塑料閃爍體和NaI(Tl)閃爍體探測器的區(qū)分和選擇

我們在選擇X、γ射線探測設(shè)備的時候，測具體是有哪些區(qū)別呢？選擇這款探測器到底適不適合我的工作場景？以及能不能滿足我的性能需求呢？

2023-04-26 09:12:23張伊靜

我們在選擇X、γ射線探測設(shè)備的時候，總是聽到很多種類型的探測器名稱，比如GM計數(shù)管、正比計數(shù)管、塑料閃爍體、NaI(Tl)閃爍體、CsI(Tl)閃爍體、CLYC閃爍體、CZT探測器、高純鍺探測器、硅半導(dǎo)體探測器等等。那么，這些探測具體是有哪些區(qū)別呢？選擇這款探測器到底適不適合我的工作場景？以及能不能滿足我的性能需求呢？

探測器種類繁多，主要可分為氣體探測器、閃爍體探測器和半導(dǎo)體探測器。本文先為大家介紹一下塑料閃爍體和NaI(Tl)閃爍體這兩種常見的，并且在適用范圍上有相當(dāng)?shù)闹丿B區(qū)間的兩類閃爍體探測器，讓大家在面臨選擇的時候能夠心中有數(shù)，選出最適合的閃爍體材料。

塑料閃爍體

塑料閃爍體屬于有機閃爍體的一種，有機閃爍晶體主要有蒽晶體、液體閃爍體、塑料閃爍體。塑料閃爍體是有機閃爍物質(zhì)在塑料中的固容體，一般由基質(zhì)閃爍物質(zhì)及移波劑組成?；|(zhì)材料多是聚苯乙烯等閃爍物質(zhì)，移波劑的作用是把閃爍光有效的快速傳輸及延長。塑料閃爍體不是晶體，只是有機閃爍體，可用于多種放射性射線的探測。

塑料閃爍體有以下幾個特點：

(1) 塑料閃爍體容易制備成大體積的透明體，且容易加工成各種形狀，塑料閃爍體還可以制成光導(dǎo)纖維，便于在各種幾何條件下與光電器件耦合。

(2) 塑料閃爍體不潮解，這使得其不需要采用嚴(yán)格的封裝措施，甚至探測器本體裸露在空氣中也不會對探測器本身造成影響。

(3) 塑料閃爍體耐輻照性能好，在高劑量率X、γ射線的照射下，探測器不易產(chǎn)生不可逆的損壞。

(4) 塑料閃爍體閃爍衰減時間短，搭載這類探測器的設(shè)備甚至可以做到10ms以下的脈沖射線響應(yīng)速度。

(5) 塑料閃爍體光輸出產(chǎn)額較高，但不如NaI(Tl)閃爍體。

NaI(Tl)閃爍體

NaI(Tl)閃爍體屬于無機閃爍體的一種，無機閃爍體包括NaI(Tl)閃爍體、CsI(Tl)閃爍體、CLYC閃爍體等，還有其他無機晶體（如如鎢酸鎘、鍺酸鉍等等），甚至還有玻璃體。其中應(yīng)用最廣泛的是NaI(Tl)閃爍體探測器（NaI(Tl)晶體）。自1948年問世以來至今仍是探測X射線、γ射線和α射線蕞重要的閃爍體

NaI(Tl)閃爍體有以下幾個特點：

(1) NaI(Tl)閃爍體的發(fā)光效率在所有與光電倍增管耦合的閃爍晶體中是最高的，光產(chǎn)額為38000 (光子數(shù)/MeVγ)，其余晶體的發(fā)光效率常以其相對于NaI(Tl)的百分?jǐn)?shù)來表示。

(2) NaI(Tl)閃爍體的分辨率較高，除了用于X、γ劑量率的測量外，還可搭載在核素識別設(shè)備中，用于分析能譜和識別核素的種類。

(3) NaI(Tl)閃爍體在高溫時具有更高的發(fā)光強度，這使其在環(huán)境溫度較高的場合有更強的適應(yīng)性，例如油井或空間探測。

(4) NaI(Tl)閃爍體易受輻射損傷，若長時間暴露在高強度的輻照下則會降低其閃爍性能，一般在射線強度劑量高于1Gy時就會觀察到輻射損傷。

(5) NaI(Tl)閃爍體閃爍衰減時間較短，但不如塑料閃爍體。

(6) NaI(Tl)閃爍體易潮解，所以其需要密閉的封裝外殼。

總結(jié)

在高能物理和空間研究、醫(yī)學(xué)成像、以及迅猛發(fā)展的工業(yè)檢測和安全檢查等眾多高科技裝備中，閃爍體探測器無處不在，其最大的優(yōu)勢是使用便捷、不受空間限制，探測效率高和靈敏體積大，它對環(huán)境的適應(yīng)性極強，因此成為被廣泛使用的輻射探測器。其中塑料閃爍體與NaI(Tl)閃爍體都是閃爍體探測器的典型代表。

綜合對比下來，塑料閃爍體具有可塑性強、不潮解、耐輻照性能好、閃爍衰減時間短等優(yōu)點。具體對我們使用者而言，耐輻照性能好和閃爍衰減時間短這兩個優(yōu)點更值得關(guān)注，這表示采用塑料閃爍體的設(shè)備在相對更高劑量率照射的情況下不易損傷或損壞，并且相對于NaI(Tl)閃爍體更適合用于脈沖X、γ射線防護探測領(lǐng)域，例如在對放射診斷設(shè)備進行輻射防護檢測等場景。

而NaI(Tl)閃爍體具有發(fā)光效率高、分辨率較高、高溫適應(yīng)性強等優(yōu)點。具體對我們使用者而言，發(fā)光效率高和分辨率較高這兩個優(yōu)點更值得關(guān)注，這表示在探測器體積相同的情況下，采用NaI(Tl)閃爍體的設(shè)備具有更高的靈敏度，這使得設(shè)備的探測下限可以做到更低，此外較高的分辨率讓NaI(Tl)閃爍體還可應(yīng)用在核素識別或能譜測量的設(shè)備上。但NaI(Tl)閃爍體的閃爍衰減時間不如塑料閃爍體短，也就是說采用NaI(Tl)閃爍體的設(shè)備的響應(yīng)速度不如采用塑料閃爍體的設(shè)備，因此NaI(Tl)閃爍體相對于塑料閃爍體更適合用于對靈敏度要求較高而對響應(yīng)速度要求沒那么高的使用場景，例如對穩(wěn)定的放射源或持續(xù)運行的射線裝置的輻射檢測、對環(huán)境中較低水平劑量率的輻射監(jiān)測亦或是需要同時對劑量率和能譜等應(yīng)用場景。

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