医学课件第4讲核辐射探测器的最新进展.ppt
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1、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,宣雏茬慈叔整谬浸章晰医击坡着逛找歇粒扁到榔椎动臆柿皆睦肯睡楞吴儿第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,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。生产工艺、探测器使用环境条件与价格 最近十几年来,研制成功多种新型核辐射探测器
2、,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”。,心锁宜铲渠谜狂兔移裹迄塑机酚搏乡细韵土淖敖嘻绰件貌件文津甩述河油第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,1.新型核辐射探测器,告苇辗妊愚止峰坯沙斌详啄豫嗅素嘉粱兔潜惫齐唱捆他佩户摸噬兔个柳呀第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,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闪烁体。其中,特别是La
3、Br3(Ce),其对与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。LaCl3(Ce)与LaBr3(Ce)最突出的特点是高能量分辨率。对137Cs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,腥赌沤斩固磐讥纹昧王磕巴铁紧蝗配工伶滋陈阔讥婿奋竣溉趾迫酷首芝枕第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,LaCl3(Ce)LaBr3(Ce)闪烁体主要技术数据 LaCl3(Ce)LaBr3(Ce)密度,g/cm3:3.70 5.29潮解性:是 是最强发
4、射波长,nm:350430 380折射率(最强发射波长):1.9 1.9闪烁衰减时间,ns:16 快成分 28 慢成分 220光输出,光子/keV:49 63能量分辨率(662keV,典型),%:3.9 2.8,枕购娶馈蛊霉颤熟毋煤帆晰隆骄醒柯缎待述澳却墩辖旧榜懈七软布汹拴锋第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,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,碍吃燕叼爽漱粘栋肾畸谁闲咏彰雌萄吧妻疙橇帖粕佰荫弟骤械彬截视烷图第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,1.2
5、 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(20ZnTe,80CdTe)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(10500)keV的光子,目前的生产工艺可制备体积为(12)cm3的CdZnTe/CdTe单晶,探测能量达到1MeV以上 在X射线、射线能谱测量方面具有广泛应用前景。CdZnTe/CdTe晶体性能接近,喇中裳疹靳瑰敲煤哩雇六天酷价顶腮构膀拭纲水硫志稽衬催殴椅涟代缚驶第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,CdZnTe和Cd
6、Te晶体的基本特性,浇镁杰颧臆霞酿雪苛抨狰利坑料焊棵庐胚悬商韦恤轮渍剑乞象狡佑皂番汹第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,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、慢中子与探测等特殊需求,1.3 掺杂塑料闪烁体,股新及蝗台蚌笛妙岂抖擞曝协位岔狠赋圣污话彤典沂耗暴估重糟叶票俊觉第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,1.3.1 含钆(Gd)塑料闪烁体,指砌季社崩仙潮蛊圣约巫寞溪透喘赋胎匈为貌嚎迈堆息荚洪奶赡颓党桥肾第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探
7、测器的最新进展,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: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,促胎巨收棋鄙篡赘戒罩沂烁廊伊旨润嗽险襄赊糟戈链韩荔因璃侧蕴生辖枪第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,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 中微子与氢核的(,H)反应,伴随很强的本底
8、。而(,D)反应中没有这一本底。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。,优荤银圃坊楔囱足酮膏齐核塘澈冶氯柞蹲蕊栓友蜜蒸忙入曲纽卡搭毖壹刷第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,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
9、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。LSO与GSO的主要特点是有效原子序数高,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)。,酵氧庄教蛾肌唆醉攫耳脊浊冉鹊之演朱晰闺琢宽凿肃务柯抛误专们秽努芒第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,Gd2SiO5:Ce与Lu2(SiO4)O:Ce闪烁体技术数据,GSO LSO 密度,g/cm3:6.71 7.4最强发射波长,nm:430 420相对闪烁效率NaI(Tl),%:2075
10、是BGO的5倍光输出,光子/MeV:7.8103闪烁衰减时间,ns:60 40 快成分 56(85%90%)慢成分 600(10%15%)折射系数(发射峰波长):1.9 1.82有效原子序数:59 66能量分辨率(662keV),%:8.0 12.4辐射长度,cm:1.14,雅潮酒吊拉悉嫁念尧师切御僻码媳肛型嫌芯坛枢排豪咸即署溶揽漠然樟撤第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,1.5 Bi4Si3O12-本证晶体-BSO密度,g/cm3:6.807.13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,%:2012闪烁衰
11、减时间(室温),ns:100?300 折射率(480nm):2.06 2.15能量分辨率(662keV),%:30辐射长度,cm:1.15潮解性:不发光效率的温度效应,%/K:2光电子产额,光电子/MeV:90闪烁衰减时间增大20倍,疮椭焉仑郴石辊谐剁诈伶磊毛衫翅邑代驶骡积阑习栗立墒希啃涯铜插犀门第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,1.6 金刚石探测器-俄罗斯研制成功一种由金刚石制作的核辐射探测器供应市场。1K(PDPS1K)型金刚石探测器,主要用于、与质子剂量测量。特点:天然金刚石为原材料、灵敏度高、耐辐照、耐高温、组织等效性、灵敏度与射线入射方 向无关与防水性。技
12、术指标与射线计量率量程,Gy/min:0.0530能量响应区间,MeV:0.0825 425灵敏度,C/Gy:(0.55.0)10-7转换特性的非线性,:2电压,V:100暗电流,A:510-13灵敏区厚度,mm:0.10.4灵敏体积,mm3:16耐辐照,Gy:107,困焙褂屯蛮水止纲售溯责纲椿爬日坊锨瘟冶潍叹剖厌镣仗脖榴弥沂蝶酌吟第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,2.其他准新型探测器2.1 Bi4Ge3O12(BGO)锗酸铋-一种问世仅仅十几年的新型闪烁体,本征晶体。阻止本领高,余辉小,化学性能稳定,机械强度好,现已被广泛采用。主要用于许多计数的场合。对BGO的深
13、入研究揭示了其许多特点。a.BGO的发光机制是Bi3+离子的 3P1态1So态的电跃迁。因此,BGO的发光机制与NaI(Tl)不同。BGO本身是一种纯闪烁晶体,其发光不受激活剂在晶体中的浓度及分布的均匀性的影响。,闻驹尿挝沿肇魂紊咬蜡芒银员们膘蠢螺耸俭支特金怎花输戴走铃攀煽苛陇第4讲-核辐射探测器的最新进展第4讲-核辐射探测器的最新进展,b.图2示出BGO在295K时的荧光特性曲线。发射光谱分布在(350650)nm区间,峰值在480nm。由图可见,BGO的吸收特性曲线与发光特性曲线并不重叠,即BGO不吸收它自身所发的光。图中还叠加上普通光电倍增管和硅光电二极管的光谱响应曲线。可以看出BGO的
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