闪烁体性能测量方法

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中华人民共和国国家标准

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Measurementmethodsofscintillatorcharacteristics

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（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

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OP!

前言.............................................................................V

1范围.................................................................................1

2规范性引用文件.......................................................................1

3术语和定义...........................................................................1

4通则.................................................................................5

测量环境条件.....................................................................5

测量系统.........................................................................6

4.2.1测量装置的组成...............................................................6

4.2.2放射源.......................................................................6

4.2.3闪烁体标准样品...............................................................7

4.2.4探头.........................................................................7

4.2.5光电倍增管电源...............................................................7

4.2.6测量系统的要求...............................................................7

测量要求.........................................................................7

安全要求.........................................................................8

5相对光输出...........................................................................8

脉冲法（全吸收峰法或康普顿分布边缘法）...........................................8

5.1.1测量原理.....................................................................8

5.1.2测量装置.....................................................................8

5.1.3测量步骤.....................................................................8

5.1.4数据处理.....................................................................9

电流法..........................................................................10

5.2.1测量原理....................................................................10

5.2.2测量装置....................................................................10

5.2.3测量步骤....................................................................10

5.2.4数据处理....................................................................10

封装闪烁体的光输出..............................................................11

[闪烁体光输出的]不均匀性........................................................11

5.4.1测量原理....................................................................11

5.4.2长条状闪烁体................................................................11

5.4.3板状闪烁体..................................................................12

5.4.4有关因素....................................................................14

6相对能量转换效率....................................................................14

脉冲法（全吸收峰法或康普顿分布边缘法）..........................................14

6.1.1测量原理....................................................................14

6.1.2测量装置....................................................................14

6.1.3测量步骤....................................................................14

I

)*+,!%-%(%—"&"-!

6.1.4数据处理....................................................................14

电流法..........................................................................14

6.2.1测量原理....................................................................14

6.2.2测量装置....................................................................14

6.2.3测量步骤....................................................................14

6.2.4数据处理....................................................................15

α-β比..........................................................................15

6.3.1测量原理....................................................................15

6.3.2测量装置....................................................................15

6.3.3测量步骤....................................................................15

6.3.4数据处理....................................................................16

7固有脉冲幅度分辨率..................................................................16

测量原理........................................................................16

测量装置........................................................................16

测量步骤........................................................................17

7.3.1测量闪烁探测器的脉冲幅度分辨率..............................................17

7.3.2测量光电倍增管的固有脉冲幅度分辨率..........................................17

数据处理........................................................................17

封装闪烁体的固有脉冲幅度分辨率..................................................17

8闪烁衰减长度........................................................................17

棒状闪烁体......................................................................18

8.1.1对待测样品的要求............................................................18

8.1.2测量原理....................................................................18

8.1.3测量装置....................................................................18

8.1.4测量步骤....................................................................18

8.1.5数据处理....................................................................18

板状闪烁体......................................................................19

8.2.1对待测样品的要求............................................................19

8.2.2测量原理....................................................................19

8.2.3测量装置....................................................................19

8.2.4测量步骤....................................................................19

8.2.5数据处理....................................................................20

圆柱形和直角棱柱形闪烁体........................................................20

8.3.1对待测样品的要求............................................................20

8.3.2测量原理....................................................................20

8.3.3测量装置....................................................................20

8.3.4测量步骤....................................................................20

8.3.5数据处理....................................................................21

9发射光谱............................................................................21

测量的波长范围..................................................................21

测量原理........................................................................21

测量装置........................................................................21

II

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测量步骤........................................................................22

数据处理........................................................................23

10时间特性...........................................................................23

闪烁衰减时间...................................................................23

10.1.1一般要求...................................................................23

10.1.2直接示波法.................................................................24

10.1.3平均波形取样示波法.........................................................25

10.1.4单光子法...................................................................27

余辉...........................................................................29

10.2.1测量原理...................................................................29

10.2.2测量装置...................................................................29

10.2.3样品的选择.................................................................29

10.2.4测量步骤...................................................................29

10.2.5数据处理...................................................................30

符合分辨时间...................................................................30

10.3.1测量原理...................................................................30

10.3.2测量装置...................................................................31

10.3.3测量步骤...................................................................32

10.3.4数据处理...................................................................32

11辐照硬度...........................................................................33

测量原理.......................................................................33

测量装置.......................................................................33

测量步骤.......................................................................33

数据处理.......................................................................33

12自身辐射本底.......................................................................33

测量原理.......................................................................33

测量装置.......................................................................34

测量步骤.......................................................................34

13β-γ比和n-γ比.....................................................................34

β-γ比.........................................................................35

13.1.1测量原理...................................................................35

13.1.2测量装置...................................................................35

13.1.3测量步骤...................................................................35

13.1.4数据处理...................................................................35

13.1.5说明.......................................................................36

n-γ比.........................................................................36

13.2.1测量原理...................................................................36

13.2.2测量装置...................................................................36

13.2.3测量步骤...................................................................36

13.2.4数据处理...................................................................36

13.2.5说明.......................................................................36

III

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14温度效应...........................................................................36

测量原理.......................................................................36

测量装置.......................................................................37

测量方法.......................................................................38

15[闪烁体阵列的]不均匀性、光串扰.....................................................38

不均匀性.......................................................................38

15.1.1测量装置...................................................................38

15.1.2测量步骤...................................................................39

15.1.3数据处理...................................................................39

光串扰.........................................................................39

15.2.1测试原理...................................................................39

15.2.2测量装置...................................................................39

15.2.3测量步骤...................................................................40

附录A（资料性）放射源主要特征..................................................41

附录B（资料性）闪烁体标准样品的尺寸............................................42

附录C（资料性）脉冲法测量系统的非线性..........................................43

C.1测量要求........................................................................43

C.2测量系统........................................................................43

C.3测量步骤........................................................................43

C.4数据处理........................................................................43

附录D（资料性）电流法测量系统的非线性..........................................46

D.1要求............................................................................46

D.2测量系统........................................................................46

D.3测量步骤........................................................................46

D.4数据处理........................................................................47

附录E（资料性）测量系统的不稳定性..............................................48

E.1方法............................................................................48

E.2要求............................................................................48

E.3测量装置........................................................................48

E.4测量步骤........................................................................48

E.5数据处理........................................................................48

附录F（资料性）闪烁体发射光谱与标样不同时，相对能量转换效率的修正..............49

F.1测量装置........................................................................49

F.2测量步骤........................................................................49

F.3数据处理........................................................................49

附录G（资料性）塑料闪烁体的ν值...............................................50

附录H（资料性）一种实用的测量闪烁体温度效应的装置..............................51

参考文献........................................................................52

IV

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本文件描述了闪烁体的相对光输出、不均匀性、相对能量转换效率、α-β比、固有幅度分辨率、

闪烁衰减长度、发射光谱、时间特性、辐照硬度、自身辐射本底、β-γ比、n-γ比、温度效应以及[闪

烁体阵列的]不均匀性和光串扰等的测量方法。

本文件适用于常用的各种闪烁体的性能测量。

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下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB4075—2009密封放射源一般要求和分级

GB/T10257—2001核仪器与核辐射探测器质量检验规则

GB/T12564—2008光电倍增管总规范

GB18871—2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准

GB/T28544封装闪烁体光输出和固有分辨率的测量方法

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下列术语和定义适用于本文件。

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/0_`!!abcdecffgecdh!igejkcgf!

在致电离辐射作用下，能以闪烁方式发出光辐射的物质。

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.7，有修改]

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/01!!abcdecffgelk!

用一定数量的闪烁物质做成的适当形状的闪烁探测元件。

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.10]

-$-!

m/01Gnopq!!jdekgdbj!rcdslr!t!lu!g!abcdecffgelk!v!

闪烁体中使被测的辐射容易透过的部分。

-$w!

m/01Gnxyq!!lzecbgf!rcdslr!t!lu!g!abcdecffgelk!v!

闪烁体中能让光辐射透出的部分。

1

)*+,!%-%(%—"&"-!

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.12]

-${!

|}/01!!~l•ajs!abcdecffgelk!

被封装在具有反射层和光学窗口容器中的闪烁体。

[来源：GB/T28544—2012，3.2]

-$€!

/0•4‚!!abcdecffgecld!sjejbelk!

由闪烁体构成的核辐射探测器。

ƒ：闪烁体通常直接或通过光导与光敏器件光耦合。

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.41，有修改]

-$#!

m/0•4‚Gnx„!!fch~e!h•csj!tlu!g!abcdecffgecld!sjejbelkv!

用于光的无明显损失传输的光学器件。

ƒ…可以将光导置于闪烁体和光敏器件之间。!

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.27]

-$(!

x†‡ˆ‰!!lzecbgf!bl•zfj!igejkcgf!

为使闪烁体所发的光有效地传输到光敏器件的感光面上，在闪烁体光学窗与光敏器件窗（闪烁体光

学窗与光导及光导与光敏器件窗）间所加的物质。

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.40，有修改]

-$Š!

•‹!!zklŒj!

辐射测量装置的一部分。通常它有一个几何形状适当的外壳，在此外壳内有辐射探测器，还可能有

前置放大器、匹配级及某些功能单元。

-$%&!

m/01Gnx•Ž!!fch~e!l•ez•e!tlu!g!abcdecffgelkv!

闪烁体发射光子的总数与其吸收的入射辐射能量之比。

ƒ…与闪烁体标准样品的光输出值相比较给出的相对值，称为相对光输出。!

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.19]

-$%%!

mx•ŽGn••‘2!!dld•dculkice’!t!lu!fch~e!l•ez•e!v!

对大尺寸闪烁体，在闪烁体的不同位置进行辐照激发时，闪烁体光输出的差异。

-$%"!

m/01Gn35“”•–!!jdjkh’!bld—jkacld!juucbcjdb’!t!lu!g!abcdecffgelk!v!

闪烁体发射光子的总能量与其吸收的入射辐射能量之比。

ƒ…与闪烁体标准样品的能量转换效率值相比较给出的相对值，称为相对能量转换效率。!

2

)*+,!%-%(%—"&"-!

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.18]

-$%-!

m/01Gn˜J™š!!˜J™kgecl!tlu!g!abcdecffgelkv!

在α粒子和能量相同的β粒子激发下，闪烁体的能量转换效率之比。

ƒ：它反映了闪烁体对电离密度不同的粒子能量转换效率差异的程度。

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.20，有修改]

-$%w!

m/01Gn›œ•FžŸ–!!cdekcdacb!gizfce•sj!kjalf•ecld!t!lu!g!abcdecffgelk!v!

闪烁探测器的脉冲幅度分辨率扣除光敏器件贡献后的值。

-$%{!

/0¡¢F!!geejd•gecld!fjdhe~!lu!abcdecffgecld!

闪烁光子在闪烁体内经自吸收后衰减为原发光强度的1/e时光子在闪烁体中所通过的路程。

ƒ：闪烁衰减长度表征闪烁体对自身发光的透过能力。它与闪烁体的材料、工艺有关，且与测量时的光收集条件有

关。按实际条件测得的数值称为技术光衰减长度。

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.6，有修改]

-$%€!

m/01GnKpx£!!jicaacld!azjbek•i!t!lu!g!abcdecffgelk!v!

闪烁体发射的光子数随光子的能量或波长而变化的分布曲线。

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.13]

-$%#!

m/01Gn¤¥x£!!gŒalkzecld!azjbek•i!t!lu!g!abcdecffgelk!v!

闪烁体的光吸收系数随光子的能量或波长而变化的分布曲线。

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.14，有修改]

-$%(!

m/01Gnx¦Kp§¨!!z~leld!jicaacld!b•k—j!t!lu!g!abcdecffgelk!v!

表示闪烁体单次激发所发射光的强度随时间变化的曲线。

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.17]

-$%Š!

/0¡©ª!!abcdecffgecld!sjbg’!ecij!

闪烁体受单次激发后，发射光的强度下降到其最大值的1/e所需的时间。

ƒ…e=2.718…

[来源：GB/T4960.6—2008，2.3.5]

-$"&!

m/01Gn«¬!!guejkhflr!t!lu!g!abcdecffgelk!v!

闪烁体在致电离辐射激发停止后一段时间内持续的发光现象。

ƒ：通常以闪烁体在辐射关断后某一时间点的发光值与同一辐射激发下的发光值之比表征该时间点的余辉值。

-$"%!

3

)*+,!%-%(%—"&"-!

m/01Gn•‡žŸ©ª!!blcdbcsjdbj!kjalf—cdh!ecij®lu!g!abcdecffgelk¯!

两个同类型闪烁体被两个同时出现的关联事件激发所产生的两路光脉冲，能够被探测和产生符合的

最大时间间隔。

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m/01Gn°±²F!!kgscgecld!~gksdjaa!t!lu!g!abcdecffgelk!v!

闪烁体抵抗辐照损伤的能力称为辐照硬度。

ƒ：通常以闪烁体接受辐照前后光输出的变化作为评价闪烁体辐照硬度的指标。

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m/01Gn³´°pµ¶!!Œgb·hkl•ds!bl•decdh!kgej®lrd!lu!g!abcdecffgelk¯!

由闪烁体自身的放射性核素引起的计数。

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m/01Gn™J¸š!!™J¸kgecl!tlu!g!abcdecffgelkv!

闪烁体对90Sr-90Y的β粒子和对60Co的γ粒子的探测器效率之比。

ƒ…被记录到的射线在闪烁体中产生的闪烁脉冲数与入射粒子数之比值，称为闪烁体对该射线的探测器效率。它与

闪烁体尺寸、射线能量等有关。

-$"{!

m/01GndJ¸š!!dJ¸kgecl!tlu!g!abcdecffgelkv!

闪烁体对所测能量的中子和对60Co的γ粒子的探测器效率之比。

-$"€!

m/01Gn¹F•º!!ejizjkge•kj!juujbe!t!lu!g!abcdecffgelk!v!

闪烁体的基本性能（如相对能量转换效率、光输出或相对光输出、固有幅度分辨率、闪烁衰减时间、

发射光谱等）随温度变化的关系。

-$"#!

/01»¼!!abcdecffgelk!gkkg’!

若干个闪烁体单元按照线形或面阵形式排布组成的多闪烁体单元结构。

ƒ：按照线形排布称为一维阵列闪烁体，按照面阵排布称为二维阵列闪烁体。

-$"(!

m/01»¼Gn!••‘2!!dld•dculkice’!t!lu!abcdecffgelk!gkkg’!v!

同一个闪烁体阵列上各闪烁体单元之间特性的离散程度。

ƒ：本文件中特指相对光输出的离散程度。

-$"Š!

m/01»¼Gn!x½¾!!fch~e!bklaaegf·!t!lu!abcdecffgelk!gkkg’!v!

闪烁体阵列的某一闪烁体单元产生的闪烁光传输到相邻闪烁体单元引起的不期望的信号输出。

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¿ÀÁžLÂÃ!!jshj!lu!Älizeld!scaekcŒ•ecld!

能量响应曲线中对应康普顿散射电子能量极大值的位置。

4

)*+,!%-%(%—"&"-!

-$-%!

ABxÅ!!aegdsgks!fch~e!al•kbj!

作为光源标定标准或用作测试计量标准的光源。

[来源：GB/T12564—2008，4.1，有修改]

-$-"!

ƹ!!blfl•k!ejizjkge•kj!

在可见光区，光源的相对辐射功率分布与全辐射体在某一温度下的相对辐射功率分布相同时的该全

辐射体的温度。

[来源：GB/T12564—2008，3.1.9，有修改]

-$--!

ÇÈÉÊ°p!!Äjkjd·l—!kgscgecld!

当带电粒子在介质中的运动速度超过光在该介质中的速度时所产生的光辐射。

[来源：GB/T12564—2008，3.1.15]

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ËÌÍxÅ!!fch~e!al•kbj!lu!Ë!u•dbecld!

一种具有有限辐通量和无限窄宽度的脉冲光源。

ƒ：通常指光脉冲输出时间比待测输出脉冲的持续时间窄得多（最大为1/3）的光源。

-$-{!

mxÎÏÐÑGnÒÓ©ªžÔ!!ekgdace!ecij!Õceejk!t!lu!g!z~leli•feczfcjkv!

从一个δ函数光脉冲照射整个光阴极的瞬间到输出脉冲前沿半幅度点的出现瞬间之间所需时间的

变化。

ƒ：以输出脉冲时间分布曲线上的半高宽来量度。

[来源：GB/T12564—2008，3.5.13，有修改]

-$-€!

mxÎÏÐÑGn¨2ÎÖ!!fcdjgk!b•kkjde!t!lu!g!z~leli•feczfcjkv!

与入射辐通量成线性关系的输出电流。

[来源：GB/T12564—2008，3.1.24]

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w$%!45ÙÚÛY!

闪烁体各项主要性能测量的环境条件见表1。

Ü%!ÝÞÛY\ABßàÛY!

影响量参考条件标准试验条件

环境温度20℃18℃～22℃

相对湿度65%50%～75%

5

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影响量参考条件标准试验条件

大气压101.3kPa86kPa～106kPa

交流供电电压220V220V±22V

交流供电频率50Hz50Hz±1Hz

交流供电波形正弦波波形总畸变＜5%

环境γ辐射空气吸收剂量率0.1μGy/h空气吸收剂量率≤0.25μGy/h

外磁场干扰可忽略小于引起干扰的最低值

外界磁感应可忽略小于地磁场引起的干扰的2倍

放射性沾染可忽略可忽略

ƒ…在不影响闪烁体性能测量的前提下，允许在与表1中所列出的相近条件下进行。

w$"!45áâ!

w$"$%!45}ãGäå!

测量装置主要包括：

a)探头；

b)低压电源；

c)高压电源；

d)主放大器；

e)多道脉冲幅度分析器。

常用的测量装置的方框图见图1。

ƒ：根据所测项目的不同，可能需选择除光电倍增管之外的、其他适用的光敏器件，这在相应测量方法的测量装置

部分具体描述。有些性能的测量既可以采用光电倍增管，也可以根据具体应用需求、待测闪烁体的发射光谱特

性等选择其他合适的光敏器件，本文件中主要描述采用光电倍增管的方法与要求，当采用其他光敏器件时，相

应要求可参照光电倍增管的，并在给出结果时说明所用的光敏器件类型。

高压电源低压电源

放射源*闪烁体光电倍增管匹配级主放大器

探头

多道脉冲幅度

分析器

æ%!/0123çè745}ã6éæ!

w$"$"!êpÅ!

6

)*+,!%-%(%—"&"-!

w$"$"$%!!应使用已知能量的放射性核素作为α、β、γ、X射线源与中子源。

w$"$"$"!!放射源的能量分散对待测参数的影响应可忽略不计。

w$"$"$-!!需用多准直孔或单准直孔α源时，孔的直径应不超过准直器的厚度（推荐值为3mm），多

孔准直器孔轴的间距应不小于孔直径的两倍。

w$"$"$w!!测试推荐使用的放射源及其主要特性见附录A。

w$"$-!/01ABëì!

闪烁体标准样品（以下简称为标样）的确定和选取应符合GB/T10257—2001中6.1.5中的有关规定。

标样（不含封装容器）的尺寸见附录B。

所用标样应是与待测闪烁体同种类型且制作和结构相同的闪烁体，标样及待测闪烁体用单能的同类

辐射激发。标样与待测闪烁体直径不同时，其相对差值应不超过25%，并应对测量结果加以必要的修

正。

w$"$w!•‹!

w$"$w$%!!探头包括闪烁体、光电倍增管、光屏蔽外壳、光电倍增管高压分压器和匹配级。闪烁体和光

电倍增管应置于光屏蔽外壳之内。必要时可以在闪烁体与光电倍增管之间置入光导。允许将高压分压器

及匹配级置于光屏蔽外壳之外。

w$"$w$"!光电倍增管高压分压器电流应比光电倍增管平均阳极电流大10倍以上。

w$"$w$-!!脉冲工作状态时，光电倍增管输出回路的时间常数（包括放大器的输入电容在内），应在

1μs～10μs之间。

w$"${!xÎÏÐÑÎÅ!

电源应稳定，高压电源的不稳定性应优于0.1%，纹波和噪声应不大于30mV。

w$"$€!45áâGíî!

w$"$€$%!!测量系统的非线性应不大于3%（置信度95%）。脉冲法测量系统的非线性的测量方法见附

录C。电流法测量系统的非线性的测量方法见附录D。

w$"$€$"!!测量系统的不稳定性，脉冲幅度分辨率测量时应不大于3%、其他测量时应不大于2%（置信

度95%）。不稳定性的测量方法见附录E。测量过程中对稳定性的检测应每工作不超过7h测一次。当

不稳定性超出要求，则前一次检测及之后的测量数据应当遗弃。

w$-!45íî!

w$-$%!!测量前，闪烁体必须蔽光存放，其时间长短由产品标准规定。

w$-$"!!闪烁体光学窗与光电倍增管光窗之间应加合适的光耦合材料。

w$-$-!!测量前，光电倍增管应加高压预热，直至达到正常稳定工作状态。

w$-$w!!所有参数的测量应在闪烁体与光电倍增管完全蔽光的环境中进行。

w$-${!!γ与X射线点源应置于闪烁体的轴线上（以闪烁体表面的中心计算，偏差应小于5°），放射源

7

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与闪烁体入射窗的距离应不小于闪烁体直径或对角线的两倍。α、β源应直接置于闪烁体入射窗面上。

其他安置方式应在产品标准中规定。

w$-$€!!光电倍增管光窗的有效面积一般不小于闪烁体光学窗的面积。光电倍增管光窗的面积小于闪烁

体光学窗的面积时，应使用光导或由多只光电倍增管组成的光电倍增管阵列。

w$-$#!!一般应将全吸收峰或康普顿边缘调至总道数三分之二处附近。测量脉冲幅度谱时，应使用总道

数不少于256道的多道脉冲幅度分析器，分析器的道宽应小于对应全吸收峰或康普顿分布边缘脉冲幅度

的1%。

w$-$(!!测谱的积分计数时，计数率应不大于3×103s-1，这可通过调整放射源与探测器之间的距离或选

取适当活度的放射源达到。

w$-$Š!!测量脉冲幅度谱的累积时间，应保证谱中对应全吸收峰或康普顿边缘的道计数不小于3×103。

当选用其他值时，应在产品标准中加以规定。

w$w!ïðíî!

w$w$%!!所用放射源应符合GB4075—2009的要求。

w$w$"!!所有与使用放射源相关的工作，应遵守GB18871—2002中规定的原则。

w$w$-!!所有测量设备均接地。

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单能γ辐射射入闪烁探测器，其输出脉冲幅度的分布，主要由康普顿分布及全吸收峰（低原子序数

的闪烁体除外）等谱段组成。全吸收峰法与康普顿边缘法分别以全吸收峰或康普顿分布边缘幅度作为判

定闪烁体光输出的量度。待测闪烁体与标样的相应幅度相比得到相对光输出。

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{$%$"$%!工作于脉冲状态的闪烁参数测量装置，其方框图见图1。

{$%$"$"!光电倍增管阴极的灵敏度不均匀性（按待测闪烁体最大直径所对应的面积考虑）应不超过20%。

{$%$"$-!放射源的类型由产品标准规定。

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{$%$-$%!将标样光耦合于光电倍增管光窗上。

{$%$-$"标样与光电倍增管蔽光，然后给光电倍增管加高压。

{$%$-$-!安置放射源。允许将放射源置于探头外壳内，此时5.1.3.2与5.1.3.3逆序进行。

{$%$-$w!测量脉冲幅度谱，确定对应全吸收峰或康普顿分布边缘的脉冲幅度�,。对应康普顿分布边缘

的脉冲幅度由分布高度�的1/2确定（见图2）。测量重复3次，取平均值�,。

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0�,幅度

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{$%$-${!在放大倍数不变的情况下，对待测闪烁体重复步骤5.1.3.1～5.1.3.4，测量重复11次，分别

计算对应全吸收峰或康普顿边缘脉冲幅度的值�（i=1，2，…，11）。

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{$%$w$%!待测闪烁体的单次测量的相对光输出�按公式（1）计算：

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