安检机 X射线Y射线闪烁材料 闪烁体 Scintillator 荧光介绍

闪烁材料 闪烁体 Scintillator 荧光Y5R安检之家

光电倍增管的光谱响应灵敏区在 430～470nm，光电二极管光谱响应灵敏区在 500～530nm。 闪烁材料 闪烁体 Scintillator 荧光Y5R安检之家

激发光源为钨靶，50kv，2mA。Y5R安检之家

闪烁体按状态分有固体闪烁体、液体闪烁体、气体闪烁体等。以下对这些闪烁体进行分述。Y5R安检之家

1、气体闪烁体使用的是惰性气体,激发波长在紫外或远紫外区,与普通光电倍增管不能很好藕合,需要加入波长位移剂。Y5R安检之家

2、液体闪烁体,主要指有机液体闪烁体,与塑料闪烁体相比只是所用溶剂为液态,比如溶剂为甲苯、二甲苯等,溶质为对联三苯、二苯葱等。Y5R安检之家

3、固体闪烁体有无机固体闪烁体和有机固体闪烁体两种。Y5R安检之家

对理想的闪烁体应该满足的条件:有较大的阻止本领,使入射的粒子能在闪烁体中损耗较多的能量;有较大的发光效率;使闪烁体对本身发出的荧光是透明的,即对自身发射的荧光吸收少;有合适的折射率,使产生的荧光在传输过程中尽量少的光损失,并且光学均匀性好,没有几何缺陷:所发射的荧光光谱应很好的与光电倍增管光阴极(或光电二极管,雪崩二极管等转换器件)的光谱灵敏区相配合;具有较短的发光衰减周期;易于加工成各种形状和大小;在放射源长期照射下,性能仍保持稳定。 由于发光材料基质的热歧化作用出现的结构缺陷(大部分是点缺陷)是在它们晶格节点间产生空位和离子或原子。由这些晶格缺陷所引起的发光叫非激活发光(自激活发光)。BaFZ、BGO、钨酸盐的发光就属于这种情况。产生这种发光不需要加激活离子。向基质晶格中掺入另一种元素的离子或原子时出现的杂质缺陷,这些杂质缺陷作为激活剂(发光中心),由这种缺陷引起的发光叫激活发光。Y5R安检之家

发光材料是指在激发作用下能发光的物质,这些材料包括:光致发光材料(紫外光、可见光和红外光)、阴极射线发光材料、电致发光材料和放射线致发光材料。狭义地来说,以高能粒子激发发光的发光物质称为闪烁体(scintillator);而用紫外等辐射产生发光的发光物质称为磷光体（phosphor)。Y5R安检之家

激活型闪烁体的发光机制：Y5R安检之家

高能射线(以γ射线为例)与物质的相互作用,可以产生多种作用过程。其中几率较大的主要作用过程为:康普敦效应、光电效应、(在核的场中)电子对产生和瑞利散射。当γ光子能量较低时,γ射线与闪烁体的作用主要是康普敦效应和光电效应;只有当γ光子能量较高时,才有电子对的产生。目前对一些闪烁体的发光的微观机制仍然还不能完全认识清楚,但己经提出的一些模型还是能解释和研究闪烁过程的绝大部分现象。激活型发光的闪烁晶体禁带宽度都较大,激活中心的基态和激发态都位于禁带中,这样能保证闪烁晶体有较大的发光效率。如图l一3所示。图1一2是闪烁体在位形坐标下带间跃迁和辐射情形,图l一3是闪烁体发光能带图。位形坐标图能直观形象地解释闪烁晶体的激发和跃迁过程,图1一3的E、G对应于图1一2位形坐标下激活中心的激发态和基态。以下结合这两个图来解释激活型发光的闪烁晶体的闪烁过程。Y5R安检之家

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a、带电粒子或高能射线穿越闪烁晶体时,损失部分能量导致激子、导带电子和价带空穴的出现。它们都能自由地在晶格之间移动。因而粒子遗留在闪烁体内的那部分能量,在粒子轨迹附近被传递着,直到通过激子俘获或电子、空穴俘获而被激活中心或位错中心(陷阱)所吸收。当被激活中心俘获时,系统便由基态跃入某一激发态。如果激发态与基态之间的跃迁是允许的,那么这一跃迁便放出光子。如图1一2中的CD跃迁,就是图1一3中的荧光发射过程。 这种激发态的偶极子跃迁发射光子的寿命为1e-8s,CD跃迁能量小于AB跃迁中吸收的能量。这是由于系统在平衡时基态与激发态的位型不同,势能曲线中的最小值A与C对应的坐标r也不同。根据弗朗克一康登原理,对应于AB与CD的吸收与发射仅仅沿垂直线进行。发射光子后,系统处于D状态,随后通过晶格的热激发(声子发射)系统损耗掉剩余激发能而返回基态A。Y5R安检之家

b、如果由于热激发,系统的势能沿CE增长,那么便有可能发生沿EA的无光辐射跃迁,能量差EA又传回晶格。过程B与A竞争,分配比决定于温度,因为热涨落达到E点的几率与exp（-E'/KT）成正比,式中E'代表总深度EC的能量差。这对应于图1一3中的荧光淬灭过程。Y5R安检之家

c、还有另外一种可能。假若,激发态与基态之间不存在允许跃迁光发射,激发态将是亚稳态。亚稳态的寿命可静迢过1e-8s。亚稳态退激可通过CEA型无光发射跃迁,或者电子再获得能量跃至其它不稳定激发态退激而产生光发射。加入杂质形成电子与空穴陷阱的效应,与这种亚稳态相似。这些陷阱也使返回基态的跃迁被延迟。 随着闪烁晶体的不断发展和应用领域的日益拓宽，闪烁晶体的闪烁机理也得到了不断的完善和发展。无机闪烁晶体吸收射线或高能粒子后，经过多种微观过程，产生了低能量的荧光光子，其物理过程主要可以分为以下三个阶段：