文档介绍：闪烁探测器
祝成光
气体探测器利用粒子和气体分子的相互作用,产生气体分子电离,电离电子在气体中漂移,并被收集和放大。
闪烁探测器利用粒子和固体、液体或气体分子的相互作用,产生光子,光子在透明介质中传播并被收集,再进行放大。
固体或液体介质的分子间距只相当于气体分子间距的10%左右,电子的漂移比光子困难。
气体介质光产额不足。
探测器介质:闪烁体
无机闪烁体
简单晶体,如氧化晶体、氟化晶体、碘化晶体。
价带上的电子被激发到导带,电子退激发时发射一个光子,发光时间约为10ns,受外界影响小,但是光子的衰减时间较长,发光弱。
晶体中参杂金属或稀土杂质:NaI(Tl)、CsI(Tl)、CaF2(Eu)、ZnS(Ag)作为发光中心。杂质的混入使晶格导带和价带之间的禁带变窄,电子激发产生光子的几率升高,但寿命有很宽的分布
大比重的晶体,具有对粒子高的阻止能力,可以将探测的体积缩小。
有机闪烁体:发光的衰减时间段,约3~5ns
有机晶体:不宜生产大尺寸的闪烁体,使用性较差。
有机液体:液体溶剂配制溶质构成。常用溶剂:三甲苯、甲苯、对二甲苯。
一些溶质虽然很适合使用,但发射的光波波长较短,和光探测器的灵敏光谱谱段错位,因此在其中配入第二中溶质,吸收第一溶质发出的光,然后发出较长波长的光。第二溶质也称为光波位移剂。
有机塑料:固体溶剂配制溶质构成:把闪烁溶质溶在塑料单体中进行热聚合而成。
常用的塑料闪烁溶剂有:聚苯乙烯、聚乙烯基甲苯、二甲基苯乙烯
有机闪烁体对自身发的光透明度很好
闪烁体的性能
无机晶体的发射波段较丰富,从紫外区到黄光区都有对应的晶体。
有机闪烁体大部分发光光谱在蓝光绿光区。
发光光产额
由于闪烁体光子数目很难测量,所以用发光效率来描述闪烁体很复杂。
相对NaI(Tl)晶体的光输出:将标准尺寸的测试晶体和NaI晶体对于单能光子源在全能峰的比较来定义待测晶体的光输出。
光产额定义为光电子数/MeV,通过单个光电子信号对单能光子射线全能峰相比较得出测试结果。
发光衰减时间
入射粒子的能量丢失、电离、激发、退激发和发射光子数达到最大值的过程是闪烁体发光的增加过程,时间非常短,。而无机闪烁体发光过程较复杂,需要ns量级,这个时间相对于发光之后的衰减时间而言可以忽略不计。
衰减过程符合指数衰减规律。对有机闪烁体而言约在1-10ns量级。同样无机闪烁体的衰减时间较长而且差别较大。闪烁体发光衰减时间除与温度有关外,还与入射粒子的种类有关。
光探测器件
光电倍增管
光电倍增管在闪烁探测器中占有非常重要的地位,它探测到光子和给出电信号只要6-30ns的时间。高灵敏度的光电倍增管的放大倍数得到10 8,能够探测到单个入射的光子
在光电倍增管的真空管内,打拿极依次排列,电压逐次升高,入射的光子在阴极上打出光电子。电子在任两个打拿极之间加速,击中打拿极后产生出更多的电子,电子经过几个打拿极放大后将达到可观测的电荷量,流过负载电阻形成电压信号输出。