核辐射探测器课件

1、核辐射探测器核辐射探测器目的了解核辐射探测器的分类掌握核辐射探测器的原理了解与核辐射探测相关的电子仪器目的内容引言气体探测器半导体探测器闪烁探测器（计数器）热释光探测器内容引言核辐射探测的对象核辐射探测的实质核辐射探测器的分类核辐射探测器的性能指标引言核辐射探测的对象核辐射探测的对象核辐射的质射线的能量（特征量）（放射性）核素的种类核辐射的量射线的强度（累加量）（放射性）核素的活度核辐射探测的对象核辐射探测的实质能量转换过程即：将辐射能转变成可以记录的电信号的过程核辐射探测的实质核辐射探测器的分类按作用原理（工作方式） 带电粒子(、)探测器电离和激发 非带电粒子()探测器通过三种效应产生次级带

2、电粒子进行间接探测按记录方式 收集电离电荷气体和半导体探测器 收集退激荧光闪烁和热释光探测器核辐射探测器的分类按作用原理（工作方式）核辐射探测器的性能指标本征效率或灵敏度(intrinsic efficiency or sensitivity)死时间或分辨时间(dead time or resolving time)能量区分能力或能量分辨率(energy discrimination capability or energy resolution)其它方面核辐射探测器的性能指标本征效率或灵敏度(intrinsic 本征效率或灵敏度The measure of its ability to de

3、tect radiationThe higher, the betterPrimary affecting factors: the linear attenuation coefficient and the thickness of the sensitive volume本征效率或灵敏度The measure of its abi死时间或分辨时间A measure of the ability of a detector to function accurately at high count ratesThe interval between the time when a ray i

4、nteracts with a detector and the time when the detector responds and the event is recordedThe shorter, the betterLevel: s 死时间或分辨时间A measure of the abili能量区分能力或能量分辨率The ability of a detector to distinguish between two radiations of different energiesFull width at half maximum (FWHM)A lower value of F

5、WHM indicates a better energy discrimination capabilityAnother way to look at FWHM is to consider it as a measure of error in the energy determination of an x- or ray by a detector能量区分能力或能量分辨率The ability of a d其它方面（性能指标）The ability of a detector not to be appreciably affected by the fluctuations in

6、line voltage and environment temperaturePortableSimple to operateInexpensive 其它方面（性能指标）The ability of a det气体探测器(gas-filled detectors)结构原理气体探测器(gas-filled detectors)结构（气体探测器）结构（气体探测器）原理（气体探测器）圆柱形容器内部空间的电场分布电压-电流曲线原理（气体探测器）圆柱形容器内部空间的电场分布（气体探测器）圆柱形容器内部空间的电场分布（气体探测器）电压-电流曲线（气体探测器）电压-电流曲线（气体探测器）气体探测器的原理

7、气体受放射源照射产生电离，外加电压收集电离电荷电离室：工作在饱和区上G-M管：工作在G-M区上气体探测器的原理医用活度计(dose calibrator)医用活度计(dose calibrator)盖革-弥勒监测仪(G-M survey meter)盖革-弥勒监测仪(G-M survey meter)半导体探测器(semiconductor)结构本质和特点半导体探测器(semiconductor)结构（半导体探测器）结构（半导体探测器）本质和特点（半导体探测器）本质：固体电离室突出的特（优）点：高的能量分辨率 与气体探测器相比：平均电离能W小一个数量级 与闪烁探测器相比：线性好（输出脉冲与吸收

8、的能量严格成正比）本质和特点（半导体探测器）本质：固体电离室闪烁探测器（计数器）(scintillation)组成和工作原理闪烁体的发光特性常用闪烁体简介光电倍增管电子仪器闪烁探测器（计数器）(scintillation)组成和工作原理（闪烁计数器）组成和工作原理（闪烁计数器）组成和工作原理（闪烁计数器）闪烁体：吸收辐射能，产生闪烁光光电倍增管：光电转换，电子倍增电子仪器：对电信号放大、分析和记录组成和工作原理（闪烁计数器）两个问题能否去掉闪烁体，让射线直接射向光电倍增管的光阴极？为什么？不密封如何？两个问题闪烁体的发光特性（闪烁计数器）闪烁体(scintillator)-在射线作用下能发射荧

9、光的物质;无机NaI(Tl),有机液体闪烁体发光光谱-在射线作用下闪烁体发射的荧光强度随波长的分布发光效率-闪烁体吸收的射线能量转化为光能的百分数; Photon yield (per keV): NaI(Tl)40发光衰减时间-受激后的闪烁体原子、分子发射全部光子数的63%所需要的时间; NaI(Tl)250ns闪烁体的发光特性（闪烁计数器）闪烁体(scintillato常用闪烁体简介（闪烁计数器）NaI(Tl)液体闪烁体（闪烁溶液）常用闪烁体简介（闪烁计数器）NaI(Tl)吸收辐射能的主要元素是IHPGe半导体探测器效率较低（尺寸相同条件下）Tl：激活剂，发光中心 作用1：引出闪烁光避免自

10、吸收 作用2：闪烁光波长转换(0)避免自吸收；匹配PM管的光谱响应NaI(Tl)吸收辐射能的主要元素是IHPGe半导体探测器讨论和提问（13分钟）讨论和提问（13分钟）液体闪烁体（闪烁溶液）溶剂：常用甲苯溶解样品和吸收辐射能溶质：常用PPO+POPOP产生闪烁光（波长转换）注：液体闪烁测量对低能和低水平(如H-3，C-14)特别有利液体闪烁体（闪烁溶液）溶剂：常用甲苯溶解样品和吸收辐射能核辐射探测器光电倍增管(photomultiplier, PM)示意图概况主要特性光电倍增管(photomultiplier, PM)示意图(PM)示意图(PM)概况(PM)一种光电转换器件将闪烁体发射的微弱光

11、信号转变成放大的电信号光电转换光阴极(photocathode)电子倍增各级打拿极(dynode)概况(PM)一种光电转换器件将闪烁体发射的微弱光信号转变成主要特性(PM)光阴极的光谱响应 光阴极受光照后发射光电子的概率与入射光波长的关系暗电流 PM管在一定工作电压下，无光照时所产生的阳极电流 主要来源：光阴极和前几级打拿极的热电子发射 注：因有暗电流而在阳极输出端产生的脉冲称为本底脉冲主要特性(PM)光阴极的光谱响应核辐射探测器电子仪器（闪烁计数器）前置放大器(preamplifier)线性放大器(linear amplifier)脉冲幅度分析器(pulse-height analyzer,

12、 PHA)或单道分析器(single-channel analyzer, SCA)多道分析器(multichannel analyzer)定标器(scaler)和计时器(timer)计数率仪(rate meter)电子仪器（闪烁计数器）前置放大器(preamplifier)前置放大器预放大 便于PM管的输出信号传送比较远而不会严重衰减匹配（阻抗） 便于来自PM管的信号在输入线性放大器时不发生畸变(distortion)和衰减(attenuation)前置放大器预放大线性放大器对输入脉冲进行放大 输出脉冲与输入脉冲的幅度之比称为放大器的增益(gain)以正比方式进行放大 放大过程中保持射线的能量

13、信息线性放大器对输入脉冲进行放大脉冲幅度分析器或单道分析器脉冲电压（或幅度，刻度后对应射线能量）范围选择器控制旋钮：下阈(lower level)和窗宽(window) 或：峰位电压(peak voltage)和百分窗宽(percent window)射线能量E和%E脉冲幅度分析器或单道分析器脉冲电压（或幅度，刻度后对应射线能核辐射探测器多道分析器可以将脉冲同时分离成多个范围（1000或更多）可以一次完成脉冲幅度分布全谱的测量多道分析器定标器和计时器记录射线脉冲数目定标器记录测量时间计时器记录终止信号的预置：时间或计数定标器和计时器记录射线脉冲数目定标器计数率仪直接给出计数率计数率仪注1：计数

14、率直接反映放射性的强弱注2：由于计算机的广泛应用，计数率仪现在已几乎不用了计数率仪直接给出计数率计数率仪计数器计数器非带电粒子()探测器通过三种效应产生次级带电粒子进行间接探测便于PM管的输出信号传送比较远而不会严重衰减组成和工作原理（闪烁计数器）Phosphorescence Delayed注2：由于计算机的广泛应用，计数率仪现在已几乎不用了热释光发光曲线(TLD)溶质：常用PPO+POPOP产生闪烁光（波长转换）本质和特点（半导体探测器）便于PM管的输出信号传送比较远而不会严重衰减收集退激荧光闪烁和热释光探测器多道分析器(multichannel analyzer)注：因有暗电流而在阳极输

15、出端产生的脉冲称为本底脉冲Means of excitation Luminescence effect可以一次完成脉冲幅度分布全谱的测量闪烁体(scintillator)-在射线作用下能发射荧光的物质;无机NaI(Tl),有机液体闪烁体热释光和热释光发光曲线的含义溶质：常用PPO+POPOP产生闪烁光（波长转换）常用闪烁体简介（闪烁计数器）甲状腺功能测定仪非带电粒子()探测器通过三种效应产生次级带电粒子进行间接热释光探测器 用于个人剂量监测（辐射防护）热释光(thermoluminescence, TL)热释光发光曲线(glow curve)热释光测量系统热释光探测器 用于个人剂量监测（辐射

16、防护）热释光(TLD)释光(luminescence)：物质并非因为达到白炽（灼热）状态而释放光辐射的过程（现象）能长时间贮存电离辐射能，受热升温时释放光辐射的现象（过程）热释光(TLD)热释光(TLD) Means of excitation Luminescence effect Optical photons Photoluminescence (ultraviolet, visible, infrared) Biochemical energy Bioluminescence Ionizing radiation Radioluminescence热释光(TLD) 热释光(TLD)Lu

17、minescence effect Time scale of emission Fluorescence PromptPhosphorescence DelayedThermoluminescence thermally accelerated热释光(TLD)热释光发光曲线(TLD)热释光强度随加热温度（时间）的分布曲线加热放出的光子数与热释光剂量元件受辐照时所吸收的能量（照射量）成正比热释光发光曲线(TLD)热释光强度随加热温度（时间）的分布曲热释光发光曲线(TLD)热释光发光曲线(TLD)热释光测量系统(TLD)热释光剂量计（元件，探测器）(thermoluminescence dosimeter, TLD)：贮存电离辐射能读出器(reader-out，也称热释光测量仪)：读出电离辐射能热释光测量系统(TLD)热释光剂量计（元件，探测器）(the读出器(TLD)读出器(TLD)小结电离室与G-M计数管的基本工作原理：气体受放射源照射产生电离，外加电压收集电离电荷半导体探测器本质上属于固体电离室，它具有很高的能量分辨率闪烁计数器由闪烁体（吸收辐射能，产生闪烁光），光电倍增管（光电转换，电子倍增）以及电子仪器（对电信号放大、分析和记录）组成液体闪烁体由溶剂（溶解样品，吸收辐射能）和溶质（产生闪烁光）组成热释光测量系统由热释光剂量计（贮存电离辐射