Question

伽马射线闪烁探测器有哪些？

Answer 1

作为五大常规无损检测方法之一的射线检测（Radiology），在工业上有着非常广泛的应用。X射线与自然光并没有本质的区别，都是电磁波，只是X射线的光量子的能量远大于可见光。它能够穿透可见光不能穿透的物体，而且在穿透物体的同时将和物质发生复杂的物理和化学作用，可以使原子发生电离，使某些物质发出荧光，还可以使某些物质产生光化学反应。如果工件局部区域存在缺陷，它将改变物体对射线的衰减，引起透射射线强度的变化，这样，采用一定的检测方法，比如利用胶片感光，来检测透射线强度，就可以判断工件中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小。想…

Answer 2

电离室、正比计数器和G-M计数器因其探测γ射线效率很低，在测井中应用较少，使用较多的是各种闪烁计数器。

1.γ射线闪烁探测器的工作原理

γ射线入射到晶体上，发生光电效应、康普顿效应和电子对效应。前两种效应产生电子，后一种效应产生电子对，这些次级电子在晶体中运动，把能量消耗于晶体中，使晶体中原子电离、受激发，处于激发态的原子回到基态时，使晶体闪光，即产生荧光。荧光被光倍电增管的光阴极收集并转换成光电子，光电子经光电倍增管的各个打拿极放大，数量倍增，最终在管子的阳极负载电阻上产生电脉冲。电脉冲幅度的大小与γ射线能量成正比。因此，闪烁探测器能测量γ射线能量谱。

2.闪烁探测器的能量分辨率

探测器在形成输出脉冲的过程中，脉冲幅度存在着统计涨落。即使对确定的单能粒子，其脉冲幅度也具有一定的分布。通常把脉冲计数率随脉冲幅度分布的半宽度ΔV1/2与计数率最大值所对应的脉冲幅度之比，定义为脉冲幅度的分辨率。根据入射粒子能量与脉冲幅度成正比关系，能量分辨率表示为η＝ΔV1/2/V。

在实验室测量闪烁探测器的γ射线能量谱，一般用标准源137Cs和谱仪，纵坐标为γ射线每道计数率N，横坐标为谱仪的道数，道数正比于需要测的脉冲幅度电压。图1-2-6是用256道谱仪测得的NaI（T1）闪烁晶体137Cs标准源γ射线谱。

A点峰位60道，A点计数率为n，n/2处E、F两点的道数分别为57、63，半宽度道数为6，该闪烁晶体探测器γ射线能量分辨率η＝6 / 60＝1 / 10＝10%。

A点能量0.661MeV称为全能峰，因是光电效应形成的，又称为光电峰；平台状曲线B点康普顿散射效应形成的，它的特征散射光子逃逸后，留下一个能量连续的电子谱。C点能量0.184MeV称为反散射峰。当γ射线射向闪烁体时，总有一部分γ射线没有被闪烁体吸收而穿出。当它与闪烁体后面的物质发生康普顿效应时，反散射光子返回闪烁体，通过光电效应被记录，这就构成反散射峰。

反射回来的光子能量由下式可算出：

令θ＝180°、hv0＝0.661MeV，则hv＝0.184MeV。

D点能量32.2keV是X射线峰，它是由137Ba的Κ层特征X射线贡献的。137Cs的β衰变子体137Ba的0.662MeV激发态，在放出内转换电子后，造成Κ层空位，外层电子跃迁后产生此X射线。

图1-2-7是用256谱仪和碘化钠闪烁体测得的24Na源γ射线能量谱。

A点能量Eγ1＝1.38MeV，B点能量Eγ2＝2.76MeV。A点是能量为Eγ1的γ射线在晶体中产生的全能峰。B点是能量为Eγ2的γ射线在晶体中产生的全能峰。

D点能量＝2.76MeV－0.51MeV＝2.51MeV，称为第一逃逸峰。

C点能量＝2.76MeV－0.51MeV－0.51MeV＝1.74MeV，称为第二逃逸峰。

Eγ2＝2.76MeV的γ射线在闪烁体中主要产生电子对效应。这时正负电子对具有的总动能为：

正负电子对的总动能比Eγ2少了一对正负电子的静止能量，这一正负电子对的总动能消耗在晶体中，用于闪烁发光。另外，当正电子动能消耗殆尽时，它就与晶体原子中的电子产生湮没作用，而转化为两只光子e+＋e- → 2hv，hv＝0.51MeV。这两只光子称为湮没光子。这两只光子在晶体中有三种可能的趋向，两只湮没光子的能量全部消耗在晶体中，它们的总能量1.02MeV加上Ee+ + Ee-正负电子对在晶体中闪烁发光的能量，由于累积效应，谱仪记录B点能量，（Ee+＋Ee-）＋1.02MeV＝1.74MeV＋1.02MeV＝2.76MeV = Eγ2，所以B点是2.76MeV的全能峰。两只湮没光子中有一只逃逸出晶体，谱仪记录的能量比全能峰少了0.51MeV这就是D峰，称为第一逃逸峰。两只湮没光子全部逃逸晶体，对应的能量为Ee+＋Ee-＝Eγ2－1.02MeV＝1.74MeV，这就是C峰，称为第二逃逸峰。在放射性测井中，经常提到自然γ射线能谱测井，碘化钠闪烁晶体探测器测得40K、238U、232Th的γ射线能量谱如图1-2-8所示。