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Abstract

本发明公布了一种对闪烁体加电压的闪烁体探头，对常用的闪烁体探头进行了改装，对闪烁体施加了由径向电压和轴向电压矢量叠加形成复合电场，γ射线在闪烁体产生次级电子后，径向电场使次级电子向闪烁体中心聚集，减少了次级电子泄漏，减小了沉积在闪烁体内的能量的绝对统计涨落，轴向电场增加了次级电子动能，增大了最终形成的电压脉冲高度，降低了脉冲高度的相对统计涨落，进而提高了闪烁探测器的分辨率。

Description

一种对闪烁体加电压的闪烁体探头
技术领域
本发明属于射线能谱测量领域，一种对闪烁体加电压的闪烁体探头是对圆柱形闪烁体施加径向电压和轴向电压形成复合电场，增加伽马射线在闪烁体内产生的荧光数，进而提高探头的分辨率和探测效率的闪烁体探头，在核辐射能谱测量相关的工农业生产和科研领域有着广泛的应用前景。
背景技术
闪烁体探测器是核辐射测量领域应用最广泛的的探测器，以NaI(Tl)探测器为例，其探测效率高，但分辨率和时间特性远差于高纯锗探测器，而高纯锗探测器价格昂贵，且需要使用液氮制冷抑制噪声，维护成本较高。
闪烁体探测器探测射线能谱的原理是，当γ射线进入闪烁体，γ射线与闪烁体发生光电效应、康普顿效应和电子对效应产生次级电子，次级电子引起闪烁体分子原子的电离和激发，原子分子退激时产生荧光光子，荧光光子打到光电倍增管的光阴极引起光电效应产生光电子，经过聚焦极聚焦进入打拿极，电子被倍增形成电子脉冲，被后续电子学***记录，γ射线产生的次级电子的数量和能量直接影响电子脉冲的大小和统计涨落程度。
发明内容
本发明的目的在于通过对闪烁体加定向高压，在闪烁体中形成特定方向的电场，使γ射线在闪烁体中产生的次级电子向闪烁体中心聚集，使电子不从闪烁体边缘泄露，能量完全沉积在闪烁体内，并对电子增加一定动能，增加产生的荧光光子数目，提高分辨率和探测效率。
为实现上述目标本发明使用如下技术措施来实现：一种对闪烁体加电压的闪烁体探头，主要由圆柱形的闪烁体(1)以及闪烁体中心电极(2)、***电极(5)、前电极(3)、后电极(4)、直流高压电源(9)及包括光阴极及聚焦极(12)、打拿极(11)的光电倍增管组成，由直流高压电源(9)通过中心电极(2)、***电极(5)、前电极(3)、后电极(4)为闪烁体(1)施加高压电场。闪烁体(1)外填充氧化镁光学反射层(6)，由端窗(7)、封装壳(8)和光学玻璃(10)封装，封装好的闪烁体紧贴光电倍增管的光阴极及聚焦极(12)，后接光电倍增管的打拿极(11)，由电源针脚(14)通过阳极(13)供电，光电倍增管外壳(15)保护内部电极。
所述闪烁体(1)为圆柱形无机闪烁晶体、液体闪烁体或气体闪烁体。
所述闪烁体中心电极(2)为直径0.1mm的铂丝或银丝，位于闪烁体(1)中心，与前电极(3)距离2mm，与后电极(4)接触。
所述***电极(5)为蒸镀或磁控溅射在闪烁体(1)侧面的透明的氧化铟锡(ITO)，但与前电极(3)和后电极(4)不接触。
所述前电极(3)、后电极(4)为蒸镀或磁控溅射在闪烁体(1)顶面和底面的透明的氧化铟锡(ITO)。
所述直流高压电源(9)可调电压范围在0V到负20kV，负极连接前电极(3)和***电极(5)，后电极(4)和中心电极(2)接地。
本发明对常用的闪烁体探测器进行了改装，对闪烁体施加了由径向电压和轴向电压矢量叠加形成复合电场使次级电子向闪烁体中心聚集，减少了次级电子泄漏，减小了沉积在闪烁体内的能量的不确定度，增加了次级电子能量，增大了形成的电子脉冲高度，降低了脉冲强度的相对统计涨落，进而提高了闪烁探测器的分辨率。
附图说明
图1为本发明侧面示意图。
图2为本发明闪烁体剖面图。
1-闪烁体，2-中心电极，3-前电极，4-后电极，5-***电极，6-光学反射层，7-端窗，8-封装壳，9-直流高压电源，10-光学玻璃，11-打拿极，12-光阴极及聚焦极，13-阳极，14-电源针脚，15-光电倍增管外壳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明
实施例1
一种对闪烁体加电压的闪烁体探头如图1所示，在圆柱形的闪烁体(1)的中心埋下中心电极(2)，柱面蒸镀或磁控溅射一层的***电极(5)，闪烁体(1)的顶面和底面分别蒸镀或磁控溅射透明薄膜前电极(3)和后电极(4)，直流高压电源(9)负极与前电极(3)和***电极(5)连接，正极与后电极(4)和中心电极(2)连接并接地，闪烁体底部用光学玻璃(10)紧贴后电极(4)并用硅油耦合，闪烁体顶面和侧面外用绝缘的氧化镁粉末的光学反射层(6)填充，并用聚乙烯或聚丙烯塑料质的端窗(7)和封装壳(8)封装。光电倍增管由光阴极及聚焦极(12)、打拿极(11)、阳极(13)、电源针脚(14)和光电倍增管外壳(15)组成，光阴极及聚焦极(12)前部与光学玻璃(10)连接并用硅油耦合。
一种对闪烁体加电压的闪烁体探头工作过程如下，γ射线进入闪烁体(1)后，与闪烁体发生光电效应、康普顿效应和电子对效应等作用，产生大量次级自由电子，自由电子在由圆柱形闪烁体中心指向四周的径向电场和底部指向顶部的轴向电场形成的复合电场下，自由电子在径向电场作用下向闪烁体中心聚拢，并在轴向电场作用下得到加速增加了电子动能，自由电子与闪烁体原子分子再次作用，是闪烁体原子分子电离或激发，如果闪烁体原子分子被激发，在核外电子退激时会产生荧光光子，如果继续电离出自由电子则自由电子继续被聚焦和加速，并再次与闪烁体原子分子作用发生电离或激发，最终电子能量完全沉积在闪烁体内并与正离子复合。一条γ射线能量最终转化为大量荧光光子，由于荧光是4π立体角发射，故在闪烁体外覆盖氧化镁粉末的光学反射层(6)使多数光子被反射从闪烁体底部出射，通过光学玻璃(10)进入光电倍增管的光阴极及聚焦极(12)，光子在光阴极发生光电效应产生光电子，经过聚焦极聚焦，进入光电倍增管的打拿极(11)，一个光电子打在打拿极上会产生多个能量较低的二次发射电子，打拿极分为多层，每层打拿极间都有电压差，二次发射电子在打拿极间的电场中被加速打在下一个打拿极上再次产生更多电子，这样光电子在一级级打拿极上数量倍增，最终在阳极(13)上形成一个电压脉冲信号。γ射线的能量与产生的荧光光子数N基本成正比，荧光光子数N与阳极(13)上电压脉冲的高度V基本成正比，探头对γ射线的分辨率取决于大量同样能量的γ射线最终形成的电压脉冲高度的绝对统计涨落ΔV。对闪烁体施加了由径向电压和轴向电压矢量叠加形成的复合电场后，径向电场是次级电子能量向闪烁体中心聚集，减少了次级电子从闪烁体的逃逸泄漏，使能量更多的沉积在闪烁体内，也减少了相同能量的γ射线因为每次次级电子逃逸泄漏的能量和数量不同而造成的荧光光子数N的绝对统计涨落ΔN，进而减小了电压脉冲高度的绝对统计涨落ΔV，轴向电压加速了次级电子增加了次级电子动能，使得最终产生的荧光光子数量N增加而光子数的统计涨落ΔN不变，这样荧光光子数量的相对统计涨落ΔN/N减小，进而形成的电压脉冲高度的相对统计涨落ΔV/V减小，这两点都提高了探头分辨率。
所述闪烁体(1)为无机闪烁晶体、封装好的液体闪烁体或气体闪烁体，直径与高相同。
所述闪烁体中心电极(2)为直径0.1mm的铂丝或银丝，位于闪烁体(1)中心，与前电极(3)距离2mm，与后电极(4)连接。
所述***电极(5)为蒸镀或磁控溅射在闪烁体(1)侧面的透明的氧化铟锡(ITO)，但与前电极(3)和后电极(4)不连接。
所述前电极(3)、后电极(4)为蒸镀或磁控溅射在闪烁体(1)顶面和底面的透明的氧化铟锡(ITO)。
所述直流高压电源(9)可调电压范围在0V到负20kV，负极连接前电极(3)和***电极(5)，后电极(4)和中心电极(2)接地。
所述端窗(7)和封装壳(8)为绝缘的聚乙烯或聚丙烯塑料材质。

Claims (6)

1.一种对闪烁体加电压的闪烁体探头，其特征在于，圆柱形的闪烁体(1)的中心埋下中心电极(2)，闪烁体柱面有一层的***电极(5)，闪烁体(1)的顶面和底面分别有透明薄膜状的前电极(3)和后电极(4)，直流高压电源(9)负极与前电极(3)和***电极(5)连接，正极与后电极(4)和中心电极(2)连接并接地，闪烁体底部用光学玻璃(10)紧贴后电极(4)并用硅油耦合，闪烁体顶面和侧面外用绝缘的氧化镁粉末的光学反射层(6)填充，并用聚乙烯或聚丙烯塑料质的端窗(7)和封装壳(8)封装；光电倍增管由光阴极及聚焦极(12)、打拿极(11)、阳极(13)、电源针脚(14)和光电倍增管外壳(15)组成，光阴极及聚焦极(12)前部与光学玻璃(10)连接并用硅油耦合。
2.根据权利要求1所述一种对闪烁体加电压的闪烁体探头，其特征在于所述闪烁体(1)为无机闪烁晶体、封装好的液体闪烁体或气体闪烁体，直径与高相同。
3.根据权利要求1所述一种对闪烁体加电压的闪烁体探头，其特征在于所述中心电极(2)为直径0.1mm的铂丝或银丝，位于闪烁体(1)中心，与前电极(3)距离2mm，与后电极(4)连接。
4.根据权利要求1所述一种对闪烁体加电压的闪烁体探头，其特征在于所述***电极(5)为蒸镀或磁控溅射在闪烁体(1)侧面的透明的氧化铟锡(ITO)，但与前电极(3)和后电极(4)不连接，前电极(3)、后电极(4)为蒸镀或磁控溅射在闪烁体(1)顶面和底面的透明的氧化铟锡(ITO)。
5.根据权利要求1所述一种对闪烁体加电压的闪烁体探头，其特征在于所述直流高压电源(9)可调电压范围在0V到负20kV，负极连接前电极(3)和***电极(5)，后电极(4)和中心电极(2)接地。
6.根据权利要求1所述一种对闪烁体加电压的闪烁体探头，其特征在于所述端窗(7)和封装壳(8)为绝缘的聚乙烯或聚丙烯塑料材质。
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