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闪烁探测器篇(4)_主要闪烁体性能介绍

发布时间:2020-12-14 05:04 作者:电玩城捕鱼

  NaI晶体是透明的单晶体有纯的NaI和铊激活的NaI(TI)两种经常使用的是铊激活的。其密度大又含有高原子序数的碘因此光电效应、康普顿效应和电子对效应的作用截面大对γ射线和X射线有较大的阻止本领和探测效率是目前探测γ射线最好的闪烁体。NaI(TI)晶体最大的缺点是易潮解吸收空气中水分后会发黄变质而不能使用因此必须密封。

  ZnS晶体是白色多晶粉末常使用的是银激活的ZnS (Ag)使用时需喷涂在有机玻璃上。由于透明度差且只能做的很薄故不适合探测电子和γ光子。其主要用于探测α粒子和重粒子探测效率可达100%。

  锗酸铋晶体的化学式为Bi4Ge3O12简称BGO不潮解、密度大、抗辐照、对γ射线吸收系数大、探测效率高、发射光谱易于与光电倍增管匹配是高能物理实验重要的闪烁体之一。

  钨酸铅为无色透明晶体化学分子式为PbWO4简称PWO。其不潮解、密度大、抗辐照、对γ射线吸收系数大、探测效率高、发射光谱易于与光电倍增管匹配但最大缺点是发光产额低。

  LSO是一种新型的高发光强度、快响应的无机闪烁体。1990年梅切尔发明了掺铈的硅酸镥(Lu2(SiO4)O:Ce)它是一种密度高、高原子序数的无机闪烁晶体。其时间响应快发光产额高抗辐照性能强不潮解。其制成的γ探测器特别适合于高能物理和核医学成像。但其缺点是镥元素具有天然放射性会造成较强本底且生长困难价格昂贵大大制约了其应用。

  LYSO与LSO的性能相当但由于加入了钇元素降低了晶体生长和制造工艺的难度被认为是综合性能最好的无机闪烁材料具有广泛的应用前景。

  GSO和LSO一样都是不潮解的重晶体其发光衰减时间为56ns是一种较好的快响应晶体。由于GSO的密度高而且温度效应非常好在核测井中得到了重要应用。

  YAP是一种不潮解、外观像玻璃的晶体。其有效原子系数低发光衰减时间短至30ns也是一种较好的快响应晶体。

  LaBr3(Ce)晶体具有光产额高、能量分辨率好、衰减时间短、非线性响应小等优点可广泛应用于国际防恐反恐、核材料控制、安全检查、能源、核医学、工业计量、石油测井等多个领域。

  玻璃闪烁体的主要优点是制造简单、成本低、透明度好、化学性质稳定耐酸碱、耐潮湿、耐高低温、发光衰减时间短等。其最大缺点是发光效率很低。目前常用的有掺LiO2或10B的玻璃主要用于中子探测。

  有机闪烁体主要成分是芳香族化合物分子由聚合或联苯环构成分成四大类有机晶体、塑料闪烁体、闪烁光纤以及液体闪烁体。

  有机晶体有蒽、芪、联三苯等。发光衰减时间比无机晶体少1~2个数量级为探测快速高通量的带电粒子提供了可能。但缺点是有机晶体制备比较困难很难做成大块晶体。它的机械性能、温度性能、辐照性能都比较差而且价格昂贵因此用的不多。其中蒽晶体和芪晶体用的相对较多。

  蒽晶体在有机闪烁体中有最大的发光效率但也不到NaI(TI)的一半其发光衰减时间约30ns是常用的标准闪烁晶体。

  芪晶体的光输出较小是蒽晶体的0.5倍。但发光衰减时间仅有4.5ns较容易制备和提纯也是常用的标准闪烁晶体。

  塑料闪烁体可以测量α、β、γ、快中子、质子、宇宙射线及裂变碎片。它制作简便可以加工成圆柱体、片状、矩形、薄膜等也可以做成大面积闪烁体。发光衰减时间只有1~3ns透明度高光传输性能好。性能稳定、机械强度高、耐振动、耐高温、耐潮湿不需要封装。但能量分辨率本领差主要用于强度、计数测量用于时间测量和快符合实验中。

  闪烁光纤是经一定的工艺将闪烁体加工成的直径不同的光纤它由两部分组成核心部分芯层和表面涂层部分包层。闪烁光纤可以弯成不同的形状可以延伸到空间任何位置用其组成的探测器具有空间分辨好时间分辨好、抗辐照等优点深受高能物理学家的青睐。

  液体闪烁体的优点是发光衰减时间短透明度好易制备可达4π立体角的优越集合测量条件。缺点是有一定的毒性操作要注意。

  塑料闪烁体和液体闪烁体都是由溶剂、溶质和波长位移剂组成。溶剂室透明度好的有机固体或液体溶质是发光物质波长位移剂将发光物质发出的荧光全部吸收再发出与光电倍增管更容易匹配的光波从而提高光的传播和收集效率。

  气体闪烁体通常用的多为惰性气体尤以氦、氩、氙为普遍。其发光效率很低约为NaI(TI)的十分之一,发光衰减时间约10ns。气体闪烁体在许多方面得到应用例如气体闪烁正比室。

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