第4讲-核辐射探测器的最新进展教学教案
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b 快中子与含H物质作用,反冲质子能量分布为以中子最大能 量为上限的等几率分布。而快中子与含D物质作用,反冲质子 能量分布中出现峰，这可以用于本底甄别，有效探测快中子。
1.4 Gd2(SiO4)O:Ce 与Lu2(SiO4)O:Ce
Gd2SiO5:Ce是过氧正硅酸钆(铈)，简记作GSO，或GSO:Ce。 Lu2SiO5:Ce过氧正硅酸镥(铈)，简记作LSO，或LSO:Ce。 GSO:Ce闪烁体最早于1983年，由Takagi和Fukazawa已报告研制成 功，但是作为闪烁探测器引起重视，是近几年的事情。因此可以说， 上述两种用铈激活的镧系元素晶体闪烁体，是近几年来闪烁探测器 研制的最新进展。
生产工艺、探测器使ຫໍສະໝຸດ Baidu环境条件与价格
最近十几年来，研制成功多种新型核辐射探测器，
部分新品种已经形成为商品而逐渐被市场接受；
部分探测器已经被淘汰或被逐步取代；
部分“老”探测器被重新认识而得以“重用”。
1.新型核辐射探测器
1.1 LaCl3(Ce)与LaBr3(Ce)
LaCl3(Ce) 是用铈(Ce)激活的氯化镧晶体。 LaBr3(Ce) 是用铈(Ce) 激活的溴化镧晶体。它们都近几年研制成功的镧系元素新型γ闪烁 体。其中，特别是LaBr3(Ce) ，其对γ与X射线的高阻止本领；快闪 烁时间；极高的能量分辨率以及稳定的温度特性，使其应用前景 诱人。
第4讲 核辐射探测器的最新进展
汲长松
中核（北京）核仪器厂 2009年11月
核辐射探测器的发展是核技术进展的标志之一，一个国家核辐射探 测器的研制与制作水平，也是该国核技术水平高低的重要标志之一。 核辐射探测器的发展与核探测技术的发展同步，经历了由计数，测 谱，到图像显示的发展历程。对核辐射探测器的发展要求是：辐射 转换效率高、高探测器效率、快时间、高（脉冲幅度、能量）分辨 率以及大体积，组成阵列等。
光输出，光子/MeV： 7.8×103
闪烁衰减时间，ns： 60
快成分
56
慢成分
600
折射系数（发射峰波长）：1.9
有效原子序数：
59
能量分辨率（662keV），%：8.0
辐射长度，cm：
7.4 420 [是BGO的5倍]
40 （85%~90%） (10%~15%) 1.82
66 12.4 1.14
LSO与GSO的主要特点是有效原子序数高，γ阻止本领大；闪烁衰 减时间快，可用于快计数 ；光输出与闪烁衰减时间随温度的变化极 为平缓（GSO）。
Gd2SiO5:Ce与Lu2(SiO4)O:Ce闪烁体技术数据
GSO
LSO
密度,g/cm3：
6.71
最强发射波长，nm： 430
相对闪烁效率[NaI(Tl)]，%：2075
2
能量分辨率（662keV），%： 30
时间分辨(FWHM),ps： 1000
潮解性：
不
光电子产额：
250
[1. 511keV能量沉积;
2. 50%光收集效率;
3. 20%量子---光电子转换效率]
1.3.3含氘(D)塑料闪烁体[191]
在塑料闪烁体中，用氘取代氢而制成的塑料闪烁体。
a 中微子ν与氢核的(ν,H)反应，伴随很强的本底。而(ν,D)反应 中没有这一本底。
0.0047 0.0095 0.0143
5.39
5.38
5.35
3.73
3.64
3.53
424
425
425
80.7
78.2
75.2
79
62
51
9
10.5
12.5
1.3.2 含铅(Pb)塑料闪烁体
塑料闪烁体(含铅10%)性能指标
密度,g/cm3：
1.12
光产额，光子/MeV： 5000
闪烁衰减时间，ns：
CdZnTe和CdTe 晶体的基本特性
半导体种类 原子序数 禁带宽度，eV 电阻率，Ω·cm
（μτ）e，103 cm2/V （μτ）h，105 cm2/V
CdTe 48.52 1.44 约109
（0.1～2） 1～10
CdZnTe 48.30.52 1.6 （1～5） ×1010 （0.8～9） 0.1～1
Gd原子数， 0
×1022/ cm3
H原子数， 5.41
×1022/ cm3
C原子数， 3.82
×1022/ cm3
最强发射波 424
长，nm
透度(λmax)， 82.8
％
光输出，％ 100
热中子
0
(E≤0.5eV)探
Gd质量份额 ，％
1
2
3
1.182 1.195 1.204
1.475 1.456 1.457
1.2 CdZnTe/CdTe 二十多年的探索与对比而最后胜出的化合物半导体探测器。 决定性的优点：半导体探测器的极高能量分辨率，
可在室温下很好地工作 CdTe/CdZnTe（20％ZnTe，80％CdTe）晶体的原子序数高、禁带能 宽大、电阻率高，非常适合探测能量(10～500)keV的光子， 目前的生产工艺可制备体积为(1～2)cm3的CdZnTe/CdTe单晶，探测 能量达到1MeV以上 在X射线、γ射线能谱测量方面具有广泛应用前景。 CdZnTe/CdTe晶体性能接近
LaCl3(Ce) 与LaBr3(Ce) 最突出的特点是高能量分辨率 。对137Csγ的 光电峰分辨率分别为3.9%与2.8%。.其次是快闪烁时间与高光输出。
有人预言LaBr3(Ce) 将是NaI(Tl)的升级换代的高性能探测器
图1 LaBr3(Ce)闪烁体BriLanCe380的发射谱及双碱光电倍增管不同光窗的量子效率 B—硼硅玻璃；W—透紫玻璃；Q石英玻璃
密度，g/cm3
5.85
5.81
1.3 掺杂塑料闪烁体
为了充分应用塑料闪烁探测器的大体积、易成 型与价格低，以及可大批量生产等优势，近些 年来已研制成功多种掺杂塑料闪烁体，用于满 足诸如中微子、慢中子与γ探测等特殊需求
1.3.1 含钆(Gd) 塑料闪烁体
特性
0
密度，g/cm3 1.172
折射系数 1.480
2.06 2.15
能量分辨率（662keV），%： 30
1.5 Bi4Si3O12 --------- 本证晶体----------- BSO
密度,g/cm3：
6.80[7.13]
最强发射波长，nm：
480
最强激发波长，nm：
285
闪烁截止波长，nm：
350
相对闪烁效率[相对BGO]，%： 20[12]
闪烁衰减时间(室温)，ns： 100？ 300
折射率（480nm）：
1.4 Gd2(SiO4)O:Ce 与Lu2(SiO4)O:Ce
Gd2SiO5:Ce是过氧正硅酸钆(铈)，简记作GSO，或GSO:Ce。 Lu2SiO5:Ce过氧正硅酸镥(铈)，简记作LSO，或LSO:Ce。 GSO:Ce闪烁体最早于1983年，由Takagi和Fukazawa已报告研制成 功，但是作为闪烁探测器引起重视，是近几年的事情。因此可以说， 上述两种用铈激活的镧系元素晶体闪烁体，是近几年来闪烁探测器 研制的最新进展。
生产工艺、探测器使ຫໍສະໝຸດ Baidu环境条件与价格
最近十几年来，研制成功多种新型核辐射探测器，
部分新品种已经形成为商品而逐渐被市场接受；
部分探测器已经被淘汰或被逐步取代；
部分“老”探测器被重新认识而得以“重用”。
1.新型核辐射探测器
1.1 LaCl3(Ce)与LaBr3(Ce)
LaCl3(Ce) 是用铈(Ce)激活的氯化镧晶体。 LaBr3(Ce) 是用铈(Ce) 激活的溴化镧晶体。它们都近几年研制成功的镧系元素新型γ闪烁 体。其中，特别是LaBr3(Ce) ，其对γ与X射线的高阻止本领；快闪 烁时间；极高的能量分辨率以及稳定的温度特性，使其应用前景 诱人。
第4讲 核辐射探测器的最新进展
汲长松
中核（北京）核仪器厂 2009年11月
核辐射探测器的发展是核技术进展的标志之一，一个国家核辐射探 测器的研制与制作水平，也是该国核技术水平高低的重要标志之一。 核辐射探测器的发展与核探测技术的发展同步，经历了由计数，测 谱，到图像显示的发展历程。对核辐射探测器的发展要求是：辐射 转换效率高、高探测器效率、快时间、高（脉冲幅度、能量）分辨 率以及大体积，组成阵列等。
光输出，光子/MeV： 7.8×103
闪烁衰减时间，ns： 60
快成分
56
慢成分
600
折射系数（发射峰波长）：1.9
有效原子序数：
59
能量分辨率（662keV），%：8.0
辐射长度，cm：
7.4 420 [是BGO的5倍]
40 （85%~90%） (10%~15%) 1.82
66 12.4 1.14
LSO与GSO的主要特点是有效原子序数高，γ阻止本领大；闪烁衰 减时间快，可用于快计数 ；光输出与闪烁衰减时间随温度的变化极 为平缓（GSO）。
Gd2SiO5:Ce与Lu2(SiO4)O:Ce闪烁体技术数据
GSO
LSO
密度,g/cm3：
6.71
最强发射波长，nm： 430
相对闪烁效率[NaI(Tl)]，%：2075
2
能量分辨率（662keV），%： 30
时间分辨(FWHM),ps： 1000
潮解性：
不
光电子产额：
250
[1. 511keV能量沉积;
2. 50%光收集效率;
3. 20%量子---光电子转换效率]
1.3.3含氘(D)塑料闪烁体[191]
在塑料闪烁体中，用氘取代氢而制成的塑料闪烁体。
a 中微子ν与氢核的(ν,H)反应，伴随很强的本底。而(ν,D)反应 中没有这一本底。
0.0047 0.0095 0.0143
5.39
5.38
5.35
3.73
3.64
3.53
424
425
425
80.7
78.2
75.2
79
62
51
9
10.5
12.5
1.3.2 含铅(Pb)塑料闪烁体
塑料闪烁体(含铅10%)性能指标
密度,g/cm3：
1.12
光产额，光子/MeV： 5000
闪烁衰减时间，ns：
CdZnTe和CdTe 晶体的基本特性
半导体种类 原子序数 禁带宽度，eV 电阻率，Ω·cm
（μτ）e，103 cm2/V （μτ）h，105 cm2/V
CdTe 48.52 1.44 约109
（0.1～2） 1～10
CdZnTe 48.30.52 1.6 （1～5） ×1010 （0.8～9） 0.1～1
Gd原子数， 0
×1022/ cm3
H原子数， 5.41
×1022/ cm3
C原子数， 3.82
×1022/ cm3
最强发射波 424
长，nm
透度(λmax)， 82.8
％
光输出，％ 100
热中子
0
(E≤0.5eV)探
Gd质量份额 ，％
1
2
3
1.182 1.195 1.204
1.475 1.456 1.457
1.2 CdZnTe/CdTe 二十多年的探索与对比而最后胜出的化合物半导体探测器。 决定性的优点：半导体探测器的极高能量分辨率，
可在室温下很好地工作 CdTe/CdZnTe（20％ZnTe，80％CdTe）晶体的原子序数高、禁带能 宽大、电阻率高，非常适合探测能量(10～500)keV的光子， 目前的生产工艺可制备体积为(1～2)cm3的CdZnTe/CdTe单晶，探测 能量达到1MeV以上 在X射线、γ射线能谱测量方面具有广泛应用前景。 CdZnTe/CdTe晶体性能接近
LaCl3(Ce) 与LaBr3(Ce) 最突出的特点是高能量分辨率 。对137Csγ的 光电峰分辨率分别为3.9%与2.8%。.其次是快闪烁时间与高光输出。
有人预言LaBr3(Ce) 将是NaI(Tl)的升级换代的高性能探测器
图1 LaBr3(Ce)闪烁体BriLanCe380的发射谱及双碱光电倍增管不同光窗的量子效率 B—硼硅玻璃；W—透紫玻璃；Q石英玻璃
密度，g/cm3
5.85
5.81
1.3 掺杂塑料闪烁体
为了充分应用塑料闪烁探测器的大体积、易成 型与价格低，以及可大批量生产等优势，近些 年来已研制成功多种掺杂塑料闪烁体，用于满 足诸如中微子、慢中子与γ探测等特殊需求
1.3.1 含钆(Gd) 塑料闪烁体
特性
0
密度，g/cm3 1.172
折射系数 1.480
2.06 2.15
能量分辨率（662keV），%： 30
1.5 Bi4Si3O12 --------- 本证晶体----------- BSO
密度,g/cm3：
6.80[7.13]
最强发射波长，nm：
480
最强激发波长，nm：
285
闪烁截止波长，nm：
350
相对闪烁效率[相对BGO]，%： 20[12]
闪烁衰减时间(室温)，ns： 100？ 300
折射率（480nm）：