固体闪烁测量

固体闪烁测量是一种由固体闪烁体配合光电倍增管和电子线路对核辐射和X线进行探测、分析和记录的测量方法。本条重点介绍单纯测定计数率的方法。
闪烁探头的结构见图。其工作原理是： 当核射线(如γ线)进入闪烁体时，它损失能量使闪烁体原子或分子受激发光。光透过闪烁体射到光电倍增管的光阴极K上产生光电子，这些光电子经聚焦极(D₀)聚焦，再经各级联极(D₁至D_n)间的电场加速后在各级联极打出越来越多的电子，这样逐步倍增的结果可使光电倍增管阳极A收集到大量电子，从而输出一个负电压脉冲信号，由后续电子线路进行加工、分析和记录。

NaI(Tl)闪烁探头示意图
1. 放射源 2. γ线 3. 铝盒 4. 光学玻璃 5.
光导 6. 负高压 7.前置放大 8. 后续电子线路

闪烁体 闪烁体是将辐射能转换为光能的器件。理想的闪烁体应具有以下特性：辐射能转换成光能的效率高，线性关系好；闪烁体对本身所发射的光是透明的；易于制成各种大小和形状；光的衰减时间短；对辐射的阻止本领高。常用的固体闪烁体及其特性见表。
碘化钠可以制成较大体积的无色透明晶体，当碘化钠中加入少量铊，就成为探测射线用的闪烁体。碘化钠对辐射有很高的阻止本领，能量转换效率高，适合γ线和X线的探测。当次级电子能量在1keV～6MeV范围内，光能输出与电子能量线性关系好，故具有能量分辨的本领。实际应用的碘化钠晶体，一般封装在端面盖有光学玻璃的铝盒内。碘化钠与铝壳之间充填白色的氧化镁粉末，用以反射光子，提高光电倍增管对光子的收集效率。碘化钠易于潮解。如出现潮解，原来无色的晶体就会变成黄色，使透明度下降，探测效率和分辨率随之变低变坏。一旦发现，应及时处理，磨去晶体受潮部分，重新封装好，才可使用。否则，严重受潮将使整块晶体全部破坏。碘化钠晶体机械性能较脆，要防止剧烈震动和冲击。急剧的温度变化能使晶体破裂，体积越大越易发生。因此厂家对各类晶体规定了允许温度变化的速率，使用时要特别注意。
硫化锌对带电重粒子的能量转换效率极高，但不易制成大块晶体，通常是用它的粉末涂层来探测α粒子。硫化锌透明度很差，对本身发射的光子有自吸收，破坏了输出光能与入射能量的线性关系。因此只用于记录总强度而不能作能量分析。
有机闪烁体最大的优点是衰减时间短，可作高分辨时间测量。它易于制成体积较大、对本身发射的荧光有很高透明度的晶体。又因它含有大量氢原子，可以用于探测快中子和β线，但对辐射的阻止本领小，能量转换效率低，对重粒子的能量转换效率更低，而且能量分辨率差。
塑料闪烁体是有机固溶体，所用溶质与液体闪烁体(见“液体闪烁测量”条)相同，仅溶剂为聚苯乙烯等固态物质而已。塑料闪烁体的一般性质与有机闪烁体类似，通常用于探测β线。

常用固体闪烁体及其特性

类别	闪 烁 体	密 度	发光光谱最强波长 (A)	对β相对光能输出 (%) (蒽为100%)	衰 减 时 间 (s)	主 要 用 途
无 机	NaI(Tl) CsI(T1) LiI(Eu) ZnS(Ag)	3.67 4.51 4.06 4.10	4200 4200～5700 4700 4500	210 55～95 70 200	3×10-7 1.1×10-6(β) 0.4×10-6(α) 1.2×10-6 5×10-6	γ γ 慢中子，γ α, β
有 机	蒽 萘	1.25 1.15	4400 3450	100 30	2.4×10-8 6×10-3	β,γ，快中子 β
	塑 料	1.06	3500～4500	28～48	3.5×10-9	β,γ

光电倍增管 光电倍增管是光电转换器件，它有一个光阴极，是铯化物在管壳内部喷涂而成的半透明薄膜层。各联极(通常8～13个)工作时处于逐渐升高的电位，其作用是收集并发射更多的电子，以保证电子倍增。根据联极结构的不同，有直线聚焦式、百叶窗式、盒式等。光电倍增管的放大系数可高达10⁷～10⁹，其工作电压常选在700～1,500V范围（常有推荐值）。光电倍增管的“计数率-电压”曲线也存在着与G-M计数管类似的“坪”，但不如G-M计数管明显，形成的物理机制也不同。
用于闪烁测量的光电倍增管应具有以下特性： 光阴极的灵敏度高；光谱响应能与闪烁体的光谱特性很好匹配；能量分辨率好；暗电流和噪声脉冲小；光特性的线性范围大；电子的飞行时间及其涨落小；对环境温度、磁场和核辐射的影响不敏感。实际上，以上条件往往是互相制约的，不可能同时满足。因此，各种类型的光电倍增管是根据不同使用要求而设计的，选用光电倍增管时必须明确其使用目的。例如作辐射强度测量用的光电倍增管，主要要求其光谱响应能与闪烁体发射光谱匹配良好，光阴极灵敏度高，对于低能辐射，还要求噪声脉冲小。作能量分析时，主要要求光电倍增管的能量分辨率、直线性和稳定性要好，噪声脉冲等效能量小。作时间分析时，则要求飞行时间及其涨落小。
固体闪烁测量装置中，光电倍增管的光谱响应要与晶体的发光光谱相匹配，晶体与光阴极间要有良好的光学接触。为了避免空气界面的反射，使大部分光都能透射到光阴极上，晶体与光电倍增管接触面之间涂以折射率较大的硅油。有时为了各种特殊目的，还需在晶体和光阴极间加各种形状的固体光导，常用的材料为有机玻璃。
固体闪烁测量装置的应用 专门用于γ线计数的固体闪烁测量装置又称固体闪烁计数器。它往往具有可调的高压电源电压值(V)、放大器放大倍数(K)和甄别器甄别阈(VT)。选择工作条件时，要根据被测核素的不同来选取最佳工作条件。一般是先设定K和VT，求出品质因素(样品计数率平方[Ns2]与本底计数率[N_b]之比)与V的关系曲线，曲线最高峰处对应的即为最佳V值。对不同组的K和VT，依此法可获得不同的最佳V值。在这许多品质因素曲线中，选最高峰对应的条件(V、VT、K)即为最佳工作条件。
核医学中固体闪烁计数器应用很广。它不仅可对试样的放射性进行测定，而且还可用于脏器功能检查及脏器显象等。最常用的固体闪烁体为碘化钠晶体。近年来，随着低能γ线和X线的应用日见增多，越来越多地使用薄晶体(厚度为1mm至数mm)。此外，井型晶体也经常使用，因为它对数毫升放射性样品有很好的测量效率，如用φ50×50mm、井径16mm的晶体，对¹²⁵I的探测效率可接近80%，是目前γ线测量中探测效率最理想的一种方法。碘化钠晶体的能量分辨率为百分之几，可作简单能谱的分析。碘化钠晶体探头与准直器及后续电子学装置配合，已在临床诊断方面广泛应用，如动态功能仪、扫描机、γ闪烁照相机等。