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閃爍體基礎知識Ⅱ——分類與特性

發布時間:2019-07-30 編輯:韓永飛

根據各種應用領域的不同需求,使用者對閃爍體的種類及性能指標不斷地提出了新的要求。下面將簡述具體的種類、性能指標要求及基本測試方法。

1、閃爍體的分類

  我們常說的閃爍晶體是閃爍體中的主要類型,除此之外還有閃爍玻璃、閃爍陶瓷、液體閃爍體、有機塑料閃爍體、氣體閃爍體等,詳見下圖1



閃爍體分類圖


2、閃爍體的性能參數

2.1 相對光輸出

光輸出是指閃爍體發射光子的總數與被該閃爍體吸收的入射輻射能量之比值。與閃爍體標準樣品的光輸出值相比較給出的相對值,稱為相對光輸出。

光輸出是衡量閃爍體對于高能粒子能量的轉換效率的重要指標,它的大小主要與閃爍體材料相關。但一般測量得到的是技術光輸出,它還與材料的厚度、形狀、反射層反射效率、探測器吸收光譜匹配度等因素都有關系。

2.2 能量分辨率

能量分辨率是指對于某一給定的能量,輻射譜儀能分辨的兩個粒子能量之間的最小相對差值的量度。在一般應用中,能量分辨率是用譜儀對單能粒子測得的能量分布曲線中峰的半高寬除以峰位所對應的能量來表示的。其百分數稱為脈沖幅度分辨率,它是衡量閃爍體對高能粒子能量差異分辨能力的指標。

2.3 衰減時間

衰減時間是指閃爍體受單次激發后,光子發射率下降到其初始值的1/e所需的時間。由于發光機制的不同,衰減曲線有時又分為快成分和慢成分。如BaF2就具有0.9ns630ns兩種衰減時間的發光成分。

2.4 余輝

余輝指閃爍體的激發停止后,閃爍光還會持續發射一段時間的現象。一般用激發停止后閃爍體在某一時間點(6ms20ms100ms)的閃爍光輸出與激發停止前的光輸出相對比值表征余輝的大小。如圖2所示為余輝隨時間變化的曲線。相比較而言,GOS陶瓷及CWO晶體的余輝性能較好,明顯優于CsI(Tl)晶體的余輝性能。



2  三種材料的余輝測試結果對比圖


2.5環境穩定性

閃爍體中的鹵化物系列存在明顯的潮解吸濕性,所以在實際應用中,必須要對晶體進行封裝。另外,由于材料的熱膨脹系數存在各向異性,所以在經受一定程度的溫度變化后,晶體易出現應力集中或開裂等現象。但其他氧化物系列晶體在耐潮解性方面有明顯的優勢。另外,閃爍體在不同的環境條件下,其各項性能都會有不同程度的變化。

2.6 抗輻照特性

閃爍體在經受大劑量的射線輻照之后,會出現閃爍性能下降的現象。此現象的產生主要與材料結構、內部雜質或結晶微觀缺陷相關。

2. 7 密度

密度較大的材料對射線或粒子的吸收和阻止能力較強,這樣就可以用較小的厚度或體積來實現高能的探測,所以一般的核輻射探測應用都希望閃爍體具有較大的密度。

除此之外,閃爍體的發射光譜、吸收光譜、折射率、技術光衰減長度以及溫度效應等本征特性對于實際應用也有很大的影響,需要選擇相匹配的光電探測器和使用環境。


3常見無機閃爍材料參數


常見無機閃爍體材料參數表


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