核辐射探测器的最新进展_图文

1、第六届全国核仪器及其应用学术会议论文集核辐射探测器的最新进展汲长松（中核（北京）核仪器厂，北京，）摘要：本文介绍近十几年来核辐射探测器的主要进展。关键词：核辐射；探测；探测器核辐射探测器的发展是核技术进展的标志之一，一个国家核辐射探测器的研制与制作水光电倍增管不同光窗的量子效率。（）与（）最突出的特点是高能量分辨率。对的光电峰分辨率分别为与。其次是快闪烁时间与高光输出。（）（）闪烁体主要技术数据垡！羔！壁丛堡垒堡！密度（）平，也是该国核技术水平高低的重要标志之一。核辐射探测器的发展与核探测技术的发展同步，经历了由计数，测谱，到图像显示的发展历程。与上述进程相呼应，给核辐射探测器的发展提出的要求

2、是：快时间、高探测器效率、高（脉冲幅度、能量）分辨率以及大体积，组成阵列等。另外，在核性能相近的前提下，探测器的生产工艺、探测器使用环境条件与价格也是导致探测器更迭的重要因素。最近十几年来，陆续研制成功多种新型核辐熔点（）热膨胀系数（沿轴）（×，）解理面制解性是是最强发射波长（岫）折射系数（最强发射波长）闪烁衰减时间（）射探测器，其中部分新品种已经形成为商品而逐渐被市场接受；有部分探测器已经被淘汰或被逐步取代；另有部分“老”探测器被重新认识而得以“重用”。快成分勰慢成分光输出（光子，）能量分辨率（，典型）（）温度特性保持不变新型核辐射探测器（）与（）兰（）是用铈（）激活的氯化镧晶体。

3、（）是用铈（）激活的溴化镧晶体。它们都近几年研制成功的镧系元素新型丫闪烁体。其中，特别是（），其对丫与射线的高阻止本领；快闪烁时间；极高的能量分辨率以及稳定的温度特性，使其应用前景诱人。有人预言（）将是（）的升级换代的高性能探测器。图示出（）闪烁体的发射谱及双碱蒂粤一图（）闪烁体的发射谱及双碱光电倍增管不同光窗的量子效率硼硅玻璃：一透紫玻璃；石英玻璃僦碲化镉与碲锌镉半导体探测器是经过二十多年的探索与对比而最后胜出的化合物半导体探测器。其决定性的优点是具有半导体探测器的极高能量分辨率，又可在室温下很好地工作。主要用作室温半导体探测器，谱仪探头。由于击（，仰）晶体的原子序数高、禁带能宽大、电阻率高

4、，非常适合探测能量（）的光子，同时目前的生产工艺可制各体积为（）的单晶，探测能量达到以上，用它们制成的探测器在射线、丫射线能谱测量方面具有广泛应用前景。晶体性能接近。和晶体的基本特性半导体种类原子序数密度，禁带宽度，电阻率，约（）（肛）。，（）（）（肝），掺杂塑料闪烁体为了充分应用塑料闪烁探测器的大体积、易成型与价格低，以及可大批量生产等优势，近些年来已研制成功多种掺杂塑料闪烁体，用于满足诸如中微子、慢中子与，探测等特殊需求。含钆（）塑料闪烁体含塑料闪烁体特性含硼（）塑料闪烁体含塑料闪烁体特性热中子陋卯探测效率与浓度的关系【不含的样品的探测效率定为零】。含锂（）塑料闪烁体掺塑料闪烁体与俄罗斯光

5、电倍增管组成探测器，对几种不同浓度的塑料闪烁探测中子的灵敏度进行测定测量结果。对浓度分别为、，尺寸均为蝉的载塑料闪烁体的中子灵敏度进行了实验；对浓度为的三种不同厚度的闪烁探测器的中子灵敏度也进行了实验。实验结果表明，在晶点，几种掺塑料闪烁探测器中子灵敏度均升高。这是由于作用截面在磊处有一较强的共振峰，核反应次级和丁粒子的贡献。中子探测采用直流电流法。在相同尺寸前提下，载闪烁体比“闪烁体的中子灵敏度低约，而比同尺寸的塑料闪烁体高约。这说明随着掺浓度的提高，载塑料闪烁体的透明度下降较快，它与透明度测量数据相符。实验结果证实了在塑料闪烁体中加入，可以使快中子探测器塑料闪烁体对以下能区的中子具有一定的

6、灵敏度。应当指出，目前的水平是：婿能互三登兰竺蠹正？，掣载塑料闪烁探测器中的加入提高了塑料闪烁探测器的低能中子灵敏度；但随着掺浓度的提高，载塑料闪烁体的透明度下快中子与含物质作用，反冲质子能量分布为以中子最大能量为上限的等几率分布。而快中子与含物质作用，反冲质子能量分布中出现峰，这可以用于本底甄别，有效探测快中子。降较快，从而导致中子灵敏度减小。含铅（）塑料闪烁体塑料闪烁体（含铅）性能指标密度（，）（）：与（）：是过氧正硅酸钆（铈），简记作，或：。光产额（光子瓜）闪烁衰减时间（砸）能量分辨率（），时间分辨（）潮解性：过氧正硅酸镥（铈），简记作，或：。尽管：闪烁体最早于年，由和已报告研制成功，但

7、是作不光电子产额【能量沉积；光收集效率：量子光电子转换效率】为闪烁探测器引起重视，是近几年的事情。因此可以说，上述两种用铈激活的镧系元素晶体闪烁体，是近几年来闪烁探测器研制的最新进展。与的主要特点是有效原子序数含氘（）塑料闪烁体】在塑料闪烁体中，用氘取代氢而制成的塑料闪烁体。其特点是：中微子与氢核的（，）反应，伴随很强的高，阻止本领大；闪烁衰减时间快，可用于快计数；光输出与闪烁衰减时间随温度的变化极为平缓（）。本底。而（，）反应中没有这一本底。：与（）：闪烁体技术数据密度（最强发射波长（硼）相对闪烁效率（）】（）是的倍】光输出（光于）闪烁衰减时间（）快成分慢成分（）（。、折射系数（发射峰波长）

8、有效原子序数能量分辨率（）（）辐射长度（）时间分辨（）（）潮解性不（室温一）（）不发光效率的温度效应（）热中子吸收截面（”已用于核医学正电子湮没计算机断层（）的探测器。硅酸铋晶体是本征晶体，化学分子式为，简记作。的技术数据密度，：】最强发射波长，最强激发波长，：闪烁截止波长，相对闪烁效率相对，：】闪烁衰减时间（室温），折射系数（）：能量分辨率（），：辐射长度，：解理面：无潮解性：不发光效率的温度效应，【：光电子产额，光电子：温度效应由室温降至，光输出上升倍：闪烁衰减时间增大倍金刚石探测器近年来，俄罗斯研制成功一种由金刚石制作的核辐射探测器供应市场。，（一）型金刚石探测器，主要用于丫、与质子剂量

9、测量。特点：天然金刚石为原材料、灵敏度高、耐辐照、耐高温、组织等效性、灵敏度与射线入射方向无关与防水性。主要技术指标与射线计量率量程（）能量响应区间灵敏度（，）（）转换特性的非线性（）±电压（）暗电流（）§×舶灵敏区厚度（）灵敏体积（栅】耐辐照（）其他准新型探测器（）锗酸铋是一种问世仅仅十几年的新型闪烁体，它是一种纯的本征晶体。分子式为，符号为。它的阻止本领高，余辉小，化学性能稳定，机械强度好，现已被广泛采用。主要用于许多丫计数的场合。对的深入研究揭示了其许多特点。的发光机制是离子的态。态的电跃迁。因此，的发光机制与（）不同。本身是一种纯闪烁晶体，其发光不受激活剂

10、在晶体中的浓度及分布的均匀性的影响。图示出在时的荧光特性曲线。发射光谱分布在（）区间，峰值在。由图可见，的吸收特性曲线与发光特性曲线并不重叠，即不吸收它自身所发的光。图中还叠加上普通光电倍增管和硅光电二极管的光谱响应曲线。可以看出的发射光谱与普通光电倍增管和硅光电二极管的光谱响应特性相匹配。因而的应用对光电倍增管和电子学线路没有特殊要求。奄萍较一波长（皿）图荧光特性、普通光电倍增管和硅光电二极管的光谱响应特性理论计算得到的和（的量子效率，对于同一能量，在光电区内，的量子效率比（）的高。但是由于的折射率高（，），而普通光耦合相关材料的硅胶，刀丝，空气为，光电倍增管窗玻璃一般为，因此，所发出的闪烁

11、光中的一大部分，由于全内反射而被“困于”闪烁体内。用放射源作的实际测量发现，光电倍增管所接收到的晶体发出的闪烁光，仅仅是（）晶体在相同条件下的（）。闪烁体技术数据线性热膨胀系数，一【，硬度（）解理面无潮解性：不密度（）有效原子序数；（）最强发射波长（岫）：（；）折射系数（）闪烁衰减时间（璐）：时间分辨（）（芦）：闪烁上升时间（）（腿）；余辉（之后）（）相对发光效率（）】（的，：绝对光输出（光子）：【；（）光电子产额：能量沉积：；光收集效率；懦量子一光电子转换效率闪烁截止波长（）；时光输出的温度系数（，）：一（一；一）能量分辨率（）：【，线吸收系数（）（）：辐射长度（）：（）最小电离密度（尉扭）

12、血】（）；吸收长度【：（）：耐辐照：（）辐照后光输出下降（）氟化钡也是一种纯晶体。它在、及射线作用下能产生闪烁。晶体作为闪烁体来说，其最重要的特征是兼有无机闪烁体对，射线的高探测器效率，输出脉冲幅度谱线中有光电峰及有机闪烁体的快时间特性。主要用于核医学中正电子湮没技术与高能物理中。其主要特点是平均原子序数高、密度大，对丫射线具有较高的阻止本领；不潮解：荧光发射谱中存在两种波长不同的衰变成分；对丫射线线性响应好，对自身闪烁光的自吸收较小。闪烁衰减时间中快成分为：慢成分为；快成分与慢成分光发射强度比在快成分的频谱范围（约）内，约为：；掣智罂螂一（三如图闪烁体的发射光谱及厚的透光率分子量熔点（）沸点

13、（）溶解度（）（）热膨胀系数（，一【）硬度）硬度，热导宰比热（，嘻）介电常数解理面晶格常数（衄）潮解性密度（）有效原子序数最强发射波长（叽）快成分慢成分折射系数（发射峰波长）【；【；衄（）温度变化系数（一（一），）闪烁衰减时间（珊）快成分慢成分（）平均闪烁衰减时间（）相对闪烁效率【（）】（）快成分慢成分闪烁截止波长（）透光波段（岬）一光输出（光子）快成分】慢成分×光电子产额总光强（光阴极收集光电子）快成分（光阴极收集光电子）时间分辨（田）（）（，）（，）能量分辨率（。）（队）线吸收系数（），锄）线吸收系数（，）两个界面反射损失（，）吸收长度，；】（）辐射长度（锄），（），“比发光效率

14、的温度效应【一，获得新发展的”老”探测器 衬硼电离室与衬硼正比计数管 一种室内壁上或在有适当形状的电极上涂 以硼灵敏层，用来探测中子的电离室和正比计数 寿命长，其积分中子注量可达中子。衬 硼正比计数管仅工作于脉冲制式。 管。中子探测基于核反应法，反应方程为 （，）。电离是反应生成核粒子与锂核引 起的。 应用固体硼涂层比气态的优越性在于 可以选择更为合适的工作气体。硼衬层应很薄， 以减小对粒子及核的吸收。这样，至少有 一个产物核（粒子或核）能从硼层中逸出 而进入工作气体中。只有对应这情况的中子才能 被记录。俘获中子放出的粒子能量为 （核的能量为）它对应的 在硼中的射程是。能量为的 图衬硼正比计数

15、管输出脉冲幅度实验谱 典型衬硼正比计数管的阴极为纯 铝外壳；阳极为）不锈钢丝。充有 的氩气混合气。 这使电荷收集时间 短（一）；并增强在强辐射场长期工作的稳 定性。绝缘为高质量的舢。 硼衬是决定衬硼正比计数管质量的关键。 厚度。衬硼正比计数管被用作反 应堆启动探测器，直接暴露于反应堆堆芯极高的 热中子在中的自由程九等于。 （）硼衬电离室性能指标 热中子灵敏度， 场 ， 工作电压， 信号输出（平均）， 分布电容， 中子注量率中，因为在反应堆满功率运行时它一 直置于堆芯中。为了延长工作寿命（至 ×埔）公司的衬硼正比计数管结 时】 兰 工作温度（最高）， 绝缘电阻（）， 构中，增加了储气罐

16、。将基本探测器外加上一层 第二外壳，两层之间的空间被用做储气罐。储气 罐使气体容积增大了四倍。储气罐与基本探测器 是连通的。储气罐环绕着探测器的灵敏体积，因 此它不参与电离过程，不受电离过程中光子的辐 耐强度， 硼村材料中的丰度为，氩一二氧化碳混合气的充气压为 一种高效热中子多块衬硼板的电离室。电离 室为）×，内装块衬硼的平行板，硼 照。因此，储气罐中的气体在进入探测器的灵敏 体积之前，不发生离解。储气罐措施大大延长了 探测器的使用寿命。 层厚，板间间距，室内充 氩气。工作电压为时，热中子探测器效率 达。 图示出衬硼正比计数管的脉冲幅度谱。由 图可见，谱中不存在“谷”区，因此它不具有

17、积分 （） 碘化锂（铕）是用铕（）激活的碘化锂晶体。 这种闪烁体与（）极相似，发光机理也相同。 计数率一高压漂移与甄别阈漂移的“坪”特性。其 长期工作稳定性不如正比计数管。另外，由 用作射线与丫辐射探测器时，当激活剂铕的 原子浓度小于时，相对光输出为（）的 左右。与（）不同的是（）晶体中含 ，被广泛地用作中子探测器。 于其对应中子反应的平均沉积能量比正比 计数管的小，其对，辐射的幅度甄别性能也不如 正比计数管。衬硼正比计数管的突出优点是 （）探测中子的原理基于俘获中子的 核反应法。反应能为。反应能在产物核 在、丫混合场中探测中子的目的；易潮解。不 能暴露于水蒸汽或大气中。市售（）晶体被封 装在

18、密封容器内，一端为光学窗口。 对于天然锂（），将全部热 中子吸收，需要（）厚的闪烁体；对于 与之间的分配方式是单值确定的，得 ，核得。因此，考虑到碘化 锂晶体的尺寸，一般都比中子核反应产物核的射 程大许多，脉冲幅度响应基本不受壁效应的影 响。几乎对于所有的慢中子，其中子探测核反应 皆给出幅度基本一致的输出脉冲。 仅含的碘化锂（铕）闪烁体，可用于射 线与，辐射探测，对中子不灵敏；含有浓缩 的碘化锂（铕）晶体，既对射线与，辐射灵敏， 又可用于中子探测；（）与，作用产生的最大 （），全部吸收热中子仅需 （）厚的闪烁体。 （）数据表 相对光输出（）， 最强发射波长，岫 闪烁截止波长， 闪烁衰减时间， 中子激发 折射系数（） 线性热膨胀系数，【 射线激发 脉冲幅度，近似地与丫量子的能量成正比；慢中 子反应产生输出脉冲幅度一致性很好的脉冲信 号，其等效电子能量约为。因此可以用幅 解理平面 硬度（） 密度，一 熔点， 潮解 度甄别法有效地甄别掉几乎所有的天然丫辐射 ；，（）与，（）己对使用，可以达到 潮解 金属陶瓷光电倍增管 型号竺竺竺！竺：竺竺兰竺竺竺竺二兰竺