熱原子反應機理

[拼音]：shanshuo jishuqi

[英文]：scintillation counter

利用射線引起閃爍體的發光而進行記錄的輻射探測器。它是1947年由J.W.科爾特曼和H.P.卡爾曼發明的。它由閃爍體、光電倍增管和電子儀器等單元組成。附圖是閃爍探測系統的典型連線示意圖。閃爍體、光電倍增管和射極跟隨器裝在一個暗盒內，構成探頭部分。其他電子儀器的組成單元則根據用途而異，通常需要高、低壓電源，放大器，甄別器，脈衝幅度分析器，定標器和其他一些輔助裝置。

在核物理和粒子物理中閃爍計數器應用十分廣泛，它的效率很高，有很好的時間分辨和空間分辨。不僅能探測各種型別的帶電粒子，還能探測各種型別的不帶電的核輻射；不僅能探測核輻射的存在與否，還能鑑別它們的性質和種類。它不但能確定核輻射的強度，而且能根據脈衝幅度的大小確定其能量和進行能譜測量，進而還可以測定劑量。

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訊號，並由電子學儀器放大，分析和記錄。

閃爍體

受到射線照射時能夠發光的物質。按其化學性質可分為有機閃爍體和無機閃爍體，按其物態也可分為固體、液體和氣體閃爍體。

有機閃爍體

都是苯環碳氫化合物，分子較大，因此分子之間的作用比無機晶體中離子之間的束縛作用弱得多，一般認為其激發發光的機制是由於分子本身的激發和躍遷。有機閃爍體又可分有機晶體，有機閃爍液體和塑料閃爍體三種。

（1）有機晶體。如蒽、茋和對聯三苯等。蒽、茋都是具有良好發光特性的芳香族有機化合物，常用以探測快中子和β射線。蒽晶體是發光效率最高的有機閃爍體，常作為比較其他閃爍體發光效率的標準。它們的發射光譜峰位：蒽約在4470┱，茋為4100┱；發光衰減時間：蒽約為30ns，茋為4.5ns。

（2）液體閃爍體。把發光物質溶解於有機溶液內製成，它具有發光衰減時間短(2.6～4ns)，透明度好、容易製備，成本較低等優點。常用甲苯和二甲苯等作溶劑，以某些有機閃爍物質作為第一溶質（熒光物質），另一些作為第二溶質（稱波長轉換劑）。當入射粒子通過閃爍液體時，溶劑分子先被激發，產生波長很短的電磁輻射。由於溶劑本身對這類輻射有很強的吸收作用，因此無法直接用於探測。當加入第一溶質分子後，它可以吸收大部分溶劑分子產生的電磁輻射能量而被激發，然後在退激時放出波長在3500～4000┱範圍的熒光，峰值在3650┱。第一溶質發出的熒光幾乎全部被第二溶質吸收，受激後的第二溶質分子退激時放出4200～4800┱ 範圍的光，峰值在 4200┱。這樣的波長範圍能夠同通常的光電倍增管所要求的波長範圍較好地匹配。其相對發光效率為蒽的45％。液體閃爍體應用相當廣泛，主要是測量中子、β射線以及某些低能弱放射性（可將待測活性物質溶入或混入閃爍液體中進行測量）。

（3）塑料閃爍體。是在苯乙烯溶劑中加入第一、第二溶質後聚合而成。發光過程與液體閃爍體相同。發光時間短(2～3ns)，同液體閃爍體一樣可作納秒量級的時間測量及高強度測量。它的光傳輸效能好、機械強度高、耐潮溼、效能穩定、避光貯存 8～10年後發光效率無明顯變化、不需封裝。耐輻射效能好，居於各種閃爍體的首位。缺點為軟化溫度較低，不能在高溫下使用；易溶於芳香族及酮類溶劑；能量分辨本領差，一般只作強度測量。

無機閃爍體

是指摻少量啟用劑的無機鹽晶體。常用的有Na(Tl)，CsI(Tl)和ZnS(Ag)，鉈(Tl)和銀(Ag)分別作為其啟用劑。

（1）NaI(Tl)晶體對γ射線探測效率特別高。發光效率約為蒽晶體的兩倍多。光譜峰值在4150┱ 左右，同光電倍增管的光譜響應匹配較好，晶體的透明性較好，是在核輻射測量中使用最廣泛的一種閃爍體。

（2）CsI(Tl)晶體對γ射線吸收係數大、探測效率高、對重帶電粒子阻止本領高，可做成蒸發薄膜（0.03毫米厚），適合於在高能γ本底下測量粒子及低能X 射線等。機械強度大，能耐受較大的溫度變化，可用於脈衝形狀甄別技術，甄別不同粒子。缺點是光輸出僅為NaI(Tl)晶體的一半左右，對γ射線能量解析度差。

（3）ZnS(Ag)閃爍體對重帶電粒子阻止本領很大，質量厚度15mg/cm2的ZnS(Ag)層對210Po的α粒子的探測效率幾乎達百分之百。而對γ射線極不靈敏。適於在β、γ本底場中用幅度甄別法測量帶電粒子 α、p等。ZnS層是半透明材料，因此不適於用來測量 α能譜，只能測強度。由於探測效率高 (70％～100％)，面積又可做得很大，因此它適宜於測量弱的α放射性。ZnS(Ag)的發光效率約為蒽的三倍，發光時間約10μs。

氣體閃爍體

某些高純度的氣體（如氙、氪、氬、氦等）可以用作閃爍計數器的發光材料。其中氙和氦更為人們注意。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。正常情況下，它們的發射譜兼有分立譜及連續譜，但其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。由於各種退激方式互相競爭，例如分子互相碰撞或內部猝滅，氣體的總髮光效率相當低，對閃爍氣體的純度要求很高。因為氣體閃爍體退激躍遷很快（納秒或更短），所以是最快的探測器之一。因為它的阻止本領較低，所以它們主要用於測量α粒子或其他重的帶電粒子。例如，由於其退激迅速，在高記數率下不易產生脈衝堆積，常被用於在強α本底下測量裂度碎片。