我們?cè)谶x擇X、γ射線探測(cè)設(shè)備的時(shí)候,總是聽(tīng)到很多種類(lèi)型的探測(cè)器名稱,比如GM計(jì)數(shù)管、正比計(jì)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(cè)器、高純鍺探測(cè)器、硅半導(dǎo)體探測(cè)器等等。那么,這些探測(cè)具體是有哪些區(qū)別呢?選擇這款探測(cè)器到底適不適合我的工作場(chǎng)景?以及能不能滿足我的性能需求呢?
探測(cè)器種類(lèi)繁多,主要可分為氣體探測(cè)器、閃爍體探測(cè)器和半導(dǎo)體探測(cè)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(jiàn)的,并且在適用范圍上有相當(dāng)?shù)闹丿B區(qū)間的兩類(lèi)閃爍體探測(cè)器,讓大家在面臨選擇的時(shí)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(jī)閃爍體的一種,有機(jī)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(jī)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(zhǎng)。塑料閃爍體不是晶體,只是有機(jī)閃爍體,可用于多種放射性射線的探測(cè)。
塑料閃爍體有以下幾個(gè)特點(diǎn):
(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(cè)器本體裸露在空氣中也不會(huì)對(duì)探測(cè)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(cè)器不易產(chǎn)生不可逆的損壞。
(4) 塑料閃爍體閃爍衰減時(shí)間短,搭載這類(lèi)探測(cè)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(wú)機(jī)閃爍體的一種,無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)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(cè)器(NaI(Tl)晶體)。自1948年問(wèn)世以來(lái)至今仍是探測(cè)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(gè)特點(diǎn):
(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(duì)于NaI(Tl)的百分?jǐn)?shù)來(lái)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(cè)量外,還可搭載在核素識(shí)別設(shè)備中,用于分析能譜和識(shí)別核素的種類(lèi)。
(3) NaI(Tl)閃爍體在高溫時(shí)具有更高的發(fā)光強(qiáng)度,這使其在環(huán)境溫度較高的場(chǎng)合有更強(qiáng)的適應(yīng)性,例如油井或空間探測(cè)。
(4) NaI(Tl)閃爍體易受輻射損傷,若長(zhǎng)時(shí)間暴露在高強(qiáng)度的輻照下則會(huì)降低其閃爍性能,一般在射線強(qiáng)度劑量高于1Gy時(shí)就會(huì)觀察到輻射損傷。
(5) NaI(Tl)閃爍體閃爍衰減時(shí)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(cè)和安全檢查等眾多高科技裝備中,閃爍體探測(cè)器無(wú)處不在,其最大的優(yōu)勢(shì)是使用便捷、不受空間限制,探測(cè)效率高和靈敏體積大,它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性極強(qiáng),因此成為被廣泛使用的輻射探測(cè)器。其中塑料閃爍體與NaI(Tl)閃爍體都是閃爍體探測(cè)器的典型代表。
綜合對(duì)比下來(lái),塑料閃爍體具有可塑性強(qiáng)、不潮解、耐輻照性能好、閃爍衰減時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。具體對(duì)我們使用者而言,耐輻照性能好和閃爍衰減時(shí)間短這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)更值得關(guān)注,這表示采用塑料閃爍體的設(shè)備在相對(duì)更高劑量率照射的情況下不易損傷或損壞,并且相對(duì)于NaI(Tl)閃爍體更適合用于脈沖X、γ射線防護(hù)探測(cè)領(lǐng)域,例如在對(duì)放射診斷設(shè)備進(jìn)行輻射防護(hù)檢測(cè)等場(chǎng)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。具體對(duì)我們使用者而言,發(fā)光效率高和分辨率較高這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)更值得關(guān)注,這表示在探測(cè)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(cè)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(shí)別或能譜測(cè)量的設(shè)備上。但NaI(Tl)閃爍體的閃爍衰減時(shí)間不如塑料閃爍體短,也就是說(shuō)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(duì)于塑料閃爍體更適合用于對(duì)靈敏度要求較高而對(duì)響應(yīng)速度要求沒(méi)那么高的使用場(chǎng)景,例如對(duì)穩(wěn)定的放射源或持續(xù)運(yùn)行的射線裝置的輻射檢測(cè)、對(duì)環(huán)境中較低水平劑量率的輻射監(jiān)測(cè)亦或是需要同時(shí)對(duì)劑量率和能譜等應(yīng)用場(chǎng)景。
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