闪烁探测器篇(3)_闪烁体物理特性

在选用闪烁体时，我们首先要充分的了解闪烁体的物理特性，这样才能设计出最高效的闪烁探测器。咱们常常最关注的物理特性主要有三种，下面将分别介绍：

 

1，  发射光谱

闪烁体受核辐射激发后，发出的光并不是单色的，而是一个连续光谱，如下图所示。

 

                           

对于每种闪烁体，总可以找到一，两种波长的光，它的发射概率最大。整个光谱是以该波长为中心的一个或数个发射带，闪烁体的技术说明书往往给出这个峰位处的波长，称为发射光谱最强的波长。了解不同闪烁体的发射光谱，主要是为了解决闪烁体与光电倍增管光谱响应的匹配问题。

 

2，  发光效率

发光效率是指闪烁体将所吸收的射线能量转变为光的比例。目前有三种表述方式：

（1）光能产额。它定义为核辐射在闪烁体中损失单位能量，闪烁体发射的光子数。比如粒子损失的能量为E，闪烁过程发出的总光子数为nph，则光能产额Yph可以表示为：

Yph=nph/E

（2）绝对闪烁效率。它就是能量转换效率Cnp，表示在一次闪烁中，产生的闪烁光子总能量Eph与核辐射在闪烁体中损失的能量E之比：

Cnp=Eph/E

（3）相对发光效率。上述两个物理量的测量，由于涉及到光子数的绝对定量，技术上比较复杂，故通常用相对值来度量不同闪烁体的发光效率。它是使用一种核辐射在不同闪烁体中损失相同能量，测量它们的脉冲输出幅度并以一种闪烁体作为参考。

 

在核辐射探测时，闪烁体的发光效率越高越好，这时不仅输出的脉冲幅度大，而且由于光子数较多，因而统计涨落小，能量分辨率会有所改善。在能谱测量时，为了使线性好，还要求发光效率对核辐射的能量在相当宽的范围内为某一常数。

 

3，  发光时间和衰减时间

闪烁体发光时间包括闪烁脉冲的上升时间和衰减时间两部分。上升时间主要由闪烁体电子激发时间以及带电粒子在闪烁体中耗尽能量所需的时间决定，一般小于1纳秒。

 

闪烁体受激后，电子退激发光一般服从指数衰减规律，单位时间发出的光子数（发光强度）为：

I(t)= (nph/T)*e-t/T

经过时间T，脉冲下降到最大值的1/e，时间T称为发光衰减时间。该公式对大部分无机闪烁体是正确的，但是对于大多数有机闪烁体，发光衰减有快慢二种成分，其衰减规律可以用下式表示：

I(t)= Ife-t/Tf+Ise-t/Ts

其中Tf核Ts分别为快慢二种成分的发光衰减时间。对于高强度测量或用于时间测量的闪烁体，应该要求有尽可能短的发光衰减时间。

 

当然，除了上述三个主要物理特性外，在使用闪烁体时还应该考虑下面一些性质：

 

1，  探测效率。它和闪烁体的几何形状及大小有关，另外还与组成闪烁体的物质的密度以及平均原子序数息息相关。

 

2，  闪烁体应该透明度高，尽可能无缺陷，光学均匀度好。

 

3，  易于加工成各种形状。

 

4，  温度发生变化时，闪烁体的发光效率、能量分辨率、时间特性也会发生变化，因此温度效应也应该注意。

 

5，  晶体耐辐照的稳定性。

 

参考文献：

[1]原子核物理实验方法

[2]粒子探测技术及数据获取

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