γ闪烁探测器的工作原理
电离室、正比计数器和G-M计数器因其探测γ射线效率很低,在测井中应用较少,使用较多的是各种闪烁计数器。
1.γ射线闪烁探测器的工作原理
γ射线入射到晶体上,发生光电效应、康普顿效应和电子对效应。前两种效应产生电子,后一种效应产生电子对,这些次级电子在晶体中运动,把能量消耗于晶体中,使晶体中原子电离、受激发,处于激发态的原子回到基态时,使晶体闪光,即产生荧光。荧光被光倍电增管的光阴极收集并转换成光电子,光电子经光电倍增管的各个打拿极放大,数量倍增,最终在管子的阳极负载电阻上产生电脉冲。电脉冲幅度的大小与γ射线能量成正比。因此,闪烁探测器能测量γ射线能量谱。
2.闪烁探测器的能量分辨率
探测器在形成输出脉冲的过程中,脉冲幅度存在着统计涨落。即使对确定的单能粒子,其脉冲幅度也具有一定的分布。通常把脉冲计数率随脉冲幅度分布的半宽度ΔV1/2与计数率最大值所对应的脉冲幅度之比,定义为脉冲幅度的分辨率。根据入射粒子能量与脉冲幅度成正比关系,能量分辨率表示为η=ΔV1/2/V。
在实验室测量闪烁探测器的γ射线能量谱,一般用标准源137Cs和谱仪,纵坐标为γ射线每道计数率N,横坐标为谱仪的道数,道数正比于需要测的脉冲幅度电压。图1-2-6是用256道谱仪测得的NaI(T1)闪烁晶体137Cs标准源γ射线谱。
A点峰位60道,A点计数率为n,n/2处E、F两点的道数分别为57、63,半宽度道数为6,该闪烁晶体探测器γ射线能量分辨率η=6 / 60=1 / 10=10%。
A点能量0.661MeV称为全能峰,因是光电效应形成的,又称为光电峰;平台状曲线B点康普顿散射效应形成的,它的特征散射光子逃逸后,留下一个能量连续的电子谱。C点能量0.184MeV称为反散射峰。当γ射线射向闪烁体时,总有一部分γ射线没有被闪烁体吸收而穿出。当它与闪烁体后面的物质发生康普顿效应时,反散射光子返回闪烁体,通过光电效应被记录,这就构成反散射峰。
反射回来的光子能量由下式可算出:
令θ=180°、hv0=0.661MeV,则hv=0.184MeV。
D点能量32.2keV是X射线峰,它是由137Ba的Κ层特征X射线贡献的。137Cs的β衰变子体137Ba的0.662MeV激发态,在放出内转换电子后,造成Κ层空位,外层电子跃迁后产生此X射线。
图1-2-7是用256谱仪和碘化钠闪烁体测得的24Na源γ射线能量谱。
A点能量Eγ1=1.38MeV,B点能量Eγ2=2.76MeV。A点是能量为Eγ1的γ射线在晶体中产生的全能峰。B点是能量为Eγ2的γ射线在晶体中产生的全能峰。
D点能量=2.76MeV-0.51MeV=2.51MeV,称为第一逃逸峰。
C点能量=2.76MeV-0.51MeV-0.51MeV=1.74MeV,称为第二逃逸峰。
Eγ2=2.76MeV的γ射线在闪烁体中主要产生电子对效应。这时正负电子对具有的总动能为:
正负电子对的总动能比Eγ2少了一对正负电子的静止能量,这一正负电子对的总动能消耗在晶体中,用于闪烁发光。另外,当正电子动能消耗殆尽时,它就与晶体原子中的电子产生湮没作用,而转化为两只光子e++e- → 2hv,hv=0.51MeV。这两只光子称为湮没光子。这两只光子在晶体中有三种可能的趋向,两只湮没光子的能量全部消耗在晶体中,它们的总能量1.02MeV加上Ee+ + Ee-正负电子对在晶体中闪烁发光的能量,由于累积效应,谱仪记录B点能量,(Ee++Ee-)+1.02MeV=1.74MeV+1.02MeV=2.76MeV = Eγ2,所以B点是2.76MeV的全能峰。两只湮没光子中有一只逃逸出晶体,谱仪记录的能量比全能峰少了0.51MeV这就是D峰,称为第一逃逸峰。两只湮没光子全部逃逸晶体,对应的能量为Ee++Ee-=Eγ2-1.02MeV=1.74MeV,这就是C峰,称为第二逃逸峰。在放射性测井中,经常提到自然γ射线能谱测井,碘化钠闪烁晶体探测器测得40K、238U、232Th的γ射线能量谱如图1-2-8所示。
主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。当粒子进入闪烁体时,闪烁体的原子或分子受激而产生荧光。利用光导和反射体等光的收集部件使荧光尽量多地射到光电转换器件的光敏层上并打出光电子。这些光电子可直接或经过倍增后,由输出级收集而形成电脉冲。早在1903年就有人发现 α粒子照射在硫化锌粉末上可产生荧光的现象。但是,直到 1947年,将光电倍增管与闪烁体结合起来后才制成现代的闪烁探测器。很多物质都可以在粒子入射后而受激发光,因此闪烁体的种类很多,可以是固体、液体或气体。通常,按化学性质可分为无机闪烁体和有机闪烁体两大类。
无机闪烁体 固体的无机闪烁体一般是指含有少量混合物(激活剂)的无机盐晶体。虽然用纯无机盐晶体也可作为闪烁体,但加了激活剂后能明显提高发光效率。当闪烁体中原子的轨道电子从入射粒子接受大于其禁带宽度的能量时,便被激发跃迁至导带。然后,再经过一系列物理过程回到基态,根据退激的机制不同而发射出衰落时间很短的荧光(约 10纳秒)或是较长的磷光(约1纳秒或更长)。最常用的无机晶体是用铊激活的碘化钠晶体,即碘化钠(铊),最大可做到直径 500毫米以上。它有很高的发光效率和对γ射线的探测效率。其他无机晶体还有碘化铯(铊)、碘化锂(铕)、硫化锌(银)等,各有特点。新出现的有锗酸铋等。气体和液体的无机闪烁体,多用惰性气体及其液化态制成、如氙、氪、氩、氖、氦等。其中以氙的光输出最大而较多使用。
有机闪烁体 有机闪烁体大多属于苯环结构的芳香族碳氢化合物,其发光机制主要由于分子本身从激发态回到基态的跃迁。同无机晶体一样,有机闪烁体也有两个发光成分,荧光过程小于1纳秒。有机闪烁体又可分为有机晶体闪烁体、液体闪烁体和塑料闪烁体。有机晶体主要有蒽、茋、萘等,具有比较高的荧光效率,但体积不易做得很大。液体闪烁体和塑料闪烁体可看作是一个类型,都是由溶剂、溶质和波长转换剂三部分组成,所不同的只是塑料闪烁体的溶剂在常温下为固态。还可将被测放射性样品溶于液体闪烁体内,这种“无窗”的探测器能有效地探测能量很低的射线。液体和塑料闪烁体还有易于制成各种不同形状和大小的优点。塑料闪烁体还可以制成光导纤维,便于在各种几何条件下与光电器件耦合。
光电转换器件一般采用光电管与光电倍增管。但是,后出现的半导体光电器件,具有高的量子转换效率和低功耗,便于闪烁探测器的微型化和提高空间分辨率。已有人研制成闪烁体与光电器件均用半导体材料组成的单片集成化的闪烁探测器。
利用光电倍增管倍增系统所做成的电子倍增器,也可单独用来探测辐射。将分立的二次级改为连续的二次级后,形成通道型电子倍增器。微型化的通道型电子倍增器──微通道板可以做到在1厘米2面积上具有几十万个微通道。用微通道板作为电子倍增系统的光电转换器件,不但可以得到较高的灵敏度,而且还具有良好的时间特性和位置分辨率。
闪烁探测器具有探测效率高和灵敏体积大等优点。其能量分辨率虽然不如半导体探测器好,但对环境的适应性较强。特别是有机闪烁体的定时性能,中子、γ分辨能力和液体闪烁的内计数本领均有其独具的优点。因此,它仍是广泛使用的辐射探测器。
基本工作过程就是这样子啦~呵呵,我也刚学不久,不知道说的全不全面~希望对你有帮助~
闪烁探测器主要包括哪些部件,简述其工作机理。
闪烁探测器是一种基于闪烁体、光收集部件和光电转换器件的辐射探测器。当粒子穿过闪烁体时,它们会激发闪烁体内部的原子或分子,导致荧光产生。光的收集部件,如光导和反射镜,将荧光引导至光电转换器件的光敏层,并激发光电子。这些光电子可以直接或通过光电倍增管倍增后,被输出级收集,形成电脉冲。自1903...
闪烁探测器主要包括哪些部件,简述其工作机理。
闪烁探测器主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成。当粒子穿过闪烁体时,它们会激发闪烁体中的原子或分子,导致荧光产生。光的收集部件,如光导和反射体,将荧光引导至光电转换器件的光敏层,并激发光电子。这些光电子可以直接或通过光电倍增管倍增后,被输出级收集,形成电脉冲。自1903年发现α粒子...
放射性测量的闪烁型探测器
这些光子被光电倍增管的光阴极吸收,产生电子,电子随后在管内被逐级放大,形成电脉冲。这个脉冲被放大并输入电子线路,最终由定标器记录。射线强度与记录的脉冲数成正比,从而可以测量放射性同位素的数量。现代闪烁探测器能提供包括衰变率、计数效率和测量误差等数据。闪烁体是探测器的核心部分,其质量直接...
放射性测量的闪烁型探测器
测量的结果可用计数率,即射线每分钟的计数次数(简写为cpm)表示,现代计数装置通常可以同时给出衰变率,即射线每分钟的衰变次数(简写dpm)、计数效率(E)、测量误差等数据,闪烁探测器是近几年来发展较快,应用最广泛的核探测器,它的核心结构之一是闪烁体。闪烁体在很大程度上决定了一台计数器的质量...
闪烁探测器主要包括哪些部件,简述其工作机理。
液体和塑料闪烁体还有易于制成各种不同形状和大小的优点。塑料闪烁体还可以制成光导纤维,便于在各种几何条件下与光电器件耦合。光电转换器件一般采用光电管与光电倍增管。但是,后出现的半导体光电器件,具有高的量子转换效率和低功耗,便于闪烁探测器的微型化和提高空间分辨率。已有人研制成闪烁体与光电器件...
核辐射检测原理
核辐射检测原理具体如下可供参考:一、简述 1、核辐射检测仪的工作原理基于测量和检测环境中的核辐射水平。它通常由一个或多个探测器组成,这些探测器能够感知不同类型的核辐射,如α粒子、β粒子和γ射线。2、这些探测器会与环境中的核辐射相互作用,导致电荷或能量的变化。仪器会测量这些变化,然后将...
放射性测量晶体闪烁计数
特殊情况下,塑料溶剂中添加闪烁体可以用于探测高能量β射线。定性和定量分析是晶体闪烁计数的重要环节。例如,Cr-51衰变产生的γ射线,其特征性的光电峰和康普顿峰可用于同位素的定性和鉴别。通过比较计数率,可以计算样品的放射性强度或相对比例。对于γ计数器的性能评价,常用对Cs-137的661.6keV光电峰的...
辐射探测器分类
铊)闪烁体,对γ射线具有优良的能量分辨性能。进入60年代,半导体探测器的出现使得能谱测量技术有了重大突破。现代各种类型的探测器件和装置,无论是应用于高能物理、核物理还是其他科学技术领域,都是在原有气体电离探测器、半导体探测器和闪烁探测器的基础上,经过不断改进和创新发展起来的。
气体正比闪烁计数器
气体正比闪烁探测器工作在电离区,没有正比计数管电离放大造成的涨落,所以能量分辨率比正比计数管好很多。例如充Xe气的正比闪烁探测器,对5.9 keV X射线能量分辨率为8.0%(即472 eV);又由于输出信号大,不易形成电子学线路噪声。探测窗总面积可以大到500 mm2,也不影响分辨率。实验得出气体正比闪烁...
闪烁探测器中闪烁体的作用是
产生荧光。根据查询相关信息显示,闪烁体是一类能吸收能量,并能在大约一微秒或更短的时间内把所吸收的一部分能量以光的形式再发射出来的物质,当粒子进入闪烁体时,闪烁体的原子或分子受激而产生荧光。利用光导和反射体等光的收集部件使荧光尽量多地射到光电转换器件的光敏层上并打出光电子。
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钦州市17248168791: 闪烁探测器主要包括哪些部件,简述其工作机理. - ?
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钦州市17248168791: 伽马探测器原理 - ?
雀淑立芷: 是对放射性同位核素进行探测的一种传感器,探测伽马的探测器分好多种类,有半导体探测器,GM管探测器,闪烁体探测器,这三大类是常用的,原理都是将空气中的电离辐射能转换成一种可计数的脉冲信号,输入到二次仪表中,进行计数测量.
钦州市17248168791: 请问 核辐射检测器 的工作原理 - ?
雀淑立芷: 能够指示、记录和测量核辐射的材料或装置.辐射和核辐射探测器内的物质相互作用而产生某种信息(如电、光脉冲或材料结构的变化),经放大后被记录、分析,以确定粒子的数目、位置、能量、动量、飞行时间、速度、质量等物理量.核辐...
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雀淑立芷: ⒈探测原理 闪烁型探测器由闪烁体,光电倍增管,电源和放大器-分析器-定标器系统组成,现代闪烁探测器往往配备有计算机系统来处理测量结果.当射线通过闪烁体时,闪烁体被射线电离、激发,并发出一定波长的光,这些光子射到光电倍增...
钦州市17248168791: 闪烁γ能谱一测量但能γ射线的能谱,为什么是连续的分布?不好意思,没认真看打错字啦.用闪烁伽马能谱仪测量单能γ射线的能谱,为什么呈现出连续的分... - ?
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钦州市17248168791: CT机闪烁探测器的组成及工作原理是怎样的? ?
雀淑立芷: 闪烁探测器主要由闪烁晶体、光导和光电倍增管等部分组成.当带电粒子进入闪烁晶体时,使其原子激发或电离,当受激原子由激发态返回基态时,可以发出荧光光子,若入射线为伽码射线,它先在闪烁晶体内产生光电子等次级电子,再由这些次级电子使闪烁晶体激发或电离而放出荧光光子.荧光光子经过光导投射到光电倍增管的光电联极上,光电联极上的光电敏感物质放出光电子,后经聚焦投照到光电倍增管的阳极.由于阳极的电子倍增作用,使光电子数大量增加,这些电子打在阳极上,并在输出电阻上形成一个电压脉冲,该脉冲经前置放大器馈送至测量电路.
钦州市17248168791: 电子探测器的结构与原理? ?
雀淑立芷: 探测器 detector 观察 、记录粒子的装置 ,核物理和粒子物理实验研究中不可缺少的设备. 探测器可分为两类: ①计数器.有电离室、正比计数器 、盖革-米勒计数器 、闪...