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1、液体闪烁计数器进展简述第26卷第4期2006年7月核电子学与探测技术NuclearElectronics&DetectionTechnologyVoL26No.4July2006液体闪烁计数器进展简述卞正柱,张珏,张金卫.(淮安市二院,江苏淮安223300;2.空军后勤部,北京100720;3.西安核仪器厂凯普公司,陕西西安710061)摘要:回顾了液体闪烁计数器的发展史,指出了符合电路的出现是其里程碑,综述了国内外液体闪烁计数器大致相似的软硬件,展望了我国液体闪烁计数器发展前景.关键词:液体;闪烁;探测器;符合电路中图分类号:TI.,812:2文献标识码:A文章编号:0258-093
2、4(2006)04-0536-031液体闪烁理论的提出19世纪40年代末,雷诺教授1及其同事们首先提出:某些有机物质经稀释后,渗入放射性核素,辐射粒子的能量就为溶剂分子所接受,转变为激发能,然后溶剂分子再把这种激发能转移给有机闪烁体溶质分子,使之激发.当有机闪烁体分子退激时产生的荧光(这就是闪烁名称的由来),可用来测定放射性核素的含量.用液体闪烁方法测量辐射粒子的理论原理图见图1.激发态亚稳态能量转换器_辐射粒子光量子卜.退激闪荧光光电子闪烁液L一闪烁电倍增一一图1液体闪烁方法测量辐射粒子的原理图由此可见:光量子的产量与吸收粒子的能位数(50007000min).当初的液体闪烁计量成正比,而光
3、电子数(脉冲束)又与光量子的数器,很难用于.H示踪样品的测量.为了提高产量成正比.为此,工程技术人员可建立一套效率,降低本底,人们采用冷却水系统来降低光核电子学系统装置,用来专门分析记录这种成电倍增管的热电子噪声,用加厚屏蔽层(铅,铁,比例关系的物理量.这就是至今已在仪器中,铜)等手段来减少仪器的本底计数,所以当时的发展成为既与多学科密切相关,又独立分支的液体闪烁计数器做得很笨重,体积也大.它虽具有本身特色的液闪探测技术.然是低水平的液体闪烁计数器,但对液体闪烁2液体闪烁计数器问世早在1949年美国Packard公司和英国Ekco公司就研制出液体闪烁系统.最早生产的N664B型液体闪烁计数器是
4、采用单个光电倍增管,其效率只有1020%,本底高到四计数器问世来说,还是比M计数器前进了一大步.其优点:1)样品的自吸收可以忽略;2)样品的散射可以不考虑;3)可在整个47c空间测量;4)解决了射程短,能量低的软8粒子的探测难题.昙:三一羁汀硅湖汀3符合相加电路的出现作者简介:卞正柱(1968一),男,江苏建湖人,江苏1口1H蹋只.J桃淮安第二医院工程师,从事医疗仪器殴备科工作液体闪烁计数器发展到1953年,这是液536闪发展史上关键的一年,Packard公司的海伯特与海斯两人首创了符合型液闪电路.即在单管型的基础上,他俩又增加了一个光电倍增管.用两个光电倍增管水平安装对准样品进行测量.经过符
5、合单元的作用,使原来4位数本底降低到两位数本底,这是液体闪烁计数中对本底测量的一个突破,为此,人们称符合电路是液闪发展史上的里程碑.让我们算一算,采用符合电路后的噪声降低水平,公式:N一2N1N2r式中:N为偶然符合后的噪声本底数;N1,N2为光电倍增管热电子噪声数;r为电路的符合分辨时间.令:N】一Nz=1.210min,r:10ns,则按上述公式算出:N一0.048man<0.1rain,可见:热电子噪声对本底的贡献每m.in只有0.048脉冲,这在一般测量中可以忽略.注意:符合分辨时间小了会影响探测效率,大了不足以抑制噪声.从1953年起,又过了1O年,液体闪烁计数器发展到了196
6、3年.在这1O年中,液体闪烁计数器的在机构上有许多改进,但其中最重要的要数脉冲相加电路的出现.这比简单的符合型液闪的输出脉冲幅度长了一倍,因此信号的噪声比也提高了一倍,使低能射线的探测效率明显地提高,仪器的灵敏度和精确度更加得到改善,尤其提高了双标记样品的分离能力.脉冲相加电路的出现,被人们视为液闪发展史上的又一个里程碑.4双碱阴极光电倍增管光电倍增管是把荧光光子转换为光电子并被倍增的能量转换器,它由密封于对荧光是透明的材料内的阴极,次阴极(倍增极)和阳极组成.为有好的能量转换效率,光阴极涂有高电子发射率的铯锑(Cs-Sb)物质,光阴极的响应谱(吸收谱)要和闪烁体的发射谱相匹配,而一般光电倍增
7、管的光谱响应的最大波长在400nm左右,与初级闪烁体(PPO或Bu-PBD)发射荧光的最大波长(350380nm)不相匹配,故要加人次级闪烁体(POPOP)以改善匹配效果.1965年,双碱阴极光电倍增管(KNaCS-Sb)的出现,其对光波的最高响应光谱左移,并且光谱响应范围较宽(300500nm),能与几种常用的初级闪烁体的最大荧光波长较好匹配,量子效率提高了约1/4.因此,就没有使用次级闪烁体的必要了.但考虑到样品的杂质猝灭等因素,还可以适当使用次级闪烁体和添加剂.一般有814级倍增级,每一级对电子的放大倍数约26倍,倍增级依次加高电压,以收集倍增电子束,其总放大倍数可达1010.,大大提高
8、了对小信号脉冲的探测能力.在探测B粒子过程中,光电倍增管的暗电流是一个重要指标.它是光电倍增管在没有接受外来光子时,阴极和倍增极的自发的热电子噪声,以及光反馈,离子反馈,极间漏电和场致发射等噪声所形成的,对于双碱阴极光电倍增管,其单电子噪声计数已降低到200s,即:1.210m.in-.目前,光电倍增管要数英国的最好,其电真空技术和其工艺是世界一流的,如EMI9635QB和EMI9804就属于双碱阴极光电倍增管(K-Na-Cs-Sb).北京核仪器厂的52L系列产品和北京滨松光子技术有限公司的光电倍增管也属于这类管子.其优点是:蓝光灵敏度高,光电转换效率好,工作高压低,暗电流小和光谱响应范围较宽
9、.双碱阴极光电倍增管是液体闪烁计数器获得高效率,低本底的关键元件,有了这种光电倍增管可以去掉专门的冷却水装置,能使仪器在室温环境下(恒温装置)正常工作.S我国的液体闪烁计数器我国的液体闪烁计数器技术是由科学家童第周和牛满江从美国带来的.6O年代分别由中国科学院在北京与上海两地进行研制,到1970年由西安核仪器厂和中国科学院原子能所联合作制出FJ-353型液体闪烁计数器.它比世界上第1台液体闪烁计数器起步晚20年.1981年,西安核仪器厂又研制出FJ一2105型液体闪烁计数器(配有微型计算机控制).这比世界上1971年第一代微型机液闪晚了1O年.但国外液体闪烁计数器进展的先进技术,在我国数家生产
10、液闪的厂所均有反映r2.首先,液体闪烁计数器的换样机构,开始是5371953年美国一Packard公司采用100个样品的转盘式,到1962年Beckmen公司出现了链式和抽屉式的换样机构,后来又发展到无轨道链式换样机构;再后来又出现了LKB广.-Wallac公司盒式换样机构.其次:测量系统,前述的符合相加电路和双碱阴极光电倍增管,在我国液体闪烁计数中无例外地均被应用.另外,仪器的放大器采用对数型和准对数型(折线型)两种.这两种电荷灵敏放大器对小脉冲均有较大的放大倍数,对大脉冲均有较小的放大倍数,故对.H和HC两种样品测量,能不改变增益而获得满意的结果.仪器的测量分析道(单道能量分析器)为五路三
11、道,即有三个测量道,二个外道,统称三加二电路.三个测量道的阈值和道宽根据被测核素而定,供测量不同能量的核素或作双标记测量.二个外道在样品测量时不工作.一旦样品测试完毕,附设在铅罐中的珀Cs和.Ra约0.74MSq,由电磁感应空气泵自动打入测量室,同时两个外道进行lmin猝灭校正计数.当计数结束,即再退源后,进行lmin的计数.这种以记录外标准7源所形成的康普顿电子在两道中猝灭校正计数的方法,谓之外标准道比法.外标准7源产生的康普顿电子谱移动与样品的口谱的移动方向是一样的.猝灭对两者的影响是一致的,因此可用探测外标准7源的康普顿电子计数的道比值来校正猝灭,这是一种较常见的猝灭校正方法.仪器还具有
12、自动扣除本底及低活性样品自动甄别的功能;重复测量和自动测量完终止号后自动打印功能和自动停机功能;自动断电保护功能;正向通过和空位越过等功能,并配有微处理机和CRT显示装置,以快速计算和监视自动运行过程.35年来,我国已研制成功了十多种型号的液体闪烁计数器,生产了近千台符合型液闪.其主要技术指标和各项功能均已接近了国际上同类产品的水平.西安核仪器厂是我国生产液体闪烁计数器最早的厂家,具有35年的历史和雄厚的技术力量.其各种型号的液闪仪占国内市场的80,该厂已形成了从10个样品(FJ一2115G),25个样品(FJ-21OlG;新型号:XH_6925型),100个样品(FJ-2107)到200样品
13、(FJ一2105)的液闪系列,并根据最新科技成果和市场需要,不断地有新型液体闪烁计数器投放市场.在市场预测上,预计西安核仪器厂生产的新型的苹果型计算机液闪仪会较为畅销.f-7c.双用(96孔)液体闪烁计数器等高档液闪将受到用户欢迎.XH-6925液体闪烁计数器将吸引大量用户.西安凯普机电有限责任公司YS-2000单个样品液闪计数器的售价目前为国内同类产品的最低价格,也拥有一定的市场份额.有朝一日,我国的县,地级医院普遍地配备上液体闪烁计数器,那就到了液闪的黄金时代.参考文献:1董家伦,等.液闪与超弱发光农用技术.兰州:甘肃科学出版社,1992.2赵志平,等.改进型液体闪烁测量仪的应用c/全国第
14、五届核仪器及其应用学术会议论文集,海南海口,2005:218.3朱传新,等.BC-5OlA液体闪烁体7探测效率J.核电子学与探测技术,2004,24(3):307.Generalizationofthedevelopmentofliquid-sparklingcounterBIANZheng-zhu,ZHANGJue,ZHANGJin-weP(1.thesecondhospitalofHuanofJia,gsuProw.223300,China,2.Theairforcelogfics,Be!00720,China,3.InstrumentofNuclearFactoryofXiall,The
15、CompanyofKaipu,XianofShaanxiProw.710061,China)AlmraetTI1ispaperincludesfiveparts.Itnotonlyrenewsthedevelopmenthistoryofllquid-sparklingcounterbutrefersthattheappearanceofcoinddentcircuitisitsmilestone.Thepapersummarizesthere-sembledhardwareandsoftwareofliquid-sparklingcounterofindoorandoverseas.andprospectsthede-velopmentofliquid-sparklingcounterinourcountry.KeywOrds:liquidsdnfilhtiondetectorcoinddencecircuit538
