放射化學(xué)第七講(核測量儀器）(文件)
【正文】 ? 在核輻射的照射下能產(chǎn)生熒光的物質(zhì) —— 閃爍體 ? 無機(jī)閃爍體： 無機(jī)單晶閃爍體： NaI(Tl) , CsI(Tl), LiI(Eu), Bi4Ge3O12(.) 無機(jī)多晶閃爍體： ZnS(Ag) ? 有機(jī)閃爍體：具有廣泛離域 ?電子體系的有機(jī)化合物： 有機(jī)晶體閃爍體：蒽晶體，四苯丁二烯晶體， 對聯(lián)三苯晶體； 有機(jī)液體閃爍體：由溶劑（甲苯和二甲苯， 有時(shí)添加一些二乙二醇單甲醚等物質(zhì)來增加與水的相容性）、第一閃爍體和第二閃爍體（波長變換劑）組成 2022/10/23 閃爍探測器 閃爍體 ? 第一閃爍體：聯(lián)三苯、 ? 第二閃爍體： PPO PDB POPOP 2022/10/23 PPO PDB POPOP 2， 5二苯基惡唑 2苯基 5（ 4聯(lián)苯基）3， 4惡二唑 1， 4二 [（ 2（ 5苯基惡唑基） ]苯 閃爍探測器 閃爍體 2022/10/23 閃爍探測器 閃爍體 ? 塑料晶體： 由溶劑、第一閃爍體和第二閃爍體組成。 2022/10/23 閃爍體的發(fā)光機(jī)制（續(xù)） ? 對于純晶體，禁帶不允許有電子存在。 2022/10/23 閃爍體的發(fā)光機(jī)制 ? 加入激活劑在禁帶中產(chǎn)生一些雜質(zhì)能級；若雜質(zhì)能級的激發(fā)態(tài)至基態(tài)為允許躍遷，就會(huì)以高幾率發(fā)射光子。 2022/10/23 閃爍體的發(fā)光機(jī)制（續(xù)） ? 對于 NaI(Tl)晶體，產(chǎn)生一對電子 — 空穴對所需的平均能量為 20eV； ? 1MeV的帶電粒子平均可產(chǎn)生 5?104個(gè)電子 — 空穴對； ? 若閃爍效率為 13%, 則 1MeV的帶電粒子有?105eV的能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋? ? 自旋為 0的單態(tài)能級為 S0、 S S S3??? ? 自旋為 1的三重態(tài)能級為 T T T3 ??? ? 每一電子能級又有一系列震動(dòng)能級，如 S00表示單態(tài)電子的基態(tài)振動(dòng)態(tài) ? 當(dāng)帶電粒子經(jīng)過有機(jī)分子附近時(shí)， 電子吸收能量被激發(fā)到高能態(tài)，并很快通過無輻射躍遷退激到S1態(tài)，而震動(dòng)能量通過與周圍的熱交換損失掉，最后激發(fā)態(tài)都處于 S10態(tài)。 ? 少量的第二閃爍體可將第一閃爍體發(fā)射的光子（ 350?400nm） 吸收 ,發(fā)射 420?480nm 的光子，發(fā)射效率接近 100%； ? 閃爍體對 420?480nm光子的自吸收更少，因此波長為420?480nm的光子能與光電倍增管的光陰極的光譜響應(yīng)配合而打出電子，提高閃爍探測器的輸出信號(hào)。 ? 測量中子：主要通過中子核反應(yīng)產(chǎn)生的帶電粒子。 ? ?射線的探測效率高，分辨本領(lǐng)好； ? 對于 1MeV以下的 ?射線， 辨率不如 NaI(Tl)閃爍體。 2022/10/23 閃爍譜儀的 ?射線能譜分析 ? 當(dāng) ?射線在閃爍體內(nèi)發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的能量全部損耗在閃爍體內(nèi)并產(chǎn)生熒光，其脈沖幅度對應(yīng)于 ?射線的能量，分布近似于高斯分布，稱這種分布為光電峰或全能峰； ? 當(dāng) ?射線在閃爍體內(nèi)發(fā)生康普頓散射，假如散射光子逸出閃爍體，而康普頓電子的能量全部損耗在閃爍體內(nèi)，由于康普頓電子的能量為從 0到最大值之間的連續(xù)分布，對應(yīng)的脈沖幅度也是連續(xù)分布，成為康普頓散射坪臺(tái)； ? 若經(jīng)康普頓散射的光子再與閃爍體發(fā)生光電效應(yīng)，其輸出脈沖則表現(xiàn)位對全能峰的貢獻(xiàn)。 2022/10/23 ?射線能譜 2022/10/23 閃爍譜儀的 ?射線能譜分析 ? 當(dāng) ?射線的能量大于 ，還應(yīng)考慮電子對效應(yīng)對能譜的貢獻(xiàn) 。 ? 缺點(diǎn)：抗輻射本領(lǐng)差，溫度效應(yīng)大，常需要在低溫（液氮溫度）下工作， 價(jià)格和使用成本高。 ? 因此，能量較高的 ?射線的能譜比較復(fù)雜。 BaCs 1 3 71 3 7 ? ?? ?? 137Ba因內(nèi)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生 32keV的特征 X射線并損耗在閃爍體內(nèi)，在對應(yīng)于 32KeV處形成一個(gè)特征 X射線的脈沖幅度分布，稱為特征 X射線峰。 ? 好的 NaI（ Tl)閃爍探測器對 137Cs的 662keV的 ?射線的能量分辨率約為 8%。 2022/10/23 閃爍體的特點(diǎn) ? CsI(Tl)和 ，可做成無窗探頭，但價(jià)格較貴。 ? 測量 ?射線：多用塑料閃爍體，根據(jù)射線的能量選擇不同厚度；低能 ?射線，可用液體閃爍體。 2022/10/23 有機(jī)閃爍體的發(fā)光機(jī)制 2022/10/23 閃爍體的閃爍效率 ? 入射粒子的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獾姆蓊~定義為閃爍效率，閃爍效率越高， 閃爍體越好。 ? 因此， 一個(gè)電子 — 空穴對大約產(chǎn)生一個(gè)光子。 ?由于可見光的能量小于晶格的禁帶寬度，而且雜質(zhì)原子的數(shù)量又非常少，因此， 摻雜晶體 對這種可見光的自吸收很少，光輸出變大。 ?因此純晶體的光輸出很少，不能作為閃爍體。 第一和第二閃爍體與有機(jī)閃爍體相同。 ? 應(yīng)用最廣泛的核輻射探測儀器之一； ? 特點(diǎn) : 分辨時(shí)間短 , 對?射線的探測效率高。 ? 有機(jī) GM管： 10?600C（淬滅氣體為乙醇） 20?500C（淬滅氣體為甲酸乙酯） ? 鹵素 GM計(jì)數(shù)管： 60?700C（淬滅氣體為 Cl2） 55?600C（淬滅氣體為 Br2） 2022/10/23 The Lecture Complete 2022/10/23 閃爍探測器 2022
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