閃爍計數器

閃爍計數器（scintillation counter），是指利用射線或粒子引起閃爍體 發光並通過光電器件記錄射線強度和能量的探測裝置。1911年E.盧瑟福 藉助顯微鏡觀察到單個α粒子在硫化鋅上引起發光。他又於1919年用螢光屏探測器第一次觀察到α粒子轟擊氮產生氧和質子，這是閃爍計數器的雛形。正式的閃爍計數器是1947年由J.科爾特曼和H.卡爾曼發明的。閃爍計數器由閃爍體、光收集系統和光電器件三部分組成。由光電器件輸出的電脈衝經過前級電子學系統（放大、成形、甄別等）進入粒子數據獲取系統，並進行數據處理和分析。

基本介紹

• 中文名：閃爍計數器
• 外文名：scintillation counte
• 發明時間：1947年
• 發明者：J.科爾特曼和H.卡爾曼

工作原理

射線同閃爍體相互作用，使閃爍體的原子、分子電離或激發，被激發的原子、分子退激時發射光子。利用反射物質和光導把光子儘可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由於光電效應，光子在光陰極上打出光電子。光電子在光電倍增管中倍增，經過倍增的電子流在陽極負載上產生電信號，並由電子學儀器放大，分析和記錄。

閃爍體材料

閃爍體材料是受到射線照射時能夠發光的物質，分為無機閃爍體和有機閃爍體，並可以固體、液體和氣體狀態存在。①無機閃爍體是指摻入少量激活劑的無機晶體。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。它們的發光機制是射線將閃爍晶體價帶中的電子激發到導帶，退激發出螢光。直接退激到價帶過程發光的衰減時間短（1—10納秒），且光子能量高（紫外區）；間接由靠近導帶下面的雜質中心（如激活劑等）能級進一步退激而發射的光子，發光衰減時間長（約微秒數量級），且光子能量較低（波長從紫外區到黃光區）。無機閃爍體的密度較高，對γ射線探測效率高，且透明性好，適於測量高能γ射線強度及其他帶電粒子，並有一定的能量分辨本領。硫化鋅閃爍體是半透明材料，只能製成薄層，對重帶電粒子阻止本領很大，而對γ射線極不靈敏。適於在β、γ本底場中測量α粒子、質子及與硼等混合後測量慢中子的強度等。②有機閃爍體都是苯環碳氫化合物，如蒽、對聯三苯等，其激發發光的機制是分子激發後退激而發出螢光。有機閃爍體又可分有機晶體、有機閃爍液體和塑膠閃爍體三種。常用以探測各種帶電粒子（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衝效應測量快中子。蒽晶體是發光效率最高的有機閃爍體，常作為同其他閃爍體比較發光效率的標準。把發光物質溶解於有機劑內可製成液體閃爍體。有機閃爍體能量分辨本領差，一般只作強度測量。氣體閃爍體由某些高純度的可發光的氣體（如氙、氪、氬、氦等）和波長移位劑組成。射線或帶電粒子進入氣體閃爍體時，使氣體分子激發，當這些被激發的分子退激時發射光子，一般發射的紫外線部分遠大於可見光部分。因此，應使用對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，將波長移到可見光區，以便和常規的光電倍增管匹配。由於發光衰減時間短，閃爍計數器是最快的粒子探測器之一。

閃爍計數器

光收集系統

光收集系統是閃爍體與光探測器之間的連線部分。它的兩側需要分別同閃爍體光輸出部分的形狀和光探測器的光輸入部分的形狀相一致，以達到儘可能多地收集光和使光分布均勻的目的。光電倍增管與光導之間要用同玻璃的折射係數（n=1.5）相近的光學矽脂或光學膠等密合以達到最有效的光傳輸。對大部分無機閃爍體，因其折射率較大、不易與光探測器配合，故常使用氧化鎂或氧化鋁細粉末等包裝閃爍體和光導，利用其漫反射以提高光收集效率。現今發展了其他光收集系統，如光纖收集器和大面積波長移位光收集器BBQ等。

光電器件

光電倍增管是利用光電效應把光子流轉換成電子流，並利用次級電子發射現象放大電子流的光電器件。它包含光陰極、打拿陽極，並將它們封在一個真空玻璃管內。結構有聚焦式和縱向不聚式兩種（見光電管和光電倍增管）。
對用於時間測量的光電倍增管，要求能均勻收集經聚焦後的次級發射電子。不同光電倍增管和不同工作狀態的輸出脈衝電流持續時間相差很大，它們的數量級大約為納秒。電流脈衝持續時間越短，光電倍增管的分辨時間越小。目前工業生產的最好的快速光電倍增管輸出脈衝電流寬度約為1—2ns。

套用

閃爍計數器是最重要的射線探測器之一，廣泛用於原子核物理學、高能物理、放射性套用如核醫學、地質勘探以及放射性劑量測量等領域，成為X射線天文學和γ射線天文學中的重要觀測儀器。許多基於閃爍探測器的新技術、新工藝發展很快，如閃爍光纖用於高能物理實驗中的電磁量能器、徑跡室、飛行時間計數器，利用微通道光電倍增器和電荷耦合器件（CCD）並同閃爍光纖聯用的多路具有精密位置分辨能力的閃爍探測裝置，利用閃爍體－雪崩二極體（APD）系統用於電磁量能器與核醫學的計算機斷層照相CT等。