苯乙烯(单体)+ PPO + POPOP，聚合成塑料。 17
四．常用闪烁体
1、NaI(Tl)晶体
优点：
密度大， =3.67g/cm3 ，探测效率高；
Z高，碘(Z=53)占重量85% ，光电截面大；
相对发光效率高，为蒽的两倍多；
发射光谱最强波长415nm，与PMT光谱响应配合； 晶体透明性能好；
能量分辨率较高，~7.5%@662keV-。
闪烁探测器
核辐射与某些透明物质相互作用，会使其电离、激发
而发射荧光；闪烁探测器就是利用这一特性工作的
时间特性好，探测效率高。 闪烁体 光电倍增管 闪烁探测器的输出信号
闪烁探测器的性能
单晶能谱仪—NaI(Tl)晶体谱仪
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§9.1 闪烁探测器基本原理
闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生的电离、激 发而产生的荧光来探测电离辐射的探测器。闪烁探测器由 闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。
nf
f
e
t f
t s + ns e
s
有机闪烁体的发光衰减曲线
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几种闪烁体的发光衰减时间
闪 烁 体 BaF2 CsI(Tl)
f (ns)
0.6
s(s)
0.62
10
6.2 33
1.0
0.37 0.37
芪
蒽 液体闪烁体
2.4
Байду номын сангаас1.3
0.20
0.23
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塑料闪烁体
NaI(Tl)
使用闪烁体时还应考虑：
于10-9s）决定。
闪烁体受激后，电子退激过程及闪烁体发光过程一般服从指 数衰减规律 对于大多数无机晶体,t时刻单位时间发射光子数：
n(t)= n(0)e
t

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τ为发光衰减时间，即发光强度降为1/e所需时间。
3、闪烁发光时间
对大多数有机晶体和少数无机晶体，发光衰减有快、 慢两种成分
n(t) =
（1）.光能产额：（核辐射在闪烁体中损失单位能量闪烁发
射的光子数）
Yph =
nph E
光子数 MeV
nph为产生的闪烁光子总数。
以NaI(Tl)为例：对1MeV的β粒子，发射光子平均能量 h = 3eV Yph = 4.3×104 光子数 MeV
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2、发光效率 （2）.绝对闪烁效率（能量转换效率，表示在一次 闪烁中，产生的闪烁光子总能量与消耗在闪烁体中 的能量之比）
缺点：容易潮解，吸收空气中水分而变质失效。
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1-硬质玻璃； 2-NaI(Tl)晶体； 3-光学耦合剂； 4-氧化镁粉末 （光反射层） ；
5-金属铝壳；
6-海绵垫衬； NaI(Tl)晶体封装结构 7-密封环氧树脂。
1、发射光谱 2、发光效率(能量转换效率、光能产额，及相对值) 3、发光时间 4、闪烁体其他特性
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1、发射光谱
闪烁体受核辐射激发后所发射的光并不是单色的，而是一
个连续带。闪烁体发射光子数随光子波长(能量)的关系曲线， 称为闪烁体的发射光谱曲线。
发射光谱与闪烁体、激活剂、移波剂、温度有关。
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2、发光效率 发光效率（闪烁体将所吸收到的射线能量转化为光 的比例）
E ph ×100% Cnp = E
Eph：闪烁体发射光子的总能量；E：核辐射损耗在
闪烁体中的能量
以NaI(Tl)为例： 对β粒子 C np = 13%；对α粒子 C np 2.6%
C np =Yph h 能量转换效率与光能产额的关系：
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2、发光效率 （3）.相对发光效率：
由于光能产额以及绝对闪烁效率的测量技术复杂，所以通常 用相对值来度量不同闪烁体的发光效率。
(3)利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管 (PMT)的光阴极，通过光电效应打出光电子；
(4)光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104-109个， 电子流在阳极负载上产生电信号； (5)此信号由电子仪器记录和分析 闪烁探测器可用来测量入射粒子的能量。
4
5
§9.2
闪烁体
理想的闪烁体： 探测效率高，转换效率高，线性范围大， 自吸收小，发光时间短，加工性能好。 一．闪烁体的分类 二．闪烁体的发光机制 三．闪烁体的物理特性 四．常用闪烁体
（1）探测效率，与闪烁体的几何形状及大小有关；与组成闪 烁体的物质的密度以及平均原子序数有关 （2）要求闪烁体透明度高，尽可能无缺陷，光均匀度好 （3）易于加工成各种大小和几何形状 （4）当温度发生变化时，闪烁体的发光效率、分辨率、和时 间特性也会改变 使用中需注意
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（5）耐辐照的稳定性
四．常用闪烁体
使用一种核辐射在不同闪烁体中损失相同的能量，测量他们 的相对脉冲输出幅度或电流进行比较。一般以蒽作为标准， 如对β射线的相对发光效率取为1，则Na(Tl)为2.3
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3、闪烁发光时间 闪烁发光时间包括闪烁脉冲的上升时间和衰减时间 上升时间主要由闪烁电子激发时间(很短，可以不计）
以及带电粒子在闪烁体重耗尽能量所需的时间（小
荧光 光子 反射层 窗 光电倍增管 (打拿极) 分压器 前置放大器 多道或单道
高压
闪烁体 光电子 管座 阳极 光阴极 暗盒
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§9.1 闪烁探测器基本原理
光电倍增管通常N有10-14级打拿极，
每一打拿极的电子倍增系数 - 3-6，
光电倍增管的电子倍增系数：
M = N = (3~ 6)10~14 =104~10
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一．闪烁体的分类
1) 无机闪烁体： 无机晶体(掺杂) 玻璃体 纯晶体
NaI(Tl), CsI(Tl), ZnS(Ag)
LiO2 2SiO2(Ce) (锂玻璃)
Bi4Ge3O12
BGO
2) 有机闪烁体：有机晶体——蒽晶体等；有机液体
闪烁体及塑料闪烁体.
3) 气体闪烁体：Ar、Xe等。
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二．闪烁体的物理特性
闪烁体和光电倍增管之间充以折射系数和玻璃差不多的硅 油，使光子损失大大减少。 坡莫合金(避光外壳)：
防止外界磁场影响对电子的聚焦、传输性能。
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§9.1 闪烁探测器基本原理
闪烁探测器的工作过程：
(1)射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子 能量而使闪烁体原子、分子电离或激发； (2)受激原子退激而发出荧光光子；
NaI(Tl)
发光效率高，Z,高，适宜于射线探测。易潮 解，须仔细封装。 不潮解，价贵。 将ZnS(Ag) 粉末加1%有机玻璃粉末溶于有机溶 剂涂于有机玻璃板上，透明度差，薄层，测 α,β粒子。 原子序数高，密度大，透明性好，机械性能好；
CsI(Tl)
ZnS(Ag)
BGO晶体
发光效率较低 塑料闪烁体