閃爍探測(cè)器

有機(jī)閃爍體大多屬于苯環(huán)結(jié)構(gòu)的芳香族碳?xì)浠衔?，其發(fā)光機(jī)制主要由于分子本身從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的躍遷。同無機(jī)晶體一樣，有機(jī)閃爍體也有兩個(gè)發(fā)光成分,熒光過程小于1納秒。有機(jī)閃爍體又可分為有機(jī)晶體閃爍體、液體閃爍體和塑料閃爍體。有機(jī)晶體主要有蒽、茋、萘等，具有比較高的熒光效率，但體積不易做得很大。液體閃爍體和塑料閃爍體可看作是一個(gè)類型，都是由溶劑、溶質(zhì)和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換劑三部分組成，所不同的只是塑料閃爍體的溶劑在常溫下為固態(tài)。還可將被測(cè)放射性樣品溶于液體閃爍體內(nèi)，這種"無窗"的探測(cè)器能有效地探測(cè)能量很低的射線。液體和塑料閃爍體還有易于制成各種不同形狀和大小的優(yōu)點(diǎn)。塑料閃爍體還可以制成光導(dǎo)纖維，便于在各種幾何條件下與光電器件耦合。

光電轉(zhuǎn)換器件一般采用光電管與光電倍增管。但是，后出現(xiàn)的半導(dǎo)體光電器件，具有高的量子轉(zhuǎn)換效率和低功耗，便于閃爍探測(cè)器的微型化和提高空間分辨率。已有人研制成閃爍體與光電器件均用半導(dǎo)體材料組成的單片集成化的閃爍探測(cè)器。

利用光電倍增管倍增系統(tǒng)所做成的電子倍增器，也可單獨(dú)用來探測(cè)輻射。將分立的二次級(jí)改為連續(xù)的二次級(jí)后，形成通道型電子倍增器。微型化的通道型電子倍增器──微通道板可以做到在1c㎡面積上具有幾十萬個(gè)微通道。用微通道板作為電子倍增系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換器件，不但可以得到較高的靈敏度，而且還具有良好的時(shí)間特性和位置分辨率。

閃爍探測(cè)器具有探測(cè)效率高和靈敏體積大等優(yōu)點(diǎn)。其能量分辨率雖然不如半導(dǎo)體探測(cè)器好，但對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)。特別是有機(jī)閃爍體的定時(shí)性能，中子、γ分辨能力和液體閃爍的內(nèi)計(jì)數(shù)本領(lǐng)均有其獨(dú)具的優(yōu)點(diǎn)。因此，它仍是廣泛使用的輻射探測(cè)器。

固體的無機(jī)閃爍體一般是指含有少量其它種晶體(激活劑)的無機(jī)鹽晶體。雖然用純無機(jī)鹽晶體也可作為閃爍體，但加了激活劑后能明顯提高發(fā)光效率。當(dāng)閃爍體中原子的軌道電子從入射粒子接受大于其禁帶寬度的能量時(shí),便被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶。然后,再經(jīng)過一系列物理過程回到基態(tài)，根據(jù)退激的機(jī)制不同而發(fā)射出衰落時(shí)間很短的熒光(約 10納秒)或是較長(zhǎng)的磷光(約1納秒或更長(zhǎng))。最常用的無機(jī)晶體是用鉈激活的碘化鈉晶體，即碘化鈉(鉈)，最大可做到直徑 500毫米以上。它有很高的發(fā)光效率和對(duì)γ射線的探測(cè)效率。其他無機(jī)晶體還有碘化銫(鉈)、碘化鋰(銪)、硫化鋅(銀)等，各有特點(diǎn)。新出現(xiàn)的有鍺酸鉍等。氣體和液體的無機(jī)閃爍體，多用惰性氣體及其液化態(tài)制成、如氙、氪、氬、氖、氦等。其中以氙的光輸出最大而較多使用。

X射線、CT、核醫(yī)學(xué)放射性核素成像、環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)、高能射線探測(cè)，其原理都是利用光子流作為射線源，射線穿透人體或物質(zhì)，再?gòu)娜梭w或物質(zhì)中發(fā)射出來或射線直接被探測(cè)器接收而形成影像。所以探測(cè)器系統(tǒng)對(duì)射線的接收程度就成為關(guān)鍵的因素之一，常用的技術(shù)有:氣體電離室探測(cè)、半導(dǎo)體材料探測(cè)、閃爍晶體探測(cè)等。而閃爍晶體因其固有的吸收射線輻射發(fā)光的特性就成為測(cè)量射線能量和強(qiáng)度的良好材料。無機(jī)閃爍晶體主要應(yīng)用領(lǐng)域有高能物理、核物理、核醫(yī)學(xué)(如XCT、PET以及g相機(jī))、工業(yè)應(yīng)用(工業(yè)CT)、地質(zhì)勘探、石油測(cè)井等。閃爍晶體在射線的激發(fā)下能發(fā)出位于可見光波段的光波，不同的閃爍體最大閃爍發(fā)射波長(zhǎng)、光產(chǎn)額、閃爍衰減時(shí)間、輻射長(zhǎng)度、輻照硬度及密度、熔點(diǎn)、硬度、吸潮性等物理性質(zhì)都有所不同?，F(xiàn)實(shí)中沒有任何一種閃爍體能滿足全部使用要求，每種閃爍晶體都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，使用中需根據(jù)具體要求及應(yīng)用領(lǐng)域選擇不同的材料。一般來說無機(jī)閃爍晶體用于輻射探測(cè)時(shí)基本應(yīng)具備以下幾個(gè)條件:

<1>對(duì)探測(cè)粒子有較大的阻止本領(lǐng)，使入射粒子在晶體中的損耗量較大，為此閃爍體的密度及有效原子序數(shù)應(yīng)較大。

<2>具有較高的發(fā)光效率及較好的能量分辨率。

<3>在自身發(fā)光波段內(nèi)無吸收，即有較高的透過率。

<4>較短的發(fā)光衰減時(shí)間(時(shí)間分辨好)。

<5>發(fā)射光與光探測(cè)元件光譜響應(yīng)相匹配。

<6>較大的輻照硬度(抗輻射損傷)。

<7>較好的熱穩(wěn)定性( 發(fā)光效率受溫度影響小)。

<8>易于加工成各種形狀和尺寸。

<9>較好的化學(xué)穩(wěn)定性(不吸潮)。

現(xiàn)已開發(fā)的無機(jī)閃爍體如下:NaI(Tl) .CsI. CsI(Na) .CsI(Tl) .LiF(Eu) .CaF2(Eu) .CdF2、BaF2.CeF3 .BGO(Bi3Ge4O12) .ZWO(ZnWO4) .CWO(CdWO)4 .PWO(PbWO4) .GSO:Ce(Gd2SiO2O5:Ce) .LAP:Ce(LaAlO3:Ce) .YAP:Ce(Y AlO3:Ce).LSO:Ce(Lu2Si2O5:Ce)等。

NaI和BGO(鍺酸鉍)是應(yīng)用較多的閃爍晶體，NaI(Tl)光輸出大。對(duì)NaI(Tl)光輸出的界定是以最早的塑料閃爍體--蒽(C14H10)來標(biāo)定，相對(duì)于蒽，NaI(Tl)的相對(duì)光輸出為230%。

NaI(Tl) 晶體密度較低(3.65g/cm3)， BGO有較高的密度(7.13g/cm3)，但光輸出較低(只有NaI(Tl)的8%)?，F(xiàn)處于較前沿的閃爍晶體有:GSO(Ce)、YAP (Ce)、LAP(Ce)、LSO(Ce)等。這些晶體光輸出較高，如LSO(Ce)約為NaI(Tl)的75%，且衰減時(shí)間快、密度高。因其優(yōu)良的性能，盡管造價(jià)昂貴，但仍不失為高能探測(cè)的理想材料。