閃爍計(jì)數(shù)器閃爍體材料

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(wú)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(wú)機(jī)閃爍體是指摻入少量激活劑的無(wú)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(guò)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(jí)進(jìn)一步退激而發(fā)射的光子，發(fā)光衰減時(shí)間長(zhǎng)(約微秒數(shù)量級(jí))，且光子能量較低(波長(zhǎng)從紫外區(qū)到黃光區(qū))。無(wú)機(jī)閃爍體的密度較高，對(duì)γ射線探測(cè)效率高，且透明性好，適于測(cè)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(duì)重帶電粒子阻止本領(lǐng)很大，而對(duì)γ射線極不靈敏。適于在β、γ本底場(chǎng)中測(cè)量α粒子、質(zhì)子及與硼等混合后測(cè)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、?duì)聯(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(cè)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(jiàn)光部分。因此，應(yīng)使用對(duì)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(zhǎng)移到可見(jiàn)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(cè)器之一。

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(guò)倍增的電子流在陽(yáng)極負(fù)載上產(chǎn)生電信號(hào)，并由電子學(xué)儀器放大，分析和記錄。

光收集系統(tǒng)是閃爍體與光探測(cè)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(cè)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(duì)大部分無(wú)機(jī)閃爍體，因其折射率較大、不易與光探測(cè)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?，F(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(zhǎng)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(jí)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(yáng)極，并將它們封在一個(gè)真空玻璃管內(nèi)。結(jié)構(gòu)有聚焦式和縱向不聚式兩種(見(jiàn)光電管和光電倍增管)。

對(duì)用于時(shí)間測(cè)量的光電倍增管，要求能均勻收集經(jīng)聚焦后的次級(jí)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(jí)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。

閃爍計(jì)數(shù)器是最重要的射線探測(cè)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(cè)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(cè)儀器。許多基于閃爍探測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量。主要包括以下幾個(gè)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(cè)定動(dòng)物或人體內(nèi)激素等微量活性物質(zhì)，研究動(dòng)物和人體體內(nèi)內(nèi)分泌和其它生理代謝行為。

3 動(dòng)植物營(yíng)養(yǎng)

通過(guò)對(duì)大量或微量元素標(biāo)記測(cè)定，研究動(dòng)物、植物對(duì)營(yíng)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(duì)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(cè)。

5 生物體中發(fā)光測(cè)定

利用單光子監(jiān)測(cè)了測(cè)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(cè)定低能β放射性核素為主，但近幾年來(lái)，隨著核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，還開(kāi)發(fā)出許多其它領(lǐng)域的測(cè)試功能。該儀器一次可測(cè)300個(gè)樣，自動(dòng)換樣、顯示、打印，有三個(gè)計(jì)數(shù)道，對(duì)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(cè)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(dòng)植物、微生物和非生物樣品測(cè)定。

2 H number法猝滅校正

在測(cè)定樣品放射性的同時(shí)，測(cè)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(cè)

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

4 自動(dòng)猝滅補(bǔ)償（AQC）

通過(guò)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(cè)（RCM）

可用于監(jiān)測(cè)制樣過(guò)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(cè)定結(jié)果中扣除。

6 能譜尋找與分析

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

7 單光子監(jiān)測(cè)（SPM）

可用于生物發(fā)光與生物中單光子事件的測(cè)定。

8 半衰期校正

對(duì)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(cè)定

通過(guò)設(shè)置不同道寬等條件，測(cè)定同一個(gè)樣品中的雙標(biāo)記或三標(biāo)記放射性，區(qū)分出各個(gè)標(biāo)記的放射性強(qiáng)度。