掺杂无机晶体闪烁体的发光机制可以用固体的能带理论来描述。当电子从入射粒子接 受了大于禁带宽度的能量时可以被激发跃迁至导带，而在价带中留下一个空穴。当给予电 子的能量不足以使它电离到导带中，它可以处于导带 下面的激子能带（激带）内，这个电子和空穴被此具 ·导带 有相吸的库仑作用，这种束缚者的电子一空穴对被称 电子之 激都 为激子，如图2-2-5所示。 晶体内的杂质和晶格缺陷在禁带中产 些孤立 能级，起俘获中心的作用。当入射粒子通过 冈烁光子 烁俐 品格很快地运 电 能够自由 至被学 这时 一价带 空穴 心有 转化为热是 图2-2-5无机闪烁体能带图 是它们的激发 能最或品 时不发 受激电子直接跃回基态而发射光子 可以使铝射光子能量在可见光范围 是电子处在亚稳 部分电子从晶体振动中获得能量， 重新 迁到导带， 部分电子则以非 射跃迁回到价 由此可知，杂质和缺陷形成的俘获中心，退激时发出的光子，不仅其能量小于禁带宽 度，不会被闪烁体自吸收，而且光谱在可见光范围，便于使用。这种掺进激活剂的品体就 是常用的无机晶体闪烁体。 (②)有机闪烁体：有机闪烁体都是苯环碳氢化合物，可分为品体、液体和塑料三种 有机闪烁体的发光机制与无机闪烁体有本质上的不同，这种发光主要是有机分子本身的作 用。由于在有机闪烁体中分子间的作用比较弱 分子间的结合力对分子的受激和退激实际 上不会有什么影响，所以引起发光的原困主要就是分子本身从激发态回到基态的跃迁。 对 2) 日不随射线白 能量而变化， 条体才能使输出 射线能 (3)发光延续时间短，即保证有较高的时间分辨率： (④发光光谱能与光电倍增管 2.光电倍增管 光电倍增管的功能是把微弱的闪光转换为电子并放大成易于测量的电信号。光电倍增 管主要由光阴极、多级倍增极和电子收集极（阳极）组成，整个系统封装在抽成真空的玻 璃壳内。对于NaI(T1)闪烁体，一般采用Sb一Cs作光阴极，这时波长为30O0一50O0A的光 打出光电子的效率最高。 光电倍增管在闪烁探测器中的工作过程如下： 光电倍增管的光阴极端 窗与光耦合层紧 密 光阴极 很大的电子流 有效 得易 三、闪烁探测器对137Cs单能y射线的响成 6 6 掺杂无机晶体闪烁体的发光机制可以用固体的能带理论来描述。当电子从入射粒子接 受了大于禁带宽度的能量时可以被激发跃迁至导带，而在价带中留下一个空穴。当给予电 子的能量不足以使它电离到导带中，它可以处于导带 下面的激子能带（激带）内，这个电子和空穴彼此具 有相吸的库仑作用，这种束缚着的电子－空穴对被称 为激子，如图2-2-5所示。 晶体内的杂质和晶格缺陷在禁带中产生一些孤立 能级，起俘获中心的作用。当入射粒子通过闪烁体 后，产生激子、电子和空穴，它们都能够自由地经过 晶格很快地运动，直至被俘获中心俘获为止，这时俘 获中心从基态到达激发态，而激子、电子和空穴的多 余能量以热运动形式放走。然后处于激发态的俘获中 心有三种退激形式：一是它们的激发能转化为热运动 能量或晶格振动能回到基态，此时不发射光子；二是受激电子直接跃回基态而发射光子， 选择合适的激活剂，就可以使辐射光子能量在可见光范围；三是电子处在亚稳态，停留较 长一段时间，部分电子从晶体振动中获得能量，重新跃迁到导带，另一部分电子则以非辐 射跃迁回到价带。 由此可知，杂质和缺陷形成的俘获中心，退激时发出的光子，不仅其能量小于禁带宽 度，不会被闪烁体自吸收，而且光谱在可见光范围，便于使用。这种掺进激活剂的晶体就 是常用的无机晶体闪烁体。 (2)有机闪烁体：有机闪烁体都是苯环碳氢化合物，可分为晶体、液体和塑料三种。 有机闪烁体的发光机制与无机闪烁体有本质上的不同，这种发光主要是有机分子本身的作 用。由于在有机闪烁体中分子间的作用比较弱，分子间的结合力对分子的受激和退激实际 上不会有什么影响，所以引起发光的原困主要就是分子本身从激发态回到基态的跃迁。 在实际运用中要根据不同的探测对象和要求选择不同的闪烁体。对闪烁体的主要要求 是：(1)对射线有较大的阻止本领，即对射线有强的吸收，以达到高的探测效率；(2)发光 效率高，并且不随射线的能量而变化，满足后一条体才能使输出的光脉冲强度与射线能量 成正比；(3)发光延续时间短，即保证有较高的时间分辨率；(4)发光光谱能与光电倍增管 的光谱响应相匹配。 2. 光电倍增管 光电倍增管的功能是把微弱的闪光转换为电子并放大成易于测量的电信号。光电倍增 管主要由光阴极、多级倍增极和电子收集极（阳极）组成，整个系统封装在抽成真空的玻 璃壳内。对于NaI(Tl)闪烁体，一般采用Sb－Cs作光阴极，这时波长为3000～5000 Α 0 的光 打出光电子的效率最高。 光电倍增管在闪烁探测器中的工作过程如下：光电倍增管的光阴极端窗与光耦合层紧 密接触。射线在闪烁体中引起的闪光打在光阴极上，通过光电效应产生一定数目的光电 子。由于光阴极、各级倍增极和阳极之间都加有电压，每级产生的电子被有效地放大并集 中到下一级，最后在阳极形成很大的电子流，通过负载电阻即得易于测量的电压脉冲。 三、闪烁探测器对137Cs单能γ射线的响应 电子 空穴 闪烁光子 激活剂 激发态 导带 激带 禁带 价带 激子 Eg 图2-2-5 无机闪烁体能带图