第九章 闪烁探测器 Scintillation Detector
第九章 闪烁探测器 Scintillation Detector
闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生 的闪光来探测电离辐射的探测器。 荧光 光子 光电倍增管 反射层窗 (打拿极) 分压器 前置放大器 多道或单道 高压 闪烁体 光电子 光阴极 阳极管座 暗盒
闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生 的闪光来探测电离辐射的探测器。 闪烁体 光电倍增管 反射层 (打拿极) 管座 分压器 高压 多道或单道 光阴极 阳极 荧光 光子 光电子 暗盒 窗 前置放大器
闪烁探测器的工作过程： ()辐射射入闪烁体使闪烁体原子电离或 激发，受激原子退激而发出波长在可见光 波段的荧光。 (2)荧光光子被收集到光电倍增管(PM)的 光阴极，通过光电效应打出光电子。 (3)电子运动并倍增，并在阳极输出回路 输出信号。 闪烁探测器可用来测量入射粒子的能量
闪烁探测器的工作过程： (1) 辐射射入闪烁体使闪烁体原子电离或 激发，受激原子退激而发出波长在可见光 波段的荧光。 (2) 荧光光子被收集到光电倍增管(PMT)的 光阴极，通过光电效应打出光电子。 (3) 电子运动并倍增，并在阳极输出回路 输出信号。 闪烁探测器可用来测量入射粒子的能量
9.1闪烁体 1、闪烁体的分类 )无机闪烁体： 无机晶体（掺杂）Nal(T,CsI(T,ZnS(Ag) 玻璃体Li0,·2SiO,(Ce)(锂玻璃) 纯晶体Bi,GeO12 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：A、X等
9.1 闪烁体 1、闪烁体的分类 1) 无机闪烁体： 玻璃体 纯晶体 无机晶体(掺杂) NaI(Tl),CsI(Tl), ZnS(Ag) LiO SiO (Ce) 2 2 2 (锂玻璃) Bi4 Ge3 O12 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
2、闪烁体的发光机制 1)无机闪烁体的发光机制 激活剂 重点分析掺杂的无机晶体，以Nal应， CsI(T0,Csl(Na)属于离子晶体等为最典 型，又称卤素碱金属晶体。 晶体中电子的能态不 导带 再用原子能级表示， 而用“能带”来描述。 晶体的发光机制 禁带 激带 取决于整个晶体 的电子能态。 价带
2、闪烁体的发光机制 1) 无机闪烁体的发光机制 重点分析掺杂的无机晶体，以NaI(Tl)， CsI(Tl),CsI(Na)属于离子晶体等为最典 型，又称卤素碱金属晶体。 禁带 导带 价带 晶体的发光机制 激带 取决于整个晶体 的电子能态。 晶体中电子的能态不 再用原子能级表示， 而用“能带”来描述。 激活剂
对于离子晶体，辐射射入闪烁体使晶体 原子电离和激发。 结果使得价带中的一些电子由原来位置跃 迁过禁带而进入导带，成为自由电子，同 时在价带中形成空穴。（电离） 电子也可能跃迁到较低的激带，这时产 生的电子一空穴对称之为激子。激子只 能在晶格中束缚在一起运动。（激发） 导带上的自由电子和价带空穴可以复合成 激子，相反，激子也可以受热运动而变成 自由电子一空穴对
导带上的自由电子和价带空穴可以复合成 激子，相反，激子也可以受热运动而变成 自由电子－空穴对。 对于离子晶体，辐射射入闪烁体使晶体 原子电离和激发。 结果使得价带中的一些电子由原来位置跃 迁过禁带而进入导带，成为自由电子，同 时在价带中形成空穴。（电离） 电子也可能跃迁到较低的激带，这时产 生的电子－空穴对称之为激子。激子只 能在晶格中束缚在一起运动。（激发）
退激过程将可能发出光子，也可能变成晶 格振动能而不发光。 出现的问题： A)对纯离子晶体，退激发出的光子容易被 晶体自吸收，传输到晶体外的光子很少； B)由于离子晶体禁带宽度大，退激发出的 光子能量为紫外范围，一般光电倍增管的 光阴极不能响应，这些发射的光子不能被 有效利用
B）由于离子晶体禁带宽度大，退激发出的 光子能量为紫外范围，一般光电倍增管的 光阴极不能响应，这些发射的光子不能被 有效利用。 退激过程将可能发出光子，也可能变成晶 格振动能而不发光。 A）对纯离子晶体，退激发出的光子容易被 晶体自吸收，传输到晶体外的光子很少； 出现的问题：
解决办法：在晶体中掺入少量杂质。 称为“激活剂”的杂质在晶格形成特殊的 晶格点，并在禁带中形成一些局部能级。 选择合适的杂质，使它的激发能级比晶体 的导带、激带低，而基态比价态高。杂质 能级成为发光中心。 由于杂质的电离能小于典型晶格点的电离 能，原子受激产生的电子、空穴将迅速迁 移到杂质能级的激发态和基态，即使杂质 原子处于激发状态
选择合适的杂质，使它的激发能级比晶体 的导带、激带低，而基态比价态高。杂质 能级成为发光中心。 解决办法：在晶体中掺入少量杂质。 称为“激活剂”的杂质在晶格形成特殊的 晶格点，并在禁带中形成一些局部能级。 由于杂质的电离能小于典型晶格点的电离 能，原子受激产生的电子、空穴将迅速迁 移到杂质能级的激发态和基态，即使杂质 原子处于激发状态
激发态的杂质原子有三种可能的退激方式： ①电子从激发态立即跳回基态，发射出光子， 发光的衰减时间通常在107s以内，称为“荧光” 荧光光子为可见光的范围，且有效地克服了发 光的自吸收，使晶体的发射光谱和吸收光谱有 效的分离。 ②电子把激发能转换为晶格的振动（热运动）而 到达价带，并不发射光子，这种过程称为“淬 灭过程
激发态的杂质原子有三种可能的退激方式： ① 电子从激发态立即跳回基态，发射出光子， 发光的衰减时间通常在10-7 s以内，称为“荧光” 。 荧光光子为可见光的范围，且有效地克服了发 光的自吸收，使晶体的发射光谱和吸收光谱有 效的分离。 ② 电子把激发能转换为晶格的振动(热运动)而 到达价带，并不发射光子，这种过程称为“淬 灭过程”
③激发态是亚稳态，电子可以在此状态保持一 段较长的时间，像掉入陷阱一样。 这些电子可以从晶格振动中获得能量，重新跃迁 到导带，然后再通过发射光子而退激，因而发光 的衰减时间较长，称之为“磷光” 。 2)有机闪烁体的发光机制 有机闪烁体的发射光谱和吸收光谱的峰值是分 开的，所以，有机闪烁体对其所发射的荧光是 透明的。但发射谱的短波部分与吸收谱的长波 部分有重叠，为此在有的有机闪烁体中加入移 波剂，以减少自吸收
2) 有机闪烁体的发光机制 有机闪烁体的发射光谱和吸收光谱的峰值是分 开的，所以，有机闪烁体对其所发射的荧光是 透明的。但发射谱的短波部分与吸收谱的长波 部分有重叠，为此在有的有机闪烁体中加入移 波剂，以减少自吸收。 ③ 激发态是亚稳态，电子可以在此状态保持一 段较长的时间，像掉入陷阱一样。 这些电子可以从晶格振动中获得能量，重新跃迁 到导带，然后再通过发射光子而退激，因而发光 的衰减时间较长，称之为“磷光”