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1、第? ?卷第?期?年?月核电子学与探测技术? ? ? ? ? ? ?,? ?碘化钠闪烁体与其他探测器配用的发展黄显太?北京核闪烁元件厂,顺义,?本文概述了碘化钠闪烁体与其他探测器配用现状。和应用范围等方面进行 了论 述?关祖词?屏蔽闪烁体主探测器碘化钠闪烁体文章从原理、结构、组成方式、材料要求探测器碘化钠闪烁体和光 电倍增管组成闪烁探测器,在油田、核医学、环境等领域得到广泛应用,是人所共知的。但这种探测器在某些领域,譬如,在多种能量混合场中,要测出满意的能谱或测出低水平放射性就不理想。为了解决上述问题,早在? ?年代初期,国外就开始研究用两种或两种以上探测器组合在一起,形成新的功能。国内从?
2、?年代后期起步,到? ?年代发展较为迅速。本文试图反映这领域的发展,并对其原理、结构、组成方式、材料要求和 应用等进行综述。?碘化钠闪烁体与其他探测器配合使用情况首先,从探测器的匹配看,有如下几种? ?同种闪烁体用不同尺寸闪烁体相匹配,如低本底丫谱仪用的? ? ?,它是用似? ? ? ? ?环形和功? ? ? ? ?含铭化合物和不含论化合物?两种规格、三种类型?组成? ?不同种闪烁体相互匹配,这种匹配方式多,有用榨? ? ?环形? ? ? ?和对联三苯闪烁体匹配,也有用杯? ? ?环形塑料闪烁体与功? ? ? ? ?匹配,前者作屏蔽闪烁体,后者作主闪烁体,还有? ? ? ?与? ?匹配,? ?
3、 ?与计数管匹配,?叮 ?与?匹配,?与?妞?匹配,?一?与半导体探泌器匹配?三种探测器相匹配,如? ?,如图?所示。其次,从屏蔽闪烁体的结构看,目前国内外流行的结构分为两种类型?一种是对称型?另一种是非对称型。对称型是反康普顿屏蔽探测器与主探测器同轴结构,后者为横向结构。对称结构又可分为垂直和水平两种应用方式。在这些应用中,碘化钠闪烁体或起主探测器作用,或起屏蔽闪烁体的作用。从原理上归纳起来,主要分为两种类型?一种是利用闪烁体的时间特性差别?一种是? ?利用屏蔽闪烁体减弱康普顿散射。利用闪烁体的时间特性配置成新的探测器工作原理当射线射入具有两种不同衰减时间常数闪烁体时,两种闪烁体产生的脉冲形
4、状是不 一样的。电子学线路利用这一特性使性能把主 闪烁体中能量被完全吸收和未被完全吸收及其散射所产生的光脉冲区分开来。该类探测器的组成通常是具有两种不 同发光衰减时间常数的闪烁体光学藕合在 一起,其中一块闪烁体较薄,另一块较厚,其具体几何尺寸根据需 要而 定,光电倍增管藕合在其中一块闪烁体上,其结构之一如图?所示。对闪烁体提出的要求图?三种探测器相匹配结构图配用的两种闪烁体,除发光衰减时 间常数不 同外,对主闪烁体所用闪烁体,在厚度选择上,要求待测 的辐射源效率为? ? ?。而 对不感兴趣的辐射源能完全透过。应用范围美国能源部曾对?和?这种组合探测器作过专题研究,认为这种探测器的灵敏度可能要提
5、高? ?对铀道?,此外,利用这种探测器还可进行航测。还有人报道,他们用 解? ? ? ? ?当主闪烁体,用价? ? ? ? ? ? ?为第二闪烁体,在? ?射线能区内,每分钟本底为几个计数时,测量怀沾污效果很好。也还有人用直径? ? ? ?,? ?和? ?组成全自动室内铀牡分析仪,利用压丫分析铀矿石。这种仪器对日和丫射线的灵敏度均很高,并能对两者同时和分别进行测量和计数。其精度可与荧光分析和化学分析相比媲。采用? ? ? ?作主闪烁体的优点在于它是不潮解物,探测效率主要由儿何形状确定。利用屏蔽闪烁体减弱康普顿散射?工作原理在核辐射测量中,尤其是低水平核辐射测量中,常常遇到两种情况?第一,存在待
6、测物以外的辐射源?如宇宙射线和周 围核辐射等?,这种辐射源有时比待测物还强得多。第二,在很多待测物 中,测量丫射线居多,即使不测量?射线,也往往伴随?射线,这样一来,测量中总存在康普顿散射。康普顿散射在测量中的显著特点,它是一个连续分布的能谱,由? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?衅沼幽公公盆? ? ?味喊喊 黔黔黔黔? ? ?】? 光电倍增管?其他辐射源?“?放射源图?放射源在两种闪烁体中作用过程图此带来了很多麻烦?其一,会使在连续散射谱段 内的的丫射线可探测极限降低,其二,在康普顿连续谱的高能端,有一康普顿峰,有时会把它误认为是待测物引起的。对待测物以外的辐射源,一般采用铅屏蔽就可解
7、决,但待测物中产生的康普顿散射,用这样的方法就不行了。人 们正是利用康普顿散射并不是一次就把能量损失掉的原理提出用屏蔽闪烁体来探测康普顿散射丫射线,然后利用电子学线路,将主探测器中的康普顿事例剔除掉。乳?探测器的组成由于使用目的和测量能量范围不 一,其具体组成差别甚大。但铅屏蔽、主探测器和屏蔽闪烁体是不能少的。铅屏蔽中,除铅外,按照需要,还有铜、不锈钢、汞、福、有机玻璃、石蜡等。福片可吸收铅壁中产生 的能量为? ? ? ?的次级散射成份及铅的?壳层特征?射线?约?峨?,铜可吸收锡的?壳层特征?射线?约? ?屏蔽闪烁体采用碘化钠闪烁体居多。主探测器除半导体探测器外,也可使用其他探测器。? ?对闪
8、烁体的要求? ?对尺寸的选择在实际使用中,待测物有两种放置方式,一种是放置在屏蔽闪烁体内,如图?所示。图?待测物放里在屏蔽闪烁体内几种结构图另一种放置在屏蔽闪烁体外,如图?所示。射线通过准直器进入主探测器内。屏蔽闪烁体的大小取决于待测丫射线的能量?总的要求是要散射光子与屏蔽闪烁体反复出现康普顿效应。根据有关计算,这里给出对应不同能量碘化钠闪烁体的屏蔽尺寸,具体如表?所示?材料选择碘化钠闪烁体往往含有少量钾,而钾又伴随有? ?,因此,要求钾含量低,一般要在?一?左右。对于封装? ? ?所用各种材料,除尽量不含放射性元素?如铀、镭、牡?外,还应选择原子序数小的物质如不锈钢、铅等。? ?几个专用术语
9、光电倍增管? ?康普顿减弱因子?是指有、无康普顿屏蔽时,所侧丫谱的康普顿连续谱的面积比? ?峰康比?是指全能峰的计数与康普顿峰的计数比? ?峰总比?是指光电峰的计数与总计数之比。? ?康峰比?是指有、无屏蔽闪烁体时,康普顿峰计数之比。?应用领域在核物理中,用它研究核结构、核反应机理和研究卜介子原子?在天体物理学中,用它研究丫射线束、基本高能过程?一? ? ?一? ? ? ? ?和银河系等?在放射化学中,可用于微量元素的环境研究、地矿样品分析和活化分析等。待 测物图?待测物放置在屏蔽闪烁体外结构图?两种配用探测器的对比前一种类型配用探测器的前提是配用的闪烁体必须在发光衰减时间常数上有差别,因此,
10、由同类闪烁材料制成不同几何形状的闪烁体不能配用,而后一类型配用探测器,则 不受这一限制。前一类型相对几何尺寸小,重量轻,室 内外均可使用。后一类型体积大,也很笨重,主要用于室 内,但测量精度高。表? ? ? ?对应不同丫射线能?佳屏蔽尺寸表闪烁体名称?源在屏蔽闪烁体 内? ?拟?功?尹和?即裸在屏蔽闪烁体外?似?又?似?价? ? ? ! ?射线能? ?。?国内发展我国对碘化钠闪烁体与其他探测器配用方面的研究,起步较晚,? ?年代发展较为迅速,? ?多年来,发表了不少成果。一川,其中以后一类应用居多,且各篇文章的出发点和侧重点也不一样。但通常有如下几种测量?即低本底丫分析测量,丫一丫符合测量,卜
11、丫符合测?和低本底日测量等。测量的能量范围,在? ? ?,其本底计数在? ?计数? ? ,对? ?能童?分辨率为? ?左右?半导体探测器除外?,康普顿减弱因子在? !,峰康比4 0左右,所用碘化钠闪烁体最大尺寸为户00m m X30 0m m,有关参数列于表2.农2国内用协I(T l)与其他闪烁体配用有关规格、今橄对照表主主闪炼体体屏蔽闪炼体体屏蔽物质质对”吧。康普 顿减减能区范 围内的积积灵敏度度参 考考 尺尺寸/m m m m尺寸/m二二二分辨率/% % %弱因子子分 本底 计数/ / / / /文 献献 m m m m m m m m m m m m m in一 I I I I I I
12、I娜娜0 X 80 0 0似00X 300 0 014.反m钢钢11.2 2 23.53 3 335 5 526X10一 2鞠1, tC. . .l l lN N Nal( TI) ) )N目(TI) ) )2.sa .铅铅铅铅、(0.05ZM. V) ) )T二i O00m 加加加0 0 0 0 0 0 0 .反m不拐钥钥钥钥钥钥钥价价100 X100 0 0碎裂裂I3 cm炯炯9.8 8 82.5 5 5154 4 41,5X10一2助1,C- - - 3 3 3N N Nal (TI) ) )Nal(TI) ) )3 .铅铅铅铅(0.052.OMeV) ) )T二 1000m i n n
13、 n n n户户户00X 3 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0价价5 X 75 5 5似00 X 3 00 0 011 .s cm钢钢10.6 6 63.9 9 937 7 7lSX10一ZBql, ?c. . .2 2 2N N Nal(TI) ) )Nal( T I) ) )3c m铅铅铅铅(0.052 OMeV) ) )T二 1000m 位位位夕夕5 X 75 5 5妇30 X 5 00 0 010 Cm铅铅 10.。2.1 1 16 8 8 81.9 X10一zBq., 7c, , 5 5 5N N Nal(Tl) ) )班料闪烁体体体体体体T10 00m切
14、切切夕夕6 X 76 6 6两00X 520 0 0/ / /9.5 5 52.5 5 52.8 (积分本底比) ) )/ / /6 6 6 N N Nal (TI) ) )塑料闪拣体体体体体(0.12.OMeV) ) ) ) ) ) )尹尹5 X 75 5 5拟00X 300 0 0/ / /10 0 04.2 2 235 5 517m加加8 8 8 N N Nal(Tl) ) )N a l(T l) ) ) ) ) ) ) ) )(0.052.SMeV) ) )T二 10O0min n n n n尸尸5 X 75 5 5两50X 550 0 014em铅铅8:6 6 6/ / /155 5
15、 5/ / /7 7 7 N N Nal (Tl) ) )塑料闪烁体体IOc m石蜡蜡蜡蜡(0.052.OMeV) ) ) ) ) ) )同同轴商纯纯声50 XSSO O O月.铅铅6oCo o o5.3 3 38.7 7 75.6m Bq q q13 3 3锗锗探侧器器塑料闪烁体体10cm石蜡蜡H PGe e e e e(0.12.OMeV) ) )T=100Omin n n n n价价价6 X 76 6 6 6 61.75keV V V V V V V V V V V N N N N Nal(Tl) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )6国内低本底Y谱仪用碘化钠闪烁体为满足国内这一应用领域的需要,碘化钠闪烁体生产厂家,从8 0年代初期开始,就着手研究,现已发展成为系列产品,其相应 型号为sT 10 5。产品基本分为三种类型 l,屏蔽闪烁体、主闪烁体和光导.屏蔽闪烁体最大尺寸为郝0
