4-2闪烁探测器.ppt

* §4-4 闪烁体探测器 一、光的收集 1、光在界面上的传播 设闪烁体的折射率为n1，周围介质的折射率为n2， 单用全反射，只能收集可全反射立体角内的闪烁光，光程差小，形成快脉冲输出对时间测量有利。 镜反射由于反射效率95%，多次反射效率不高，常用于小块闪烁体。 漫反射方法的效率较高，但光程差较大，形成宽的脉冲输出，常用于能量测量。 * 反射层：常用的反射层材料有MgO、铝箔和镀铝薄膜等。 有机闪烁体常用铝膜较松的包装，构成全反射和镜反射混合，既保持快脉冲输出又尽可能得到高的光收集效率。 对大部分无机闪烁体，因发光衰减时间长、折射率大从而与光探测器件配合差，利用漫反射方法收集光最佳。常用漫反射材料有MgO、Al2O3细粉末、白色涂料、Teflon膜和Tyvek纸。 与材料、 厚度有关 * 2. 光收集均匀性 光收集均匀性影响能量分辨率。可调整： 采用不同的几何形状 局部包装不同的反射材料或涂黑以增加吸收 前端面加反射膜以补偿远距离传输 3. 光学耦合 常用硅油，折射率近于1.5，对可见光、紫外光都有很好的透射率。普通硅油对塑料闪烁体有腐蚀性，最好用甲基硅油。比直接空气耦合光输出大~20%。 对大尺寸或异形闪烁体与光导的粘合或不需拆卸时，可以用粘合剂，其折射率与闪烁体、光导接近。 * 光导：当闪烁体尺寸较大或某种原因不适合直接与光电倍增管耦合时，中间需加一段光导过渡。一般采用透明固体材料（有机玻璃、石英等），其折射率与闪烁体或是光学器件的窗口比较接近；也有采用空气光导，但效率较低。 基于光传播的直线规律，光导收集光的效率为： 使用光导并不能提高光收集效率，其目的是改善收集光的均匀性： 不同大小形状的闪烁体与圆形光电倍增管连接需要光导过渡； 在强磁场内测量PMT放在磁场外需要光导； 在空间很小的地方测量需长的纤维光导。 * 二、光传输衰减长度 1、光在闪烁体内的传播 以4?立体角发射直线传播 按指数规律被吸收衰减 有两个衰减长度，因自吸收的原因，短波衰减快 需要把这种短波长的光过滤掉（在光阴极前加过滤片） 因为过滤片，总的光子产额减少了，但衰减长度增加了，均匀性变好了。 衰减长度与闪烁体的几何形状有关。 若几何的边界能造成有利于传输方向上的反射或全反射，将得到更长的光传输技术衰减长度。此类与外部条件有关的称为光传输技术衰减长度。 决定于自吸收的为本征光传输衰减长度 * 2、光传输衰减长度的测量 用?源可方便测量但误差较大 一般用 90Sr（最大能量为2.26MeV） 在闪烁体中基本可以全吸收，输出脉冲幅度为反映?源连续能量分布的连续谱（含能量分辨展宽）；对较远位置除有相同的衰减外，仍然保留其谱形分布。 故在相同时间T内，输出高幅度区域的累加计数达到N的下限阈值Vth随测量位置的变化反映了光传输衰减长度。 N和T的选取，以远端位置的谱形而定，累加区域不要覆盖噪声区 为消除宇宙线对测量的影响，可采用?源照射/ ?源不照射测两次 常用宇宙线测量较大面积有机闪烁体的光传输衰减长度。 宇宙线(?)在有机闪烁体的最小电离沉积能量 ~2MeV/cm 海平面的宇宙射线强度 ~0.5/cm2 min 一般需较长（甚至几天）的时间 * 采用双端读出，可缩短测量时间 若选取闪烁体中心位置为 X=0，有 ln(QE0/QW0)是一个 常数，~0 甚至在一个位置（X）的测量就能得到光传输衰减长度? * 三、能量分辨 一般用?射线来标定无机闪烁体的能量分辨 ?射线是单能，但不能直接被记录，而是通过三种效应产生次级电子间接被记录。所以单能?射线能谱除了峰之外还有较大的连续谱。 * 全能峰 ?射线能量较小时，主要是光电效应贡献；随着 ?射线能量增大，电子对效应贡献逐步增大。 光电效应：光电子能量 外层电子跃迁到K层，多余的结合能以X射线或俄歇电子形式辐射。因X射线能量很低，光电吸收截面很大，几乎被探测器完全吸收，能量迭加到Ee上，构成全能峰，总能量为 电子对效应：正负电子能量总和为 正电子在探测器内损失能量湮灭生成2个能量为mec2的?射线，它们可能1个或2个被探测器光电吸收，也可能发生康普顿效应。若2个?射线都被吸收，其能量迭加到Epair上构成全能峰，总能量为 康普顿效应：一次或多次散射的?射线被探测器光电吸收，由于各次作用时间间隔比闪烁光的产生和衰减时间小很多它们所产生的闪烁光迭加贡献在全能峰。 全能峰对应的能量