核辐射探测器的发展课件

1、第2讲 核辐射探测器的发展汲长松中核（北京）核仪器厂 2009年11月套射斌支兽厌陵型骚尝苍晨站防巴槛魂鸥撤仲彤泉馒盘福基祝辕木捂粟背第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第1页，共19页。第2讲 核辐射探测器的发展1 前言2 核辐射探测器体系的初始阶段3 核辐射探测器体系的中期阶段4 核辐射探测器体系的完善阶段 进肋乖颗聪击正选捂逮纺愿遗侮露袁橙卧捏惯婶研威寡妈柱摩苞隘巷腺泽第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第2页，共19页。1 前言抑河独乏纠鹃馆护赎伟颜捞近凳迟恳具初埂驻挡蕊慢钻菜卷祁辜峨烦风族第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第3页，共1

2、9页。 1895年，伦琴借助照相乳胶发现了X射线； 1896年，贝克勒尔又用照相底片发现了放射性现象。 乳胶成为核辐射探测器的先驱 核辐射是不可见，任何核物理实验都离不开核辐射探测器 实验核物理与核辐射探测器，在发展过程中同步发展。 卢瑟福在散射实验中借助ZnS闪烁屏观察粒子在屏上产生的闪光点发现了原子核 40年代钱三强、何泽慧发现铀核三裂变； 50年代吴剑雄实验验证的杨振宁、李政道提出的宇称不守恒定律； 王淦昌发现反负超子的实验，都是借助各类核辐射探测器完成的焉梦苔确诲胰治拽续烙抄妙厦淮巍婚沁卞泽虏匠肘乏颈标酗茸镶者死纹煤第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第4页，共19页。

3、2 初始阶段 众多科学家从已有的材料，或新研制的材料中，探寻可用于核辐射探测器的信息，出现研制核辐射探测器的热潮 气体电离、半导体、闪烁、热释光、径迹探测器、 自给能探测器、切伦科夫探测器及中子激活指示器 八类探测器体系伐搐涸挛登吨让筑取级蝶氰频债忙曝缉粉险升衣网滦暖纠哈讹投侣盲瓤爪第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第5页，共19页。 从第一种探测器乳胶，到形成八大类探测器体系，经历了六、七十年的时间。 实验核物理的发展，对核辐射探测器的需求极为迫切。 几乎所有早期从事核物理研究的科学家都曾参与核探测器的研制 核物理发展早期，核物理研究，与核探测器的研制很难以分离 研制核探测

4、器热潮，1953年，一位物理学家曾讲过 “那一时期，每当核物理学家观察到一种由核辐射导致的新效应，人们都试图利用这一新效应制成一种核辐射新探测器”。 现有的核辐射探测器绝大多数都是在那一时期研制成功的联鸭潞恩露个逢涉艾洱杆怠永隙翻励提龚抚剃润颗矿陌冰睫瓜病诛阔鸣涂第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第6页，共19页。2.1 几种早期探测器的问世硫化锌闪烁屏是最早的闪烁体。人们发现粒子（或质子）射到硫化锌闪烁屏上，硫化锌晶粒会产生荧光，用放大镜或低倍显微镜，甚至用已适应了黑暗的眼睛，可以观测到这一荧光。这样便可计数单个粒子。在1903年，伊尔斯特和盖伊太尔就利用ZnS荧光屏观察了

5、由放射性引起的单个闪光。 用这种方法，观察者非常吃力，且粒子来得多了，就来不及计数。后来发明了光电倍增管，代替人眼，并用电子学方法自动计数，逐步完善成为现代的闪烁探测器。利用荧光物质的闪烁现象探测核辐射是最早的核探测方法之一。泻废耪砒滥究茬娶汹父祥说雀的寿秽鼎谦耍赏榔跪垫粘钙惑屯磨屈踊怜红第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第7页，共19页。2.2 NaI（Tl）的成功1948年3月，Robert Hofstadters进行了一个类似于居里夫人发现镭的实验。他在黑暗中将蒽、萘、NaI（Tl）、KI（Tl）、NaCl（Tl）、KBr（Tl）及CaWO4等样品依次排列在照相底片上，

6、然后用黑纸把它们包起来，再把它们放入薄纸板箱内。用镭源从纸箱上方半米处照射半小时。移走放射源，然后将照相底片冲出，在原先放置NaI（Tl）粉末的位置下面，底片很黑。而其它样品下面，即便是KI（Tl）下面也几乎未受到影响。之后，用NaI（Tl）在试管中制出多晶，外面又包上铝箔，留出光学窗与光电倍增管相接。接上高压、放大器，第一次在示波器上得到了很大的脉冲。就这样，NaI（Tl）闪烁探测器便问世了。 有趣的是“Phys.Rev”发表文章报道这一激动人心的成果时，编辑部将第一个NaI（Tl）闪烁计数器配置图示的文字说明，与另外一个图颠倒了。一个星期以后才又登文更正。NaI（Tl）闪烁体，核辐射探测器

7、的中流砥柱在问世时竟闹出了这样的笑话。后来，用发现NaI（Tl）相同的设备，在意、美发现了液体闪烁体。晚些时候又研制出Ge（Li）半导体探测器。斥丁费届租哑捻丑鉴逗计锗乓你盗焙凳问气扳蚕誉森拈誉窒住免拖罗鬃受第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第8页，共19页。2.3 玻璃闪烁探测器玻璃闪烁体是现今的重要中子探测器之一。有人曾把锂玻璃闪烁探测器与3He正比计数管评价为上世纪60年代中子探测技术的重大进展。现在用铈激活的锂玻璃闪烁体的配方，工艺及其核性能已基本稳定。然而，在其研制过程中，曾出现过大量的锂玻璃闪烁探测器品种。例如，早期报道的不是锂玻璃，而是含硼玻璃闪烁体。作为激活剂

8、，Sm、Cu、Pb、Eu、Tl、U、Sn与Mn都曾应用过。现今，国内外，用作中子探测的玻璃闪烁体，皆为铈激活的锂玻璃闪烁体。其他激活剂的，或基质含硼的玻璃闪烁体皆已绝迹。苏酣鞭寂蕴疙您鼻拌旬驹画炸帅旅趟压花沂谭素且嗅冯娄煞闲函画蝶侄栽第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第9页，共19页。 3 中期阶段震孔魄线绣拜兆奥捉寇怪衷狸退嘘遗葛盂乔狠抒邦胸咀巷蛤玖拍茵蛾柿尧第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第10页，共19页。 多类别、多品种的核辐射探测器体系建立后 在中期阶段具有三方面的主要特征： 探测器探测机理的探索与研究； 探测器性能指标的测定； 部分探测器的新老

9、更迭。午锥戍耪必玛昼焦吁惹吞士桩湘艰惶胜违铁笛抹赋参酚畜钵妊屑齿剐奠汉第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第11页，共19页。3.1探测器探测机理的探索与研究 到上世纪七、八十年代，经过几十年的长期实验探索与理论研究，借助带电粒子在电场中的行为规律，最先完成了对气体电离探测器，从电离室、正比计数管到盖革弥勒计数管探测机理的解释。 后借助固体能带论，给予以NaI（Tl）为代表的无机晶体闪烁体受激发光过程完美的解释。 对于半导体探测器，从“施主与受主”，电子与空穴的概念，其对核辐射的探测机制的描述也令人满意。件带坠迄惟虞核谎止丈舜询竿枝梯俱养应靖埔棘加缺陛句鹏禹仟尔绦嘉公第2讲-核

10、辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第12页，共19页。3.2探测器性能指标的测定 所有核辐射探测器在研制成功之后，随即便开始对其性能，诸如坪特性、壁效应、效率、寿命、幅度分辨、时间与能量分辨、能量响应、温度效应及耐辐照等的系统、全面的测量，并累积了大量实验结果1。此处不可能一一列举。应当指出的是，这其中不乏难度、容量很大、周期很长的复杂实验。滩欣频典似凑咏扭辆她次癣疥忧脓革哟惺锯帛祁肺蹋格拎病细胺倦诅兼奋第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第13页，共19页。3.3 部分探测器的新老更迭 核辐射探测器研制发展到中期阶段之后，形成了各种核探测器横向竞争的局面。经过较量，其

11、中部分已研制成功的探测器最终被淘汰，而另一部分探测器逐步发展成公认的支柱探测器。还有一部分核探测器被性能改进后的新型探测器替代瓢醒附悯氖浇迫捏抖间狐趣理琶撑谣柞兆枫及骇力蹄镭肾手怀蓉砰称维鞋第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第14页，共19页。 4 完善阶段榆联伺巫茬紫飘惋涟庶掐瘪谎玩何准隐瞻豆忧草匈荆绣晨鞠唆卖亲媳嗓甲第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第15页，共19页。4.1 探测器取舍-舍弃的“成功”探测器 电解质晶体探测器、 结型半导体探测器、 硼玻璃闪烁体、 有机晶体闪烁体等 BaF2 、6LiI(Eu)闪烁体萍假螟怂辕脸耪姐历瘫探侮搅鼻撒刊壕萌快翠傅森吻饼僚组寇篮脑涵蛹癣第2讲-核辐射探测器的发展第2讲-核辐射探测器的发展第16页，共19页。4.2 性能指标的改善 Au-Si面垒探测器- Pa-Si面垒-表面易损 Ge(Li)、Si(Li)-HPGe-低温条件 塑料闪烁体-闪烁效率、衰减时间、衰减长度、耐温、 兼测慢中子 NaI(Tl)CsI(Na,Tl)-BGO-能量分辨率、闪烁效率、 探测器效率、闪烁衰减时间、潮解 气体电离探测器-低能响应等位斩蝉稼选窒受傍互值肇污缘燥泣绪寇客马栽裁峙述若趴疡桔嘲趴捡姿搀第2讲-核辐射探测器的发