闪烁计数器（闪烁计数器）

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更新时间：2023-05-16
闪烁计数器
闪烁计数器（scintillation counter），是指利用射线或粒子引起闪烁体 发光并通过光电器件记录射线强度和能量的探测装置。1911年E.卢瑟福 借助显微镜观察到单个α粒子在硫化锌上引起发光。他又于1919年用荧光屏探测器第一次观察到α粒子轰击氮产生氧和质子，这是闪烁计数器的雏形。正式的闪烁计数器是1947年由J.科尔特曼和H.卡尔曼发明的。闪烁计数器由闪烁体、光收集系统和光电器件三部分组成。由光电器件输出的电脉冲经过前级电子学系统（放大、成形、甄别等）进入粒子数据获取系统，并进行数据处理和分析。
基本信息
中文名
闪烁计数器
外文名
scintillation counte
发明时间
1947年
发明者
J.科尔特曼和H.卡尔曼
工作原理
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。
闪烁体材料
闪烁计数器
闪烁体材料是受到射线照射时能够发光的物质，分为无机闪烁体和有机闪烁体，并可以固体、液体和气体状态存在。①无机闪烁体是指掺入少量激活剂的无机晶体。常用的有硫化锌、碘化钠、碘化铯、锗酸铋、氟化钙和钨酸铅等。银或铊等分别作为激活剂。它们的发光机制是射线将闪烁晶体价带中的电子激发到导带，退激发出荧光。直接退激到价带过程发光的衰减时间短（1—10纳秒），且光子能量高（紫外区）；间接由靠近导带下面的杂质中心（如激活剂等）能级进一步退激而发射的光子，发光衰减时间长（约微秒数量级），且光子能量较低（波长从紫外区到黄光区）。无机闪烁体的密度较高，对γ射线探测效率高，且透明性好，适于测量高能γ射线强度及其他带电粒子，并有一定的能量分辨本领。硫化锌闪烁体是半透明材料，只能制成薄层，对重带电粒子阻止本领很大，而对γ射线极不灵敏。适于在β、γ本底场中测量α粒子、质子及与硼等混合后测量慢中子的强度等。②有机闪烁体都是苯环碳氢化合物，如蒽、对联三苯等，其激发发光的机制是分子激发后退激而发出荧光。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。常用以探测各种带电粒子（重带电粒子和轻粒子如β射线、μ子等），以及利用闪烁体中的氢反冲效应测量快中子。蒽晶体是发光效率最高的有机闪烁体，常作为同其他闪烁体比较发光效率的标准。把发光物质溶解于有机剂内可制成液体闪烁体。有机闪烁体能量分辨本领差，一般只作强度测量。气体闪烁体由某些高纯度的可发光的气体（如氙、氪、氩、氦等）和波长移位剂组成。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，一般发射的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。由于发光衰减时间短，闪烁计数器是最快的粒子探测器之一。
光收集系统
光收集系统是闪烁体与光探测器之间的连接部分。它的两侧需要分别同闪烁体光输出部分的形状和光探测器的光输入部分的形状相一致，以达到尽可能多地收集光和使光分布均匀的目的。光电倍增管与光导之间要用同玻璃的折射系数（n=1.5）相近的光学硅脂或光学胶等密合以达到最有效的光传输。对大部分无机闪烁体，因其折射率较大、不易与光探测器配合，故常使用氧化镁或氧化铝细粉末等包装闪烁体和光导，利用其漫反射以提高光收集效率。现今发展了其他光收集系统，如光纤收集器和大面积波长移位光收集器BBQ等。
光电器件
光电倍增管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。
应用
闪烁计数器是最重要的射线探测器之一，广泛用于原子核物理学、高能物理、放射性应用如核医学、地质勘探以及放射性剂量测量等领域，成为X射线天文学和γ射线天文学中的重要观测仪器。许多基于闪烁探测器的新技术、新工艺发展很快，如闪烁光纤用于高能物理实验中的电磁量能器、径迹室、飞行时间计数器，利用微通道光电倍增器和电荷耦合器件（CCD）并同闪烁光纤联用的多路具有精密位置分辨能力的闪烁探测装置，利用闪烁体－雪崩二极管（APD）系统用于电磁量能器与核医学的计算机断层照相CT等。