【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 則這種測(cè)量結(jié)果不具有真實(shí)性。說(shuō)明測(cè)量系統(tǒng)本身早已存在不可靠性因素。脈沖電子加速器在運(yùn)行工作中，產(chǎn)生脈沖信號(hào)的時(shí)間順序是:電磁干擾、脈沖電子、脈沖韌致輻射信號(hào)。如果測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量對(duì)象是脈沖韌致輻射信號(hào)，而測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)顛倒的情況，則根據(jù)信號(hào)的物理因果關(guān)系和時(shí)間行為原則，可以判定測(cè)量的信號(hào)是偽信號(hào)，沒(méi)有真實(shí)性。這是測(cè)量系統(tǒng)中的觸發(fā)系統(tǒng)首先被電磁干擾信號(hào)啟動(dòng)，并記錄到電磁干擾信號(hào)的結(jié)果，表明觸發(fā)系統(tǒng)工作失效。為了減小測(cè)量系統(tǒng)的失效概率，提高測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性和有效性，要求測(cè)量系統(tǒng)有良好的輻射粒子選擇性、抗干擾性、工作狀態(tài)的合理性和時(shí)間關(guān)聯(lián)的精確性。由于脈沖信號(hào)的幅值、持續(xù)時(shí)間和出現(xiàn)時(shí)間的不確定性，因此，還要求設(shè)計(jì)和使用的測(cè)量系統(tǒng)對(duì)上述的不確定性信號(hào)應(yīng)具有滿足要求的信號(hào)捕捉能力。 脈沖輻射探測(cè)器的特性大多數(shù)脈沖電離輻射探測(cè)器的工作原理，是基于粒子在探測(cè)器靈敏體積內(nèi)使原子和分子電離或者激發(fā)而產(chǎn)生的效應(yīng)。帶電粒子能夠直接引起物質(zhì)原子的電離和激發(fā)，而X射線、Y射線、中子則是通過(guò)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)、核彈性散射、核反應(yīng)等次級(jí)過(guò)程使原子電離和激發(fā)的。為使原子電離或者激發(fā)而傳輸給物質(zhì)的能量，被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程一般由幾個(gè)連貫的具體轉(zhuǎn)換過(guò)程所組成的。電信號(hào)在核電子學(xué)設(shè)備中還要被進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，以便使電離輻射的被測(cè)參數(shù)能夠呈現(xiàn)為便于觀察和便于分析的形式[3]。按照電離輻射能量被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的原理，探測(cè)器可以分成下列幾個(gè)基本類型：電離型，其基本原理是利用物質(zhì)的電離過(guò)程；輻射致光型，其中包括閃爍型，其基本工作原理是利用物質(zhì)在電離輻射作用下發(fā)光；切倫科夫型，它是利用物質(zhì)在電離輻射作用下放出的法維洛夫一切倫科夫輻射；充電型，它是利用電離輻射作用于物體時(shí)所產(chǎn)生的電場(chǎng)。量熱型，其基本原理是利用電離輻射在物質(zhì)中造成的熱能。探測(cè)器類型繁多，形式各異，因此必須選出一些對(duì)于所有脈沖輻射探測(cè)器來(lái)說(shuō)是共同的、在總體上能決定探測(cè)器適用范圍的最重要的特性加以研究。脈沖輻射探測(cè)器的基本特性至少應(yīng)包括:探測(cè)效率、有效探測(cè)面積、電流靈敏度、幅度特性、時(shí)間響應(yīng)、線性電流、疲勞特性和過(guò)載能力等。下面簡(jiǎn)單介紹一下探測(cè)器的探測(cè)效率、能量響應(yīng)、可探測(cè)粒子注量率的上下限等。 探測(cè)效率脈沖輻射探測(cè)器的一個(gè)基本特性是探測(cè)效率。平行輻射入射時(shí)，脈沖輻射探測(cè)器對(duì)單能輻射粒子的探測(cè)效率為[4] (31)式中，為能量為E的單能粒子通量(1/cm2)。為探測(cè)器靈敏體積的橫截面積(cm2)。為平行入射束與探測(cè)器靈敏體積橫截面法線方向的夾角。為由的入射粒子與探測(cè)器靈敏介質(zhì)發(fā)生作用的輻射粒子數(shù)目。探測(cè)效率的物理意義是:探測(cè)器靈敏體積的單位有效面積上，在能量為E的單位輻射粒子通量輻照下，與探測(cè)器靈敏介質(zhì)相互作用并對(duì)探測(cè)器輸出有貢獻(xiàn)的入射輻射粒子數(shù)目。探測(cè)效率與射線入射到探測(cè)器的方向有關(guān)，探測(cè)器的探測(cè)效率具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。 輻射粒子電流靈敏度平行脈沖輻射束垂直入射到探測(cè)器靈敏體積的橫截面時(shí)，脈沖輻射探測(cè)器的靈敏度，一般定義為： [靈敏度]=[輸出總量]/[輸入總量] (32)物理意義是:單位有效輸入總量時(shí)探測(cè)器對(duì)應(yīng)輸出總量的大小。即，探測(cè)器對(duì)單位有效輸入量的敏感程度。在多數(shù)情況下，探測(cè)器的輸出為脈沖電流形式。因此，在脈沖輻射場(chǎng)測(cè)量實(shí)踐中，多用電流靈敏度這一定義： (安培厘米2?秒) （3 3）式中，為探測(cè)器位置處輻射脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)時(shí)刻能量為E的粒子通量密度的增量（厘米2?秒1）；為同時(shí)刻探測(cè)器由引起輸出電流增量（安培）。由于粒子的探測(cè)過(guò)程和探測(cè)器輸出端電流的形成都具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，所以只有當(dāng)探測(cè)器輸出電流統(tǒng)計(jì)漲落同輸出電流平均值相比是不太大的情況下，才能討論探測(cè)器的電流靈敏度。探測(cè)器的能譜特性也相當(dāng)重要，它描述靈敏度對(duì)入射到探測(cè)器上的單能粒子的能量的依從關(guān)系。知道輻射能譜和能譜特性，探測(cè)器的靈敏度可由下式求出： （34）有時(shí)候，探測(cè)某種給定輻射時(shí)的能量靈敏度以及照射量率靈敏度也是十分重要的兩個(gè)參數(shù)，這里是探測(cè)器所在位置上的照射量率。探測(cè)器的幅度特性，在測(cè)量脈沖輻射時(shí)起很大作用。幅度特性是指探測(cè)器輸出電流對(duì)照射它的粒子注量率的依從關(guān)系。 時(shí)間響應(yīng)脈沖輻射場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性是指測(cè)量系統(tǒng)對(duì)輸入輻射脈沖的幅度及其隨時(shí)間變化行為的動(dòng)態(tài)模擬跟隨能力。任何一個(gè)輸入信號(hào)，包括脈沖輻射信號(hào)，都可以分解成某些基準(zhǔn)信號(hào)的疊加，測(cè)量系統(tǒng)的輸出則是這些基準(zhǔn)輸入信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)的作用而產(chǎn)生輸出信號(hào)的疊加。常用的基準(zhǔn)信號(hào)有兩種，一種是δ函數(shù)脈沖，一是單位幅度的正弦波。前者適用于脈沖輻射場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性時(shí)域分析，即將輸入的脈沖輻射連續(xù)性信號(hào)分解成不同時(shí)刻的函數(shù)脈沖輻射信號(hào)的疊加。后者則適用于脈沖輻射場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)時(shí)間特性的頻域分析，即將輸入脈沖輻射的連續(xù)信號(hào)分解成不同頻率的基準(zhǔn)正弦波的疊加。輸入脈沖輻射通量密度可表示為： （35）不考慮測(cè)量系統(tǒng)對(duì)能量的響應(yīng)時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)對(duì)單位脈沖輻射輸入，測(cè)量系統(tǒng)的輸出為（未計(jì)入測(cè)量系統(tǒng)的固有延時(shí)）： （36）定義為系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)?？紤]能量對(duì)輸出的響應(yīng)時(shí)，由（）得測(cè)量系統(tǒng)的輸出為： (37)我們稱為測(cè)量系統(tǒng)對(duì)能量時(shí)間的聯(lián)合響應(yīng)函數(shù)。只要測(cè)量系統(tǒng)選定，其時(shí)間響應(yīng)函數(shù)便相應(yīng)確定。這時(shí)，輸入輻射脈沖可表示為： （38）測(cè)量系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的輸出脈沖為： （39）從中可以看出，測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)以在時(shí)域上唯一決定了測(cè)量系統(tǒng)輸入輸出脈沖間的時(shí)間特性關(guān)系。如果求得的解析解或數(shù)字解，則通過(guò)測(cè)量結(jié)果的逆卷積，便求得輸入脈沖輻射的解析性狀或數(shù)字分布性狀。因此，用時(shí)域分析方法，可以直接比較直觀地從測(cè)量系統(tǒng)的輸出得到系統(tǒng)的輸入，便于直接數(shù)值計(jì)算。這種分析方法，不但適于整個(gè)脈沖輻射場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，而且尤為適宜脈沖輻射場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)中的探測(cè)系統(tǒng)。 可探測(cè)粒子注量率的上下限測(cè)量粒子注量率的上限，由最大線性輸出電流來(lái)決定。 [量子/（厘米2?秒）] （310）測(cè)量粒子注量率的下限，首先取決于顯示探測(cè)器信號(hào)所用的儀器的靈敏度。但是甚至在有一臺(tái)理想的儀器能夠記錄探測(cè)器輸出的任意電信號(hào)的情況下，仍然存在著粒子注量率測(cè)量下限的統(tǒng)計(jì)局限性，這主要是因?yàn)楸粶y(cè)得的粒子數(shù)目減少了，而測(cè)量的統(tǒng)計(jì)誤差卻增加了。通常是在測(cè)量統(tǒng)計(jì)誤差約為10%時(shí)取值，此時(shí)在等于時(shí)間分辨的時(shí)間內(nèi)，記錄到約100個(gè)粒子；在這種情況下 [量子/（厘米2?秒）] （311）式中為探測(cè)器的有效探測(cè)面積，它的物理意義是當(dāng)探測(cè)器的探測(cè)效率的情況下其靈敏體積的橫截面面積，即探測(cè)器靈敏體積橫截面單位面積上只通過(guò)一個(gè)粒子的輻射場(chǎng)中，它能探測(cè)到的粒子(量子)數(shù)目。這里， s是垂直于射線入射方向的探測(cè)器的靈敏體積的橫截面積。此時(shí)，用探測(cè)器測(cè)量粒子(量子)注量率的最大線性范圍為 (3 12)在實(shí)際測(cè)量工作中，總是要求，以使在測(cè)量的量程范圍內(nèi)用盡可能少的探測(cè)器數(shù)量。然而，如果脈沖輻射探測(cè)器及其后面所接的測(cè)量設(shè)備，具有靜態(tài)性質(zhì)的固有本底(與輻射場(chǎng)無(wú)關(guān))或者具有脈沖性質(zhì)的固有本底(與輻射場(chǎng)有關(guān))，則探測(cè)器測(cè)量注量率的動(dòng)態(tài)范圍將大為縮小。作為探測(cè)器測(cè)量注量的下限，可以取這樣的局部輻射場(chǎng)：在脈沖輻射作用時(shí)間內(nèi)，探測(cè)器平均只記錄一個(gè)粒子(量子) [量子/(厘米2)] (313)其中是脈沖輻射的持續(xù)時(shí)間。如果一個(gè)探測(cè)器后面的測(cè)量設(shè)備能夠記錄下各單個(gè)粒子的電脈沖，那么就決定了一個(gè)給定的探測(cè)器所能探測(cè)的輻射場(chǎng)。在許多情況下，探測(cè)器的過(guò)載能力也十分重要。所謂過(guò)載能力，是指在通量密度超過(guò)探測(cè)器測(cè)量注量上限許多倍的輻射脈沖作用之后，探測(cè)器仍能保持自己的靈敏度的能力。通常只研究過(guò)載1一2個(gè)數(shù)量級(jí)的情況。在數(shù)值上一般用最大容許過(guò)載系數(shù)來(lái)描述探測(cè)器的過(guò)載特性，條件是在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)探測(cè)器靈敏度實(shí)際上不會(huì)下降。當(dāng)輻射通量很大時(shí)，必須考慮探測(cè)器的抗輻射性能，即探測(cè)器、組成探測(cè)器的各個(gè)部件和材料，在電離輻射作用時(shí)間內(nèi)及作用以后，應(yīng)能在規(guī)定的指標(biāo)限度內(nèi)繼續(xù)完成自己的功能，并在整體上保持自己的特性。脈沖輻射探測(cè)器的種類是多種多樣的。閃爍探測(cè)器是常見(jiàn)的一種。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 閃爍探測(cè)器4 閃爍探測(cè)器 閃爍探測(cè)器是利用某些物質(zhì)在帶電離子的激發(fā)作用下會(huì)發(fā)光的特性來(lái)探測(cè)粒子的。由于閃爍探測(cè)器探測(cè)效率高、時(shí)間響應(yīng)較快、對(duì)輻射粒子有很高的靈敏度，還能在很寬的范圍內(nèi)改變，有良好的時(shí)間分辨和線性范圍，因此在脈沖輻射測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用，而且完全可以借助快速示波器來(lái)記錄信號(hào)。與其它種探測(cè)器比較，閃爍探測(cè)器有如下顯著的特點(diǎn)，使它獲得廣泛的應(yīng)用。第一，它的適用范圍寬廣，能夠探測(cè)各種類型粒子(包括中性粒子)，并能測(cè)定它們的能量和性質(zhì)，可在各種場(chǎng)合和復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用；第二閃爍體可以是固體和液體介質(zhì)，由于密度大又可以制成很大的尺寸，因此其探測(cè)效率很高，特別是對(duì)γ射線的探測(cè)效率可達(dá)百分之幾十，甚至100%，比氣體探測(cè)器和半導(dǎo)體探測(cè)器高幾倍到幾十倍，同時(shí)它也可以用于高能粒子的探測(cè)；第三，它有較高的時(shí)間分辨率，現(xiàn)代的光電子元件和閃爍體可以設(shè)計(jì)和制造出時(shí)間分辨率接近1ns的高時(shí)間分辨率閃爍探測(cè)器，并允許在高計(jì)數(shù)速度下工作，這對(duì)于時(shí)間測(cè)量有很大意義，可在較強(qiáng)的粒子源場(chǎng)合和符合測(cè)量中使用。閃爍探測(cè)器是一種將電離輻射轉(zhuǎn)換成光輻射、再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。閃爍探測(cè)器由閃爍體配光敏器件構(gòu)成。最左邊的是一個(gè)對(duì)射線靈敏能產(chǎn)生閃爍光的閃爍體。當(dāng)射線進(jìn)入閃爍體時(shí)，在某一地點(diǎn)產(chǎn)生次級(jí)電子，它使閃爍體分子電離和激發(fā)，退激時(shí)發(fā)出大量光子。一般光譜范圍從可見(jiàn)光到紫外光，并且光子向四面八方發(fā)射出去。在閃爍體周圍包以發(fā)射物質(zhì)(但有一面要透光)，這樣能使光子集中向光電倍增管方向射出去。光電倍增管是一個(gè)電真空器件，它由光陰極、若干個(gè)打拿極和一個(gè)陽(yáng)極組成。光陰極前有一個(gè)玻璃或者石英制成的窗，整個(gè)器件外殼為玻璃，各電極由針腳引出。通過(guò)高壓電源和分壓電阻，使陽(yáng)極一各個(gè)打拿極一陰極間建立從高到低的電位分布。當(dāng)閃爍光子入射到光陰極上，由于光電效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生光電子，這些光電子受極間電場(chǎng)加速和聚焦，打在第一個(gè)打拿極上，產(chǎn)生個(gè)二次電子，這些二次電子在以后各級(jí)打拿極上又發(fā)生同樣的倍增過(guò)程，直到最后在陽(yáng)極上可接收到個(gè)電子。所以人們把這種器件稱為光電倍增管。大量電子會(huì)在陽(yáng)極負(fù)載上建立起電信號(hào)，通常為電流脈沖或電壓脈沖，然后通過(guò)起阻抗匹配作用的射極跟隨器，由電纜將信號(hào)傳輸?shù)诫娮訉W(xué)儀器中去。 閃爍探測(cè)器原理結(jié)構(gòu)示意圖通常閃爍體透光一面由玻璃封裝，如果它和光電倍增管之間存在空氣層就會(huì)使閃爍光子經(jīng)受全反射，不易到達(dá)光陰極，故其間充以折射系數(shù)和玻璃差不多的硅油，就會(huì)使光子損失大大減少。實(shí)際上常將閃爍體、光電倍增管和分壓器及射極跟隨器都安裝在一個(gè)暗盒中，統(tǒng)稱探頭。探頭中有時(shí)在光電倍增管周圍包以起磁屏蔽作用的坡莫合金，防止環(huán)境中磁場(chǎng)透入管子中去。電子儀器的組成單元?jiǎng)t根據(jù)閃爍探測(cè)器的用途而異，常用的有高、低壓電源、線性放大器、單道或多道脈沖幅度分析器，有時(shí)也可包括門(mén)電路、定時(shí)電路、符合電路、定標(biāo)器、計(jì)數(shù)率儀以及其它輔助電子學(xué)單元(例如示波器、脈沖發(fā)生器)，可方便靈活搭配。閃爍探測(cè)器的工作可分為以下幾個(gè)相互聯(lián)系的過(guò)程[5]： l)射線進(jìn)入閃爍體，與之發(fā)生相互作用，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子電離和激發(fā)。 2)被電離、激發(fā)的原子、分子退激時(shí)，一部分電離、激發(fā)能量以光輻射的形式釋放出來(lái)形成閃爍。 3)閃爍光的一部分被收集在光電倍增管的光陰極上。 4)利用反射物和光導(dǎo)將閃爍光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應(yīng)，光陰極上將產(chǎn)生光電子。 5)光電子在光電倍增管中倍增，電子流在陽(yáng)極負(fù)載上產(chǎn)生電信號(hào)。 6)信號(hào)由電子儀器記錄和分析。 閃爍體 閃爍體的分類閃爍體和光電器件是決定閃爍體特性的主要元件。閃爍體按其化學(xué)性質(zhì)可分為兩大類：一類是無(wú)機(jī)晶體閃爍體。通常是含有少量雜質(zhì)(稱為“激活劑”)的無(wú)機(jī)鹽晶體，常用的有碘化鈉(鉈激活)單晶體，即Nal(Tl)。碘化艷(鉈激活)單晶體即CsI(Tl)。硫化鋅(銀激活)多晶體，即ZnS(Ag)等。另一種是玻璃體，如飾激活銼玻璃LIO22SiO2(Ce)。此外，近年來(lái)還開(kāi)發(fā)了不摻雜的純晶體，如鍺酸秘(簡(jiǎn)稱BGO)。鎢酸福(CdWO4，簡(jiǎn)稱CWO)和氟化鋇(BaF2)等。另一類是有機(jī)閃爍體。它們都是環(huán)碳?xì)浠衔?，又可分為三種： 1)有機(jī)晶體閃爍體。例如蒽、茋、萘、對(duì)聯(lián)三苯等有機(jī)晶體。 2)有機(jī)液體閃爍體。在有機(jī)液體溶劑(如甲苯、二甲苯)中溶入少量發(fā)光物質(zhì)(如對(duì)聯(lián)三苯)，稱第一發(fā)光物質(zhì)，另外再溶入一些光譜波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換劑(如POPOP化合物)稱為第二發(fā)光物質(zhì)，組成有閃爍體性能的液體。 3)塑料閃爍體。它是在有機(jī)液體苯乙烯中加入第一發(fā)光物質(zhì)對(duì)聯(lián)三苯和第二發(fā)光物質(zhì)POPOP后，聚合而成的塑料。除這兩大類以外，還有利用氬、氙等惰性氣體作為氣體閃爍體，常作為記錄裂變產(chǎn)物和重粒子的探測(cè)器。閃爍體中有機(jī)閃爍體的時(shí)間特性最好。在脈沖輻射探測(cè)器中用的最多的是有機(jī)塑料閃爍體。它具有發(fā)光時(shí)間短、對(duì)環(huán)境條件不敏感、機(jī)械性能好、抗輻射性能好、透明度高等優(yōu)點(diǎn)，而且很容易進(jìn)行機(jī)械加工。隨著技