γ闪烁探测器的工作原理

伽马射线闪烁探测器有哪些？~

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。

主要是伽马射线进入闪烁体，通过发生光电效应、康普顿散射、电子对作用产生次级电子，次级电子使闪烁体原子激发，激发的原子退激时发出荧光，荧光打在光阴极上，打出电子，也就是相当于发生光到电子的转换，出射的电子打在后面光电倍增管的打拿级上，电子不断的倍增，最后由光电倍增管的阳极输出电信号。该信号的幅度是和入射伽马射线的能量成正比的。
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~

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