第三讲核辐射的探测和探测仪器2007课件.ppt

第三章 核辐射的探测和探测仪器 廖 建 民 2007 第一节 射线探测器 核辐射探测仪器主要由射线探测器和辅助电子学仪器组成。核辐射探测器把射线能量转换成可记录的电讯号或其它可记录的讯号。通过辅助电子仪器对这些讯号进行分析和记录，以达到探测射线的目的。 射线探测器根据探测原理可分为气体电离探测器，固体闪烁探测器，液体闪烁探测器，半导体探测器和核子乳胶等。 γ闪烁计数器 放射性活度计 袖珍剂量仪 脑血流测定仪r-CBF 同位素扫描机 双探头SPECT PET 自动免疫测定仪 骨密度仪 一、气体电离探测器 气体电离探测器主要有三种： 电离室 正比计数器 G-M计数器。 二、固体闪烁探测器 固体闪烁探测器主要由闪烁体，光导和光电倍增管三部分组成 。 原理：射线作用闪烁体时，引起闪烁体原子或分子激发，在退激时，发射出光子，光子逸出闪烁体，通过光导打在光电倍增管的光阴极上，产生光电子，这些光电子在光电倍增管中经多级倍增，最后成为一个电脉冲输出。 固体闪烁体有无机晶体,塑料闪烁体和有机闪烁体三大类，其发光源原理各不相同 。 1.无机晶体：无机晶体有多种，如： ZnS(Ag):主要用于探测α 粒子; LiI(Eu):主要用于探测中子; NaI(Tl)和CsI(Tl): 用于探测β-射线和γ 射线。 NaI(Tl)晶体是用得最多最普遍的一种。 原理如下：光子进入晶体后，与晶体中原子相互作用，将能量转移给核外电子，使之电离，产生高能电子，高能电子在晶体中以一定速度运动，沿途可激发其它原子的电子，被激发的电子在退激时，能量损耗可以直接跃回基态而发射出光子，也可以转化为热能或晶格振动能，回到基态，此时不发射光子。 纯晶体在室温下，绝大部分被激发的电子能量都以后者形式损失掉，发射光子机率很小，即发光效率很低。为此常加入杂质，如Tl以提高发光效率。Tl称为激活剂 当加入杂质原子后，纯晶体发生畸变，在禁带中出现一些由杂质原子产生的孤立能级。 当电子从射线接受大于禁带或杂质孤立能级能量时，电子可能被激发，跃至导带、激发带或孤立能级，已进入导带的电子也可能进入杂质能级(杂质形成的空穴)。处于杂质能级的受激电子，退激时 有三种退激过程： 1）可以放出热能或晶格振动能回到基态 ； 2）也可以直接跃迁到基态而发出光子，称荧光光子，发光时间短约10－8秒 ； 3）电子在该能级停留一些时间才回基态或从晶格振动中获得能量再跃迁到导带，然后再按某一过程退激发光，这两过程所发的光称磷光，发光衰减时间较长，约10-6秒。 2．有机晶体 ,如蒽、三联苯、对称二苯乙烯等 。 发光机理：主要是分子从激发态回到基态；多余的能量以光子形式发射出来。 特点：发光衰减时间短，透明度好，易于加工，荧光的波长范围与光电倍增管的光阴极匹配较好；含有大量氢原子，可用于探测快中子。 缺点：发光效率、能量分辨率等不如无机晶体。 3．塑料有机闪烁体：在苯乙烯，二甲基苯乙烯等塑料单体中加入一定量闪烁剂聚合而制成，闪烁体常用TP(三联苯)和PBD。 发光机制：射线进入塑料晶体时，能量通过塑料转移，而使闪烁剂分子激发，退激过程中发射出荧光光子 。 特点：透明度好，易于加工。对β-射线可以获得较低的本底计数率。 第二节 液体闪烁计数器 主要特点：闪烁体是液体，放射性样品分散在闪烁液中，直接与闪烁体接触，不存在样品射线的自吸收，探测器壁和空气的吸收。 是目前测量低能β－ 射线的最有效方法。而对α射线，低能γ射线，化学发光，生物发光等均可进行较满意的测量。特别是对生物，医药示踪研究有着非常重要的实用价值。 一、液体闪烁测量原理 液体闪烁测量在闪烁杯内进行，除放射性样品外还要加入一定量的闪烁液。闪烁液由溶剂和闪烁体组成。样品发出的射线绝大部分能量被溶剂吸收，部分受激的溶剂分子，在退激时，将释放出的能量传递给第一闪烁体分子使之受激；部分溶剂分子也可以退激发光。闪烁体分子从激发态回到基态时将多余的能量以光子形式释放出，这些光子透过闪烁瓶壁，达到光电倍增管光阴极，产生光电效应，经光电培增管倍增产生光电流，被收集后产生电信号，经电子学仪器处理后被记录。 能量传递过程：闪烁液中的闪烁体浓度很低，低能β－射线在溶液中电离密度大，射程很短，因此，β－粒子首先应与包围它的溶剂分子相互作用，使溶剂分子激发，然后再向周围邻近分子作能量迁移。即 S1* +S2－－Sl+S2* S2*+S3——S2+S3* 最终能量传递给溶质分子（闪烁体）使其处于激发态，退激时，发射出特征荧光光谱。 闪烁液的一个重要特性是它的闪烁效率 ，含义是：一个粒子使闪烁体溶液激发产生光子的能量(TEph)与入射粒子能量(Eex)之比。 在闪烁测量系统中，在产生荧光同时，还可能有另一不发光过程存在，能量以热或其它形式损失掉，这就是淬灭。