闪烁探测器深入分析ppt课件.ppt
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1、辐射的穿透能力,气体探测器的五个工作区,三种气体探测器性能比较,需要考虑脉冲幅度和电压的关系,M随电压的变化,闪烁探测器,Scintillation Detector,利用辐射在某些物质中产生的闪光来探测射线(电离辐射)的探测器。,1. 电磁辐射入射( )次级电子使闪烁体激发 2. 带电粒子入射入射粒子及次级电子使闪烁体分子激发 3. 中子入射通过中子反应产生带电粒子(如反冲质子)使闪烁体激发,带电粒子使闪烁体激发,再退激发出光子,射线与探测物质(闪烁体)分子作用,使其激发,退激时发出大量光子,通过光电倍增管把光子转化为电信号。,工作原理,闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管、电子学仪器组成,闪烁探
2、测器组成示意图,闪烁探头,有时包有坡莫合金,磁屏蔽,减小外界磁场对电子运动的影响。,闪烁体分子电离和激发退激、放出荧光光收集及光电子产生 4.光电子倍增5.电信号的处理和记录,闪烁体光电倍增管闪烁探测器,闪烁探测器工作过程,闪烁体,光电倍增管,电子学,闪烁探头,闪烁体,闪烁体的物理特性,1. 发射光谱:,与光电倍增管的光谱响应配合,2. 发光效率:,闪烁体将吸收的射线能量转变为光能的比例。,1)光能产额:辐射在闪烁体中损失单位能量闪烁发射的光子数。,2)绝对闪烁效率:能量转换效率。,3)相对发光效率:相同核辐射在不同闪烁体中损失相同的能量, 输出脉冲幅度或电流的比值。,发光效率越大越好,输出脉
3、冲大,且统计涨落小,改善分辨率;在能谱测量时,为了线性好,要求发光效率对辐射的能量在相当 宽的范围内为一常数。,光子数/MeV,闪烁光脉冲中包含的光子数:,闪烁体受激后,电子退激发光过程按指数规律,即单位时间发出的光子数:,入射粒子耗尽能量的时间和闪烁体中电子激发时间:,NaI(Tl)晶体:0 = 0.23s 。,所以,,3. 发光衰减时间:,对大多数无机闪烁体是正确的,衰减时间在微秒量级。,对大多数有机晶体和少数无机晶体,,快、慢两种成分,快成分在纳秒量级,慢成分在微秒量级。,有机闪烁体:,一些无机闪烁体:,可以用作n甑别。,快、慢两种成分的相对比例随入射粒子的种类而变化 。,芪,4. 探测
4、效率:与入射粒子种类、闪烁体形状和大小;闪烁体材料的N和Z等有关5. 光学性能:透明度高、无缺陷、光学均匀度好等等 易于加工、温度效应等,探测效率高,发光效率高,探测效率最高,发光效率低,最快,测量中子,根据所测射线种类、强度及能量来选择 种类、尺寸;与光电倍增管配合;阻止本领大,入射粒子能损越大越好;发光效率及光学性能;时间分辨或短寿命测量中,要求发光衰减时间短;能谱测量,发光效率线性好。,闪烁体的选择原则,目的:将闪烁体发出的光尽可能多地、均匀地收集到光电倍增 管的光阴极上。,反射层:把闪烁体中向四周发射的光有效地收集到光阴极上2. 光学耦合剂:避免由于空气存在全反射 硅油等 闪烁体尺寸与
5、光电倍增管合适时采用3. 光导:有机玻璃,石英玻璃等闪烁体与光电倍增管(尺寸或形状不合适时)二者无法配合强磁场中;空间限制,要将光电倍增管放在比较远的地方,光的收集与光导,返回,作用:将闪烁体发出的光子转换为电子,并进行倍增。,一基本原理和构造二种类三分压器四主要指标,光电倍增管,光电子发射效率高,二次电子发射系数大,,热电子和光电子发射系数小。,电子电离能较大,1、基本原理和构造:,电子光学电子收集效率高,(1) 外观的不同,(2) 根据光阴极形式,2、种类:,聚焦型:时间性能好,适用于时间较快闪烁探测器,非聚焦型:脉冲幅度分辨较好,闪烁能谱测量,(3) 根据电子倍增系统,提高信噪比和能量分
6、辨率a)电子光学:提高收集效率b)时间测量:电压越高越好,减小渡越时间,均匀分压,a)较高电压,减小空间电荷效应b)加旁路电容,电压较低,3、分压器:,分压器电阻具有小的温度系数和较高的稳定性;总分压电阻值要适当的小,保证打拿极间电压在有粒子入射时基本不变。,分压器的要求,4、光电倍增管的主要指标:,光阴极的光谱响应:,光电转换特性,光阴极受到光照射后发射光电子的几率是波长的函数,叫做光阴极的光谱响应。,光阴极光谱响应需要与闪烁体发射光谱匹配。,量子效率:,平均量子效率:,2) 光阴极光照灵敏度(实用上),白光灵敏度;蓝光灵敏度;红光灵敏度,g为打拿集之间电子传递效率;是平均二次发射系数;n为
7、打拿极级数。,第一打拿极光电子收集效率,光电倍增管放大倍数,2) 阳极光照灵敏度(实用上),电子倍增特性,时间特性,渡越时间分散时间分辨本领,聚焦管子:数百ps至数ns,各电极发射的电子初速度和方向不同,电子经过的路径也不尽相同。,时间响应宽度,渡越时间,上升时间,1.230ns,240ns,2080ns,13ns,一般用脉冲上升时间tr、脉冲时间响应宽度tpm、渡越时间、渡越时间离散来描述光电倍增管的时间特性。,热发射欧姆漏电残余气体电离场致发射切伦克夫光子玻璃管壳放电和玻璃荧光光阴极曝光,本底 暗电流,当工作状态下的光电倍增管完全与光辐射隔绝时,其阳极仍能输出电流(暗电流) 。,利用闪烁计
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