yph
nph E
光子数 MeV
nph为产生的闪烁光子总数。
发光效率与光能产额的关系：
Y ph
n ph E
E ph hv
1 E
C np hv
以NaI(Tl)为例 对1MeV的β粒子，发射光子平均能量 h 3eV
8
激发态的杂质原子有三种可能的退激方式：
① 电子从激发态立即跳回基态，发射出光子，发
光的衰减时间通常在10-7s以内，称为“荧光”。
荧光光子为可见光的范围，且有效地克服了发 光的自吸收，使晶体的发射光谱和吸收光谱有 效的分离。
② 电子把激发能转换为晶格的振动(热运动)而到 达价带，并不发射光子，这种过程称为“淬灭 过程”。
Y ph
0.13 3eV
4.3 104
光子数 MeV 13
3) 发光衰减时间
受激过程大约 109 1011 Sec 退激过程及闪烁体发光过程按指数规律
对于大多数无机晶体，t时刻单位时间发
射光子数：
nt
n0e
t
τ为发光衰减时间，即发光强度降为1/e所
需时间。
14
由总光子数
nph
n0e
t
dt
n0