閃爍體是一種將通過電離輻射損失的能量轉化為光脈沖的材料。在大多數閃爍計數應用中，電離輻射以 X 射線、y 射線和 a 或 b 粒子的形式出現，能量范圍從幾千電子伏特到幾百萬電子伏特（keVs 到 MeVs）不等。

一般信息

閃爍材料發(fā)出的光脈沖可以被靈敏的光探測器檢測到，通常是光電倍增管 （PMT）PMT 的光電陰極面位于入射窗的背面，將光（光子）轉換為所謂的光電子。然后，光電子被電場加速到 PMT 的倍增節(jié)點，在那里發(fā)生倍增過程。結果是每個光脈沖（閃爍）在 PMT 的陽極上產生一個電荷脈沖，隨后可以被其他電子設備檢測到，并使用定標器或速率計進行分析或計數。

將閃爍光轉換為電信號的替代方法是硅光電二極管 （PD） 或硅光電倍增管 （SiPms）。這些的工作原理和它們的不同特性將在單獨的部分中討論。閃爍體和光探測器的組合稱為閃爍探測器。

由于閃爍體發(fā)射的光脈沖強度與吸收輻射的能量成正比，因此后者可以通過測量脈沖高度光譜來確定。

為了以一定的效率探測核輻射，應選擇閃爍體的尺寸，以便吸收所需的輻射部分。對于穿透輻射，例如 γ 射線，需要高密度的材料。此外，閃爍體中某處產生的光脈沖必須穿過材料才能到達光探測器。這對閃爍材料的光學透明度施加了限制。

當增加閃爍體的直徑時，探測器“看到”源的立體角會增加。這提高了檢測效率。最終的檢測效率是通過所謂的“計井器”獲得的，其中樣品被放置在實際閃爍晶體的孔內。

閃爍體的厚度是決定探測效率的另一個重要因素。對于電磁輻射，要停止的厚度（比如 90% 的入射輻射）取決于 X 射線或 γ 射線能量。對于電子（例如 β 粒子），情況相同，但適用不同的依賴關系。對于較大的顆粒（例如α顆?；蛑仉x子），非常薄的材料層已經 100% 阻止了輻射。

閃爍體的厚度可用于為不同類型或能量的輻射創(chuàng)建選定的探測器靈敏度。薄的（例如 1 mm 厚的）閃爍晶體對低能量 X 射線具有良好的敏感性，但對高能量背景輻射幾乎不敏感。具有相對較厚入射窗口的大體積閃爍晶體無法檢測低能量 X 射線，但可以有效地測量高能量伽馬射線。

對伽馬射線的閃爍響應

一個。脈沖高度光譜法

脈沖高度光譜的基本原理是閃爍體的光輸出與閃爍材料中沉積的能量成正比。檢測閃爍光的標準方法是將閃爍體耦合到光電倍增管。此外，γ 射線光譜儀通常由前置放大器、主（光譜）放大器和多通道分析儀 （MCA） 組成。電子元件放大 PMT 電荷脈沖，產生適合使用 MCA 進行檢測和分析的電壓脈沖。原理圖如下所示。

或者，目前可用的數字技術允許直接數字化光檢測器（例如 PMT 或 SiPm）的（預放大）脈沖。通常使用 programmable FPGA來實現此目的。最佳數字濾波常數（就像模擬整形時間一樣）取決于閃爍材料的速度。

14 針閃爍探測器和所謂的“數字底座”相結合，可以構建一個緊湊的伽馬能譜儀，該能譜儀可以通過計算機的 USB 或以太網端口進行作。

b.能量分辨率、比例

伽馬射線能譜儀的一個重要方面是能夠區(qū)分能量略有不同的伽馬射線。這種質量的特點是所謂的能量分辨率，它被定義為在一定能量下光電峰值高度一半處的（相對）寬度。

除了受 γ 射線能量的影響外，能量分辨率還受以下因素影響：

• 閃爍體的光輸出（統計）
• 閃爍體光輸出和光探測器響應的不均勻性

在光電子統計主導能量分辨率的低能量下，能量分辨率與γ射線能量的平方根大致成反比。

原則上，閃爍體每單位能量發(fā)出的光量與能量的函數是恒定的。然而，這不是物理現實。這種所謂的非比例性對于不同的閃爍體來說差異很大，在經典的堿鹵化物中，它限制了 MeV 能量范圍內的能量分辨率。下面顯示了一些典型閃爍材料的比例。

材質中的 Gamma 射線相互作用包括光電效應、Compton 效應和對產生。通常它們中的幾個會結合在一起。γ 射線相互作用 n 材料導致高能電子的產生。電子能量與光響應不成比例導致光峰展寬。

參考文獻 W. Mengesha、T.D. Taulbee、B .D. Rooney 和 J.D. Valentine.CsI（Tl）、CsI（Na） 和 YAP 的光產額非比例性IEEE Trans. Nucl. Sci. 第 45 卷，第 3 期，
（1998 年），第 456-461 頁

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閃爍體比例是一個材料常數，每種材料都不同

因此，閃爍體的能量分辨率可以用以下公式來描述：

項 1 是相稱性;第 2 項 統計的貢獻（每次相互作用產生的光量）和第 3 項 PMT 或閃爍體等不均勻性效應。

閃爍探測器的能量分辨率是真正的探測器特性，受閃爍體和 PMT 或其他讀出設備的物理特性的限制。

小型 NaI（Tl） 探測器吸收的 662 keV γ 射線的典型能量分辨率為 7.0 % FWHM。在低能量下，例如 5.9 keV，典型值為 40 % FWHM。在這些低能量下，閃爍晶體的表面處理會強烈影響分辨率。很明顯，特別是在低能量下，閃爍探測器是低分辨率器件，這與 Si（Li） 或 HPGe 探測器不同。

使用比例更高的晶體，例如 LaBr3：Ce、LBC、CeBr3 或 SrI2（Eu），可以在 662 keV 伽馬射線下實現低至 3-4% 水平的能量分辨率數。在高分辨率晶體部分中，提供了有關比例閃爍晶體的更多詳細信息。

c. 時間分辨率

閃爍探測器的時間分辨率反映了準確定義探測器中輻射量子吸收矩的能力。

閃爍體的光脈沖以上升時間和 1/e 下降時間 τ（衰減時間參見閃爍特性部分）為特征 很明顯，當閃爍脈沖較短（衰減時間短）且強度較高時，可以獲得吸收事件的最佳時間定義。此外，PMT 和電子設備的上升時間和時間抖動（也稱為傳輸時間擴展，TTS）也很重要。對于半導體讀出，類似的特性也適用。

小厘米尺寸 NaI（Tl） 探測器對 60Co （1.2 MeV） 的典型時間分辨率為幾納秒。使用有機或?BaF2?閃爍晶體可以獲得更好的時間分辨率。BaF2 是目前已知最快的無機閃爍體，探測器時間分辨率為幾百皮秒。此外，溴化鈰 （CeBr3） 閃爍體可實現相當的時間分辨率。

d. 峰谷比

檢查閃爍探測器能量分辨率的一種靈敏方法是在能譜中定義所謂的峰谷 （P/V）。此標準不取決于信號中任何可能的偏移量。取兩個 Gamma 峰之間的峰谷，或者取低能量峰與 PMT/電子噪聲之間的比率。

76 x 76 mm NaI（Tl） 晶體的良好 P/V 比為 10：1。這相當于在 662 keV 時 7.0% 的能量分辨率。在 5.9 keV 時，高質量的 NaI（Tl） X 射線探測器的 P/V 比為 40：1。

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e.頻譜穩(wěn)定

較大的計數速率變化和溫度變化可能會導致譜圖中的峰位置變化。這種效應在閃爍探測器中是不可避免的，因為閃爍體的光輸出和光探測器放大（在大多數情況下）與溫度有關。
光電倍增管讀出情況下的另一個程序是 PMT 中的磁滯和記憶效應，這使校正算法復雜化。在硅光電倍增管中不存在這種效應。

為了補償這些影響，可以使用所謂的?Am 脈沖發(fā)生器校準峰值位置。

這是一個安裝在閃爍探測器內的非常小的放射性 241Am 源。241Am 發(fā)射的 α 粒子會在晶體中引起閃爍，這些閃爍被探測器的 PMT（或光電二極管）檢測到。對于 NaI（Tl），α 峰位于 1.5 和 3.5 MeV 的?Gamma 等效能量 （GEE）?之間，可以指定。計數率通常為 50、100 或 200 cps。脈沖發(fā)生器峰值的位置用作參考，以補償上述探測器響應的變化。

上述校準方法并不理想，因為大多數閃爍晶體對伽馬射線和α粒子的響應是不同的。然而，僅在大溫度范圍下才需要使用熱敏電阻等進行二階補償。

為了偶爾監(jiān)控系統完整性，也可以使用發(fā)光二極管 （LED） 或激光端口。LED 可以安裝在閃爍探測器內部，也可以為此提供一個窗口。存在一些特殊系統，它們通過將脈沖 LED 光注入光檢測器并將其與（穩(wěn)定的）內置半導體檢測器的信號進行比較，從本質上穩(wěn)定檢測器的增益。

除了上述脈沖高度穩(wěn)定方法外，當然也可以在（始終存在的）外部源的峰值上進行電子穩(wěn)定。有時 40K 背景線可用于此目的。