关于闪烁计数器介绍

[拼音]：shanshuo jishuqi

[外文]：scintillation counter

利用射线引起闪烁体的发光而进行记录的辐射探测器。它是1947年由J.W.科尔特曼和H.P.卡尔曼发明的。它由闪烁体、光电倍增管和电子仪器等单元组成。附图是闪烁探测系统的典型连接示意图。闪烁体、光电倍增管和射极跟随器装在一个暗盒内，构成探头部分。其他电子仪器的组成单元则根据用途而异，通常需要高、低压电源，放大器，甄别器，脉冲幅度分析器，定标器和其他一些辅助设备。

在核物理和粒子物理中闪烁计数器应用十分广泛，它的效率很高，有很好的时间分辨和空间分辨。不仅能探测各种类型的带电粒子，还能探测各种类型的不带电的核辐射；不仅能探测核辐射的存在与否，还能鉴别它们的性质和种类。它不但能确定核辐射的强度，而且能根据脉冲幅度的大小确定其能量和进行能谱测量，进而还可以测定剂量。

射线同闪烁体相互作用，使闪烁体的原子、分子电离或激发，被激发的原子、分子退激时发射光子。利用反射物质和光导把光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上打出光电子。光电子在光电倍增管中倍增，经过倍增的电子流在阳极负载上产生电信号，并由电子学仪器放大，分析和记录。

受到射线照射时能够发光的物质。按其化学性质可分为有机闪烁体和无机闪烁体，按其物态也可分为固体、液体和气体闪烁体。

都是苯环碳氢化合物，分子较大，因此分子之间的作用比无机晶体中离子之间的束缚作用弱得多，一般认为其激发发光的机制是由于分子本身的激发和跃迁。有机闪烁体又可分有机晶体，有机闪烁液体和塑料闪烁体三种。

（1）有机晶体。如蒽、茋和对联三苯等。蒽、茋都是具有良好发光特性的芳香族有机化合物，常用以探测快中子和β射线。蒽晶体是发光效率最高的有机闪烁体，常作为比较其他闪烁体发光效率的标准。它们的发射光谱峰位：蒽约在4470┱，茋为4100┱；发光衰减时间：蒽约为30ns，茋为4.5ns。

（2）液体闪烁体。把发光物质溶解于有机溶液内制成，它具有发光衰减时间短(2.6～4ns)，透明度好、容易制备，成本较低等优点。常用甲苯和二甲苯等作溶剂，以某些有机闪烁物质作为第一溶质（荧光物质），另一些作为第二溶质（称波长转换剂）。当入射粒子通过闪烁液体时，溶剂分子先被激发，产生波长很短的电磁辐射。由于溶剂本身对这类辐射有很强的吸收作用，因此无法直接用于探测。当加入第一溶质分子后，它可以吸收大部分溶剂分子产生的电磁辐射能量而被激发，然后在退激时放出波长在3500～4000┱范围的荧光，峰值在3650┱。第一溶质发出的荧光几乎全部被第二溶质吸收，受激后的第二溶质分子退激时放出4200～4800┱ 范围的光，峰值在 4200┱。这样的波长范围能够同通常的光电倍增管所要求的波长范围较好地匹配。其相对发光效率为蒽的45％。液体闪烁体应用相当广泛，主要是测量中子、β射线以及某些低能弱放射性（可将待测活性物质溶入或混入闪烁液体中进行测量）。

（3）塑料闪烁体。是在苯乙烯溶剂中加入第一、第二溶质后聚合而成。发光过程与液体闪烁体相同。发光时间短(2～3ns)，同液体闪烁体一样可作纳秒量级的时间测量及高强度测量。它的光传输性能好、机械强度高、耐潮湿、性能稳定、避光贮存 8～10年后发光效率无明显变化、不需封装。耐辐射性能好，居于各种闪烁体的首位。缺点为软化温度较低，不能在高温下使用；易溶于芳香族及酮类溶剂；能量分辨本领差，一般只作强度测量。

是指掺少量激活剂的无机盐晶体。常用的有Na(Tl)，CsI(Tl)和ZnS(Ag)，铊(Tl)和银(Ag)分别作为其激活剂。

（1）NaI(Tl)晶体对γ射线探测效率特别高。发光效率约为蒽晶体的两倍多。光谱峰值在4150┱ 左右，同光电倍增管的光谱响应匹配较好，晶体的透明性较好，是在核辐射测量中使用最广泛的一种闪烁体。

（2）CsI(Tl)晶体对γ射线吸收系数大、探测效率高、对重带电粒子阻止本领高，可做成蒸发薄膜（0.03毫米厚），适合于在高能γ本底下测量粒子及低能X 射线等。机械强度大，能耐受较大的温度变化，可用于脉冲形状甄别技术，甄别不同粒子。缺点是光输出仅为NaI(Tl)晶体的一半左右，对γ射线能量分辨率差。

（3）ZnS(Ag)闪烁体对重带电粒子阻止本领很大，质量厚度15mg/cm2的ZnS(Ag)层对210Po的α粒子的探测效率几乎达百分之百。而对γ射线极不灵敏。适于在β、γ本底场中用幅度甄别法测量带电粒子 α、p等。ZnS层是半透明材料，因此不适于用来测量 α能谱，只能测强度。由于探测效率高 (70％～100％)，面积又可做得很大，因此它适宜于测量弱的α放射性。ZnS(Ag)的发光效率约为蒽的三倍，发光时间约10μs。

某些高纯度的气体（如氙、氪、氩、氦等）可以用作闪烁计数器的发光材料。其中氙和氦更为人们注意。射线或带电粒子进入气体闪烁体时，使气体分子激发，当这些被激发的分子退激时发射光子。正常情况下，它们的发射谱兼有分立谱及连续谱，但其紫外线部分远大于可见光部分。因此，应使用对紫外敏感的光电倍增管同它匹配，或者在气体闪烁体中加入少量的第二种气体，将波长移到可见光区，以便和常规的光电倍增管匹配。由于各种退激方式互相竞争，例如分子互相碰撞或内部猝灭，气体的总发光效率相当低，对闪烁气体的纯度要求很高。因为气体闪烁体退激跃迁很快（纳秒或更短），所以是最快的探测器之一。因为它的阻止本领较低，所以它们主要用于测量α粒子或其他重的带电粒子。例如，由于其退激迅速，在高记数率下不易产生脉冲堆积，常被用于在强α本底下测量裂度碎片。

是利用光电效应把光子流转换成电子流，并利用次级电子发射现象放大电子流的光电器件。它包含光阴极、打拿阳极，并将它们封在一个真空玻璃管内。结构有聚焦式和纵向不聚式两种（见光电管和光电倍增管）。

对用于时间测量的光电倍增管，要求能均匀收集经聚焦后的次级发射电子。不同光电倍增管和不同工作状态的输出脉冲电流持续时间相差很大，它们的数量级大约为纳秒。电流脉冲持续时间越短，光电倍增管的分辨时间越小。目前工业生产的最好的快速光电倍增管输出脉冲电流宽度约为1～2ns。