核辐射探测技术知识-第三章 闪烁探测器.ppt

作业： 1 为什么闪烁探测器可以用于探测入射粒子的能量？ 2 无机闪烁探测器输出的萤光和磷光是怎么产生的？ 3 用闪烁探测器测量γ能谱时，康普顿连续谱的产生机理是什么？ 4 闪烁探测器探头一般包含那几个部分，各完成什么任务？ 5 现有一个已知发光谱的无机闪烁晶体，根据什么原则选择配套的光电转换器件？ 3) 几个典型单能?射线谱 3、NaI(Tl)单晶γ射线谱仪的性能 1) 响应函数 -- 闪烁谱仪对某单能γ射线的脉冲幅度谱。 2) 能量分辨率 用全能峰(光电峰)来确定闪烁谱仪的能量分辨率 一次闪烁中D1收集的光电子数 串级事件的第一级倍增因子 定义 产生一个被第一打拿极收集的光电子所需要的平均能量。 能量分辨率的影响因素： (1) (2) δ1大，则η小。 则η小。 (3) 高压稳定性的影响. (4) 道宽的影响 道宽 半高宽 若要： 则要求： 一般要求： 3) 能量线性 单位能量输出幅度与入射粒子能量的关系。 理想情况：闪烁体的发光效率Cnp与入射粒子的能量无关，这样“全能峰”处的幅度就与入射 ?光子的能量成正比。 实际上：由于发光效率与入射粒子种类和能量有关。对于 ? 能谱只涉及电子引起的闪光，因此 ? 谱仪的非线性是由发光效率随电子能量不同而产生的。 对NaI(Tl)，在100KeV～1MeV，变化约15％。 4) ? 射线探测效率 对平行入射的?光子束： 探测效率： 晶体厚度 用谱分析求探测效率，常定义源峰效率： 高Z,ρ，大D的闪烁体探测效率高。 5) 时间特性 对分辨时间，它主要取决于输出电压脉冲信号的宽度。 对电压脉冲工作状态，条件： 取决于R0C0。 对电流脉冲工作状态，条件： 取决于τ。 对时滞及时间分辨本领：主要取决于光电倍增管的电子飞行时间 及其离散 。为获得好的时间分辨本领须选用快速光电倍增管。 6) 稳定性——主要由PMT决定 长期稳定性是由环境温度和PMT的老化和使用寿命决定，为保持长期稳定性经常采用稳峰(或称稳谱)技术。 短期稳定性 对短期稳定性，须考虑开机预热达到稳定的时间。 长期稳定性 PMT增益 打拿极间电子传输效率 阳极灵敏度 阳极电流 2) 光照灵敏度 阴极灵敏度 光阴极的光电子流 光通量 (1)光阴极的热电子发射。 3) PMT 暗电流与噪声 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)及脉冲信号(噪声)。 (2)残余气体的电离----离子反馈； 残余气体的激发----光子反馈。 其他辐射的影响：宇宙射线，玻璃等材料中的放射性物质等。 (3)工艺----尖端放电、漏电、漏光 成因： 噪声能当量。当没有任何光子照射到光阴极上时可测得噪声谱——即噪声输出脉冲幅度的分布，当纵坐标取 n=50cps 时相应的脉冲幅度所相应的入射粒子能量，称为噪声能当量，单位是KeV。 阳极暗电流，实际上它是噪声脉冲信号电流的平均值，一般为10-6～10-10A。 指标： 4) PMT 的时间特性 飞行时间(渡越时间) 一个光电子从光阴极到达阳极的平均时间。 渡越时间离散 到达阳极的每个电子都经历了不同的倍增过程和飞行距离，反映了飞行时间的涨落，是决定闪烁计数器分辨时间的限制因素。 ：te的分布函数的半宽度 5) PMT 的稳定性 稳定性是指在恒定辐射源照射下，光电倍增管的阳极电流随时间的变化。 包含两部分： 短期稳定性，指建立稳定工作状态所需的时间。一般在开机后预热半小时才开始正式工作。 长期稳定性：在工作达到稳定后，略有下降的慢变化，与管子的材料、工艺有关，同时与周围的环境温度有关。长期工作条件下，须采用“稳峰”措施。 3、PMT 使用中的几个问题 1) 光屏蔽，严禁加高压时曝光。 2) 高压极性：正高压和负高压供电方式。 正高压供电方式，缺点是脉冲输出要用耐高压的电容耦合，耐高压电容体积大，因而分布电容大。高压纹波也容易进入测量电路。 负高压供电方式，阳极是地电位，耦合方式简单，尤其在电流工作方式。但其阴极处于很高地负电位，需要注意阴极对处于地电位的光屏蔽外壳之间的绝缘。 3) 分压电阻 4) 最后几级的分压电阻上并联电容，以旁路掉脉动电流在分压电阻上的脉动电压，达到稳定滤波的效果。 由于当电子在两个联极间运动时，会在分压电阻上流过脉动电流，必须保证脉动电流远小于由高压电源流经分压电阻的稳定电流，以保证各打拿极的电压稳定。这也对高压电源的功率提出了要求。 4、闪烁探测器输出信号 1. 闪烁探测器输出信号的过程 2. 闪烁探测器信号的输出回路 Ia Ik Ia 3. 输出回路的等效电路 输出回路的等效电路 电流脉冲型工作状态输出电压脉冲形状趋于电流脉冲的形状。 电压脉冲型工作状态输出电压脉冲形状为电流脉冲在输出回路上的积分 电流脉冲 电压脉