閃爍計(jì)數(shù)器

光收集系統(tǒng)是閃爍體與光探測器之間的連接部分。它的兩側(cè)需要分別同閃爍體光輸出部分的形狀和光探測器的光輸入部分的形狀相一致，以達(dá)到盡可能多地收集光和使光分布均勻的目的。光電倍增管與光導(dǎo)之間要用同玻璃的折射系數(shù)(n=1.5)相近的光學(xué)硅脂或光學(xué)膠等密合以達(dá)到最有效的光傳輸。對大部分無機(jī)閃爍體，因其折射率較大、不易與光探測器配合，故常使用氧化鎂或氧化鋁細(xì)粉末等包裝閃爍體和光導(dǎo)，利用其漫反射以提高光收集效率。現(xiàn)今發(fā)展了其他光收集系統(tǒng)，如光纖收集器和大面積波長移位光收集器BBQ等。

光電倍增管是利用光電效應(yīng)把光子流轉(zhuǎn)換成電子流，并利用次級電子發(fā)射現(xiàn)象放大電子流的光電器件。它包含光陰極、打拿陽極，并將它們封在一個真空玻璃管內(nèi)。結(jié)構(gòu)有聚焦式和縱向不聚式兩種(見光電管和光電倍增管)。

對用于時(shí)間測量的光電倍增管，要求能均勻收集經(jīng)聚焦后的次級發(fā)射電子。不同光電倍增管和不同工作狀態(tài)的輸出脈沖電流持續(xù)時(shí)間相差很大，它們的數(shù)量級大約為納秒。電流脈沖持續(xù)時(shí)間越短，光電倍增管的分辨時(shí)間越小。目前工業(yè)生產(chǎn)的最好的快速光電倍增管輸出脈沖電流寬度約為1-2ns。

射線同閃爍體相互作用，使閃爍體的原子、分子電離或激發(fā)，被激發(fā)的原子、分子退激時(shí)發(fā)射光子。利用反射物質(zhì)和光導(dǎo)把光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應(yīng)，光子在光陰極上打出光電子。光電子在光電倍增管中倍增，經(jīng)過倍增的電子流在陽極負(fù)載上產(chǎn)生電信號，并由電子學(xué)儀器放大，分析和記錄。

閃爍體材料是受到射線照射時(shí)能夠發(fā)光的物質(zhì)，分為無機(jī)閃爍體和有機(jī)閃爍體，并可以固體、 液體和氣體狀態(tài)存在。①無機(jī)閃爍體是指摻入少量激活劑的無機(jī)晶體。常用的有硫化鋅、碘化鈉、碘化銫、鍺酸鉍、氟化鈣和鎢酸鉛等。銀或鉈等分別作為激活劑。它們的發(fā)光機(jī)制是射線將閃爍晶體價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，退激發(fā)出熒光。直接退激到價(jià)帶過程發(fā)光的衰減時(shí)間短(1-10納秒)，且光子能量高(紫外區(qū));間接由靠近導(dǎo)帶下面的雜質(zhì)中心(如激活劑等)能級進(jìn)一步退激而發(fā)射的光子，發(fā)光衰減時(shí)間長(約微秒數(shù)量級)，且光子能量較低(波長從紫外區(qū)到黃光區(qū))。無機(jī)閃爍體的密度較高，對γ射線探測效率高，且透明性好，適于測量高能γ射線強(qiáng)度及其他帶電粒子，并有一定的能量分辨本領(lǐng)。硫化鋅閃爍體是半透明材料，只能制成薄層，對重帶電粒子阻止本領(lǐng)很大，而對γ射線極不靈敏。適于在β、γ本底場中測量α粒子、質(zhì)子及與硼等混合后測量慢中子的強(qiáng)度等。②有機(jī)閃爍體都是苯環(huán)碳?xì)浠衔?，如蒽、對?lián)三苯等，其激發(fā)發(fā)光的機(jī)制是分子激發(fā)后退激而發(fā)出熒光。有機(jī)閃爍體又可分有機(jī)晶體、有機(jī)閃爍液體和塑料閃爍體三種。常用以探測各種帶電粒子(重帶電粒子和輕粒子如β射線、μ子等)，以及利用閃爍體中的氫反沖效應(yīng)測量快中子。蒽晶體是發(fā)光效率最高的有機(jī)閃爍體，常作為同其他閃爍體比較發(fā)光效率的標(biāo)準(zhǔn)。把發(fā)光物質(zhì)溶解于有機(jī)劑內(nèi)可制成液體閃爍體。有機(jī)閃爍體能量分辨本領(lǐng)差，一般只作強(qiáng)度測量。氣體閃爍體由某些高純度的可發(fā)光的氣體(如氙、氪、氬、氦等)和波長移位劑組成。射線或帶電粒子進(jìn)入氣體閃爍體時(shí)，使氣體分子激發(fā)，當(dāng)這些被激發(fā)的分子退激時(shí)發(fā)射光子，一般發(fā)射的紫外線部分遠(yuǎn)大于可見光部分。因此，應(yīng)使用對紫外敏感的光電倍增管同它匹配，或者在氣體閃爍體中加入少量的第二種氣體，將波長移到可見光區(qū)，以便和常規(guī)的光電倍增管匹配。由于發(fā)光衰減時(shí)間短，閃爍計(jì)數(shù)器是最快的粒子探測器之一。

閃爍計(jì)數(shù)器是最重要的射線探測器之一，廣泛用于原子核物理學(xué)、高能物理、放射性應(yīng)用如核醫(yī)學(xué)、地質(zhì)勘探以及放射性劑量測量等領(lǐng)域，成為X射線天文學(xué)和γ射線天文學(xué)中的重要觀測儀器。許多基于閃爍探測器的新技術(shù)、新工藝發(fā)展很快，如閃爍光纖用于高能物理實(shí)驗(yàn)中的電磁量能器、徑跡室、飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器，利用微通道光電倍增器和電荷耦合器件(CCD)并同閃爍光纖聯(lián)用的多路具有精密位置分辨能力的閃爍探測裝置，利用閃爍體-雪崩二極管(APD)系統(tǒng)用于電磁量能器與核醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)斷層照相CT等。

液體閃爍計(jì)數(shù)器主要用于探測一些低能β核素示蹤原子的放射性樣品，目前已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)、考古與地質(zhì)構(gòu)造等領(lǐng)域科研工作中的核素示蹤與核輻射測量。主要包括以下幾個方面：

1 細(xì)胞與分子生物學(xué)

主要利用3H、14C、32P等放射性核素進(jìn)行體內(nèi)或體外標(biāo)記，研究細(xì)胞生物體內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的合成與降解代謝及其轉(zhuǎn)化途徑。尤其在核酸分子標(biāo)記及分子雜交、探針制備等方面應(yīng)用更為廣泛。

2 生物醫(yī)學(xué)

利用放射免疫分析技術(shù)測定動物或人體內(nèi)激素等微量活性物質(zhì)，研究動物和人體體內(nèi)內(nèi)分泌和其它生理代謝行為。

3 動植物營養(yǎng)

通過對大量或微量元素標(biāo)記測定，研究動物、植物對營養(yǎng)元素、礦質(zhì)元素的吸收利用率、生理代謝及其缺素癥，為研究防治對策提供依據(jù)。

4 環(huán)境科學(xué)

利用標(biāo)記示蹤原子，研究有毒有害物質(zhì)在環(huán)境體系的行為、去向和污染程度，包括用于重金屬和農(nóng)藥等污染研究，以及在環(huán)境中水體、大氣、土壤、居室內(nèi)放射性天然背景值的監(jiān)測。

5 生物體中發(fā)光測定

利用單光子監(jiān)測了測定生物體內(nèi)發(fā)光與單光子事件和環(huán)境變化關(guān)系的研究。

液體閃爍計(jì)數(shù)器雖以測定低能β放射性核素為主，但近幾年來，隨著核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，還開發(fā)出許多其它領(lǐng)域的測試功能。該儀器一次可測300個樣，自動換樣、顯示、打印，有三個計(jì)數(shù)道，對3H計(jì)數(shù)效率大于60%，14C計(jì)數(shù)效率大于95%。 ?

1 常用放射性核素測定

液閃計(jì)數(shù)器可用于3H、14C、32P、33P、35S、45Ca、55Fe、36Cl、86Rb、65Zn、90Sr、203Hg等含有放射性核素的動植物、微生物和非生物樣品測定。

2 H number法猝滅校正

在測定樣品放射性的同時(shí)，測出H#數(shù)值，可以直觀的判斷出該樣品的猝滅程度。

3 兩相檢測

用于檢測含水放射性樣品與閃爍液的分相問題，以避免由此而引起的計(jì)數(shù)效率下降。

4 自動猝滅補(bǔ)償（AQC）

通過最佳的窗口等條件設(shè)置，以期使猝滅樣品達(dá)到較高的計(jì)數(shù)效率。

5 隨機(jī)符合監(jiān)測（RCM）

可用于監(jiān)測制樣過程中化學(xué)發(fā)光引起的單光子事件的假計(jì)數(shù)，可以從測定結(jié)果中扣除。

6 能譜尋找與分析

此功能對未知核素的β能譜定位與分布做出可靠準(zhǔn)確的測量，為道寬設(shè)置提供依據(jù)。

7 單光子監(jiān)測（SPM）

可用于生物發(fā)光與生物中單光子事件的測定。

8 半衰期校正

對于短半衰期核素可校正出放射性強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系。給出現(xiàn)存放射性強(qiáng)度的量。

9 雙標(biāo)與三標(biāo)記測定

通過設(shè)置不同道寬等條件，測定同一個樣品中的雙標(biāo)記或三標(biāo)記放射性，區(qū)分出各個標(biāo)記的放射性強(qiáng)度。