閃爍探測器探測原理

閃爍探測器由閃爍體，光電倍增管，電源和放大器，分析器，定標器系統組成，現代閃爍探測器往往配備有計算機系統來處理測量結果。

當射線通過閃爍體時，閃爍體被射線電離、激發，并發出一定波長的光，這些光子射到光電倍增管的光陰極上發生光電效應而釋放出電子，電子流經電倍增管多級陰極線路逐級放大后或為電脈沖，輸入電子線路部分，而后由定標器記錄下來。光陰極產生的電子數量與照射到它上面的光子數量成正比例，即放射性同位素的量越多，在閃爍體上引起閃光次數就越多，從而儀器記錄的脈沖次數就越多。

閃爍探測器測量的結果可用計數率，即射線每分鐘的計數次數（cpm）表示，現代計數裝置通常可以同時給出衰變率，即射線每分鐘的衰變次數（dpm）、計數效率（E）、測量誤差等數據。

閃爍探測器的結構組成

1、閃爍體

閃爍探測器的閃爍體是能吸收高能粒子或射線發出可見光子的材料。無機閃爍體（如Nal（Tl），ZnS（Ag））幾乎是100%透明的，有機閃爍體（如蒽，塑料閃爍體，液體閃爍體）一般來說透明性較差。

閃爍體在受到高能粒子激發后發射的光譜應在可見光區，在實際應用上接受光子主要有兩種方式：一種是光電倍增管，另一種是光電二極管。光電倍增管的光譜響應靈敏度在430~470nm，光電二極管的光譜響應靈敏度在500~530nm，閃爍體的發射光譜應盡可能與之相匹配，才能獲得高的靈敏度和高效率。

NaI（Tl）晶體自1948年問世以來至今仍閃爍探測器是探測X射線、γ射線和α射線最重要的閃爍體，其特點為：①密度大（3.67g/cm3），平均原子序數53，對γ射線和X射線有較大的阻止本領;②能量轉換效率高，是已知無機閃爍體中發光強度最高的材料，其分辨率在10%以下，分辨率強;③發射峰值波長為415nm，晶體在發光范圍是透明的。與光電倍增管的匹配較好，對γ射線能量大于150KeV時，效應是線性的：④發光衰減時間短。

CsI（Tl）晶體除發光效率低于NaI（Tl）以外，其它性能均優于NaI（Tl）。CsI（Tl）的發射波長為565nm，與半導體光電二極管匹配很好，在安檢領域采用較多，但余輝較長，快速檢查如車載貨物檢查，圖像模糊分辨不清。

2、光電倍增管

光電倍增管是閃爍探測器的最重要部件之一。其組成成份是光陰極和倍增電極，光陰極的作用是將閃爍體的光信號轉換成電信號，倍增電極則充當一個放大倍數大于106的放大器，光陰極上產生的電子經加速作用飛到倍增電極上，每個倍增電極上均發生電子的倍增現象，倍增極的培增系數與所加電壓成正比例，所以光電倍增管的供電電源必須非常穩定，保證倍增系數的變化最小，在沒有入射的射線時，光電倍增管自身由于熱發射而產生的電子倍增稱為暗電流。用光電倍增管探測低能核輻射時，必須減小暗電流。保持測量空間環境內較低的室溫，是減小光電倍增管暗電流的有效方法。

此外，光電二極管也是閃爍探測器常用的器件。PIN光敏二極管又稱快速光電二極管，在原理上和普通光電二極管一樣，所不同的是它的結構是在P型半導體和N型半導體間夾著一層較厚的高阻n型硅片做i層，它具有響應速度快、靈敏度高、長波響應率大的特點。CsI（Tl）晶體的熒光光譜和光敏二極管的吸收光譜比較匹配，而且光產額較高，這樣閃爍晶體和光探測器的組合比較有利于實現對γ射線能譜的測量。實驗中使用的CsI（Tl）晶體為10×10×10mm的正方體，PIN光敏二極管是10×10mm，CsI晶體用Teflon膜包裹，提高光的收集效率，閃爍晶體和光敏二極管之間用硅油耦合。

光電倍增管探測器要求的實驗條件比較苛刻，相比之下光敏二極管探測器的體積較小，而且不要求高壓，所以可用作小型的γ射線探測器，在γ射線探測方面有很廣泛的應用前景。

3、電子分析系統

閃爍探測器測量系統，一般的電子學測量系統包括模擬信號獲取或處理，模數變換以及數據量的獲取和處理等三部分。射線經閃爍晶體后轉變成光信號，經光電倍增管（或PIN光電二極管）轉變成電信號，輸出的信號經過放大、濾波成形或其它處理后，變換成數字量才能用數字系統進行統計、分析和數據處理。現在廣泛使用的計算機多道分析器有很多的數據獲取和處理功能，數據經過分析處理，給出最后的實驗結果。