閃爍探測器

主要由閃爍體、光的收集部件和光電轉換器件組成的輻射探測器。當粒子進入閃爍體時，閃爍體的原子或分子受激而產生螢光。利用光導和反射體等光的收集部件使螢光儘量多地射到光電轉換器件的光敏層上並打出光電子。這些光電子可直接或經過倍增後，由輸出級收集而形成電脈衝。早在1903年就有人發現 α粒子照射在硫化鋅粉末上可產生螢光的現象。但是，直到 1947年，將光電倍增管與閃爍體結合起來後才製成現代的閃爍探測器。很多物質都可以在粒子入射後而受激發光，因此閃爍體的種類很多，可以是固體、液體或氣體。

基本介紹

• 中文名：閃爍探測器
• 組成部分：閃爍體、光的收集部件
• 性質：輻射探測器
• 閃爍體：固體、液體或氣體

無機閃爍體

簡介

固體的無機閃爍體一般是指含有少量其它種晶體（激活劑）的無機鹽晶體。雖然用純無機鹽晶體也可作為閃爍體，但加了激活劑後能明顯提高發光效率。當閃爍體中原子的軌道電子從入射粒子接受大於其禁頻寬度的能量時,便被激發躍遷至導帶。然後,再經過一系列物理過程回到基態，根據退激的機制不同而發射出衰落時間很短的螢光（約 10納秒）或是較長的磷光（約1納秒或更長）。最常用的無機晶體是用鉈激活的碘化鈉晶體，即碘化鈉（鉈），最大可做到直徑 500毫米以上。它有很高的發光效率和對γ射線的探測效率。其他無機晶體還有碘化銫（鉈）、碘化鋰（銪）、硫化鋅（銀）等，各有特點。新出現的有鍺酸鉍等。氣體和液體的無機閃爍體，多用惰性氣體及其液化態製成、如氙、氪、氬、氖、氦等。其中以氙的光輸出最大而較多使用。

輻射探測

X射線、CT、核醫學放射性核素成像、環境輻射監測、高能射線探測，其原理都是利用光子流作為射線源，射線穿透人體或物質，再從人體或物質中發射出來或射線直接被探測器接收而形成影像。所以探測器系統對射線的接收程度就成為關鍵的因素之一，常用的技術有：氣體電離室探測、半導體材料探測、閃爍晶體探測等。而閃爍晶體因其固有的吸收射線輻射發光的特性就成為測量射線能量和強度的良好材料。無機閃爍晶體主要套用領域有高能物理、核物理、核醫學（如XCT、PET以及g相機）、工業套用（工業CT）、地質勘探、石油測井等。閃爍晶體在射線的激發下能發出位於可見光波段的光波，不同的閃爍體最大閃爍發射波長、光產額、閃爍衰減時間、輻射長度、輻照硬度及密度、熔點、硬度、吸潮性等物理性質都有所不同。現實中沒有任何一種閃爍體能滿足全部使用要求，每種閃爍晶體都有各自的優缺點，使用中需根據具體要求及套用領域選擇不同的材料。一般來說無機閃爍晶體用於輻射探測時基本應具備以下幾個條件：
<1>對探測粒子有較大的阻止本領，使入射粒子在晶體中的損耗量較大，為此閃爍體的密度及有效原子序數應較大。
<2>具有較高的發光效率及較好的能量解析度。
<3>在自身發光波段內無吸收，即有較高的透過率。
<4>較短的發光衰減時間（時間分辨好）。
<5>發射光與光探測元件光譜回響相匹配。
<6>較大的輻照硬度（抗輻射損傷）。
<7>較好的熱穩定性（ 發光效率受溫度影響小）。
<8>易於加工成各種形狀和尺寸。
<9>較好的化學穩定性（不吸潮）。
現已開發的無機閃爍體如下：NaI(Tl) .CsI. CsI(Na) .CsI(Tl) .LiF(Eu) .CaF2(Eu) .CdF2、BaF2.CeF3 .BGO(Bi3Ge4O12) .ZWO(ZnWO4) .CWO(CdWO)4 .PWO(PbWO4) .GSO:Ce(Gd2SiO2O5:Ce) .LAP:Ce(LaAlO3:Ce) .YAP:Ce（Y AlO3:Ce）.LSO:Ce(Lu2Si2O5:Ce)等。

套用領域

NaI和BGO(鍺酸鉍)是套用較多的閃爍晶體，NaI(Tl)光輸出大。對NaI(Tl)光輸出的界定是以最早的塑膠閃爍體--蒽（C14H10）來標定，相對於蒽，NaI(Tl)的相對光輸出為230%。
NaI(Tl) 晶體密度較低（3.65g/cm3）， BGO有較高的密度（7.13g/cm3），但光輸出較低（只有NaI(Tl)的8%）。現處於較前沿的閃爍晶體有：GSO(Ce)、YAP (Ce)、LAP(Ce)、LSO(Ce)等。這些晶體光輸出較高，如LSO(Ce)約為NaI(Tl)的75%，且衰減時間快、密度高。因其優良的性能，儘管造價昂貴，但仍不失為高能探測的理想材料。

有機閃爍體

有機閃爍體大多屬於苯環結構的芳香族碳氫化合物，其發光機制主要由於分子本身從激發態回到基態的躍遷。同無機晶體一樣，有機閃爍體也有兩個發光成分,螢光過程小於1納秒。有機閃爍體又可分為有機晶體閃爍體、液體閃爍體和塑膠閃爍體。有機晶體主要有蒽、茋、萘等，具有比較高的螢光效率，但體積不易做得很大。液體閃爍體和塑膠閃爍體可看作是一個類型，都是由溶劑、溶質和波長轉換劑三部分組成，所不同的只是塑膠閃爍體的溶劑在常溫下為固態。還可將被測放射性樣品溶於液體閃爍體內，這種“無窗”的探測器能有效地探測能量很低的射線。液體和塑膠閃爍體還有易於製成各種不同形狀和大小的優點。塑膠閃爍體還可以製成光導纖維，便於在各種幾何條件下與光電器件耦合。

光電轉換器

光電轉換器件一般採用光電管與光電倍增管。但是，後出現的半導體光電器件，具有高的量子轉換效率和低功耗，便於閃爍探測器的微型化和提高空間解析度。已有人研製成閃爍體與光電器件均用半導體材料組成的單片集成化的閃爍探測器。

利用光電倍增管倍增系統所做成的電子倍增器，也可單獨用來探測輻射。將分立的二次級改為連續的二次級後，形成通道型電子倍增器。微型化的通道型電子倍增器──微通道板可以做到在1c㎡面積上具有幾十萬個微通道。用微通道板作為電子倍增系統的光電轉換器件，不但可以得到較高的靈敏度，而且還具有良好的時間特性和位置解析度。

閃爍探測器具有探測效率高和靈敏體積大等優點。其能量解析度雖然不如半導體探測器好，但對環境的適應性較強。特別是有機閃爍體的定時性能，中子、γ分辨能力和液體閃爍的內計數本領均有其獨具的優點。因此，它仍是廣泛使用的輻射探測器。