P11—ZnS（Ag） P20—ZnCdS（Ag） P31—ZnS（Cu）
1.闪烁体与光电阴极
按照闪烁体发光的特点，闪烁体可分为荧光体或磷光体。在辐射照射下约在1μs或更短的时间内发射光辐射的物质称为荧光体，吸收和发射之间延迟比较长的物质称为磷光体。目前使用的闪烁体可分为两大类：无机闪烁体和有机闪烁体。无机闪烁体主要是含杂质或不含杂质的碱金属的碘化物，有机闪烁体主要是芳香族或有取代基的芳香族碳氢化合物。
也常把闪烁体进一步分为荧光物质和闪烁晶体。荧光物质常指晶态磷光体，即某些金属的硫化物、氧化物或硅酸盐等的粉末状晶体。常用的荧光物质是硫化锌镉、硫氧化钆、溴氧化镧和硫化锌等，它们的基本特性见表A-2。常用的闪烁晶体是碘化钠、碘化铯、锗酸铋、钨酸钙和钨酸镉等，它们的基本特性见表A-3。图A-11是部分荧光屏材料的发射光谱特性。
表A-2 常用荧光物质的主要特性
图A-11 部分荧光屏材料的发射光谱特性
P11—ZnS（Ag） P20—ZnCdS（Ag） P31—ZnS（Cu）
1.闪烁体与光电阴极
按照闪烁体发光的特点，闪烁体可分为荧光体或磷光体。在辐射照射下约在1μs或更短的时间内发射光辐射的物质称为荧光体，吸收和发射之间延迟比较长的物质称为磷光体。目前使用的闪烁体可分为两大类：无机闪烁体和有机闪烁体。无机闪烁体主要是含杂质或不含杂质的碱金属的碘化物，有机闪烁体主要是芳香族或有取代基的芳香族碳氢化合物。
也常把闪烁体进一步分为荧光物质和闪烁晶体。荧光物质常指晶态磷光体，即某些金属的硫化物、氧化物或硅酸盐等的粉末状晶体。常用的荧光物质是硫化锌镉、硫氧化钆、溴氧化镧和硫化锌等，它们的基本特性见表A-2。常用的闪烁晶体是碘化钠、碘化铯、锗酸铋、钨酸钙和钨酸镉等，它们的基本特性见表A-3。图A-11是部分荧光屏材料的发射光谱特性。
表A-2 常用荧光物质的主要特性
注：括号中为活化元素。
表A-3 常用闪烁晶体的主要特性
注：括号中为活化元素。
表A-3 常用闪烁晶体的主要特性
注：括号中为活化元素。
①信号衰减到最大强度的37%所需要的时间。
②碘化钠转换X射线为光的效率约为15%，其他材料数据以其为100%。
光电阴极（层）是一种基于外光电效应的光电发射材料，利用外光电效应通过光电阴极（层）将入射的光信号转换为电子信号。
金属光电阴极的光谱响应具有选择性光电效应特征，光电发射的量子效率都很低，多数的光谱响应都在紫外或远紫外范围。半导体光电发射的量子效率远高于金属光电发射的量子效率，而且光谱响应范围宽（尤其在红外辐射探测方面）。实用的对可见光和近红外灵敏的光电阴极，现在主要是银氧铯光电阴极（S-1）、锑铯光电阴极（S-4、S-5、S-11、S-13等）、多碱金属光电阴极（即锑与多种碱金属的化合物，如Sb-Na-K-Cs、Sb-K-Na-Rb-Cs、S-20、S-25等）。
银氧铯光电阴极的主要缺点是室温下热电子发射较大，并且存在疲乏现象（即随着所用时间增长电子发射能力下降）。锑铯光电阴极是P型半导体，热发射低。多碱金属光电阴极的主要成分是P型半导体，量子效率较高，灵敏度重复性好。
注：括号中为活化元素。
①信号衰减到最大强度的37%所需要的时间。
②碘化钠转换X射线为光的效率约为15%，其他材料数据以其为100%。
光电阴极（层）是一种基于外光电效应的光电发射材料，利用外光电效应通过光电阴极（层）将入射的光信号转换为电子信号。
金属光电阴极的光谱响应具有选择性光电效应特征，光电发射的量子效率都很低，多数的光谱响应都在紫外或远紫外范围。半导体光电发射的量子效率远高于金属光电发射的量子效率，而且光谱响应范围宽（尤其在红外辐射探测方面）。实用的对可见光和近红外灵敏的光电阴极，现在主要是银氧铯光电阴极（S-1）、锑铯光电阴极（S-4、S-5、S-11、S-13等）、多碱金属光电阴极（即锑与多种碱金属的化合物，如Sb-Na-K-Cs、Sb-K-Na-Rb-Cs、S-20、S-25等）。
银氧铯光电阴极的主要缺点是室温下热电子发射较大，并且存在疲乏现象（即随着所用时间增长电子发射能力下降）。锑铯光电阴极是P型半导体，热发射低。多碱金属光电阴极的主要成分是P型半导体，量子效率较高，灵敏度重复性好。
图A-12 闪烁探测器的基本构成示意图
2.闪烁探测器的构成
闪烁探测器由闪烁（晶）体、电子倍增器件、电子学电路组成。图A-12是一种闪烁探测器的基本构成示意图。闪烁探测器的探测介质是闪烁体，其工作的基本原理是辐射与闪烁体作用时，闪烁体吸收辐射的能量，并把吸收的部分能量以光的形式辐射出来。对光信号实施探测，则可实现对射线的探测。
对闪烁探测器性能的主要要求是：
1）闪烁效率高，即入射粒子的能量转换为可见光的份额应比较大；
3）输出效率高，即对光的自吸收应小；
4）发光衰减时间短；
5）发射光谱与电子倍增器件的光谱响应匹配。
按照闪烁体的结构形状，闪烁体与电子倍增器件可以采用不同的耦合方式，如直接耦合或采用光导纤维等。
3.典型的闪烁探测器件
（1）光电倍增管 光电倍增管是闪烁探测器中最常用的电子倍增器件。
光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统、阳极五个主要部分组成，其结构如图A-13所示（一般说不包括前面的闪烁体）。
图A-12 闪烁探测器的基本构成示意图
2.闪烁探测器的构成
闪烁探测器由闪烁（晶）体、电子倍增器件、电子学电路组成。图A-12是一种闪烁探测器的基本构成示意图。闪烁探测器的探测介质是闪烁体，其工作的基本原理是辐射与闪烁体作用时，闪烁体吸收辐射的能量，并把吸收的部分能量以光的形式辐射出来。对光信号实施探测，则可实现对射线的探测。
对闪烁探测器性能的主要要求是：
1）闪烁效率高，即入射粒子的能量转换为可见光的份额应比较大；
2）线性范围大，即输出电荷正比于射线能量的范围大；
3）输出效率高，即对光的自吸收应小；
4）发光衰减时间短；(www.xing528.com)
5）发射光谱与电子倍增器件的光谱响应匹配。
按照闪烁体的结构形状，闪烁体与电子倍增器件可以采用不同的耦合方式，如直接耦合或采用光导纤维等。
3.典型的闪烁探测器件
（1）光电倍增管 光电倍增管是闪烁探测器中最常用的电子倍增器件。
光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统、阳极五个主要部分组成，其结构如图A-13所示（一般说不包括前面的闪烁体）。
图A-13 光电倍增管的基本构成示意图
光窗是入射光的通道，其材料决定了光电倍增管光谱特性的短波阈值。常用的光窗材料一般是钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、石英等。光电阴极接收入射光，实现光电转换，发射电子。光电阴极决定了光电倍增管光谱特性的长波阈值，同时直接决定了光电倍增管的灵敏度特性。光电阴极（层）是一种基于外光电效应的光电发射材料，利用外光电效应通过光电阴极（层）将入射的光信号转换为电子信号。常用的光电阴极材料是Cs-Sb（铯-锑）、K-Cs-Sb（钾-铯-锑）等化合物半导体。电子光学系统主要是使前一级发射的电子在尽量短的时间全部到达下一级。电子倍增系统由多组倍增电极组成，多数为9～14个，其材料常是在Ni片上镀上Cs-Sb。倍增电极发射二次电子，一个电子入射到倍增电极可产生3～6个电子，因此光电倍增管的放大倍数可达到105～107。阳极用来收集最后一个倍增电极发射的电子。常用Ni、Mo、Nb等电子电离能较大的材料制作，普遍采用网状。
对光电倍增管要求的主要特性包括：
1）光电特性，即输出电流与入射光通量之间的关系。在较宽的范围内两者为直线关系，但光通量较大时将偏离直线。一般说，光电倍增管只能测量非常小的光通量，其输出电流不能超过几毫安。
2）光谱特性，即光电倍增管的光谱响应范围。
3）伏安特性，即阳极电流与最后一个倍增电极和阳极间电压的关系。其基本变化规律是对于一定的入射光通量，在电压较小时，阳极电流随电压升高而增大；当电压达到一定值后，阳极电流不随电压变化，进入饱和状态。随着入射光通量增大，饱和电流值也增大。
4）放大特性，即光电倍增管的电流放大系数（增益）或灵敏度（电流增量与光通量增量之比）随电源电压变化的关系。一般是，随电源电压增大，放大系数或灵敏度也增大。
此外，对光电倍增管还应考虑频率特性、疲乏特性、暗电流等。
（2）微通道板（MCP）微通道板是对二维空间分布电子进行倍增的器件。图A-14是微通道板的结构和工作原理示意图。
图A-13 光电倍增管的基本构成示意图
光窗是入射光的通道，其材料决定了光电倍增管光谱特性的短波阈值。常用的光窗材料一般是钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、石英等。光电阴极接收入射光，实现光电转换，发射电子。光电阴极决定了光电倍增管光谱特性的长波阈值，同时直接决定了光电倍增管的灵敏度特性。光电阴极（层）是一种基于外光电效应的光电发射材料，利用外光电效应通过光电阴极（层）将入射的光信号转换为电子信号。常用的光电阴极材料是Cs-Sb（铯-锑）、K-Cs-Sb（钾-铯-锑）等化合物半导体。电子光学系统主要是使前一级发射的电子在尽量短的时间全部到达下一级。电子倍增系统由多组倍增电极组成，多数为9～14个，其材料常是在Ni片上镀上Cs-Sb。倍增电极发射二次电子，一个电子入射到倍增电极可产生3～6个电子，因此光电倍增管的放大倍数可达到105～107。阳极用来收集最后一个倍增电极发射的电子。常用Ni、Mo、Nb等电子电离能较大的材料制作，普遍采用网状。
对光电倍增管要求的主要特性包括：
1）光电特性，即输出电流与入射光通量之间的关系。在较宽的范围内两者为直线关系，但光通量较大时将偏离直线。一般说，光电倍增管只能测量非常小的光通量，其输出电流不能超过几毫安。
2）光谱特性，即光电倍增管的光谱响应范围。
3）伏安特性，即阳极电流与最后一个倍增电极和阳极间电压的关系。其基本变化规律是对于一定的入射光通量，在电压较小时，阳极电流随电压升高而增大；当电压达到一定值后，阳极电流不随电压变化，进入饱和状态。随着入射光通量增大，饱和电流值也增大。
4）放大特性，即光电倍增管的电流放大系数（增益）或灵敏度（电流增量与光通量增量之比）随电源电压变化的关系。一般是，随电源电压增大，放大系数或灵敏度也增大。
此外，对光电倍增管还应考虑频率特性、疲乏特性、暗电流等。
（2）微通道板（MCP）微通道板是对二维空间分布电子进行倍增的器件。图A-14是微通道板的结构和工作原理示意图。
图A-14 微通道板的结构和工作原理示意图
微通道板的基本结构是在一薄板上、沿厚度方向密布着微细通道。通道的孔径常为6～45μm，通道的长度与孔径之比的典型值为40。通常，通道不垂直于端面，与端面成7°～15°的角。孔的间距尽量小，端面上的开口面积与端面的面积比多为55%～80%。在微通道板的两个端面上镀有镍层，形成输入电极和输出电极。
微通道板一般采用含铅、铋等氧化物的硅酸盐玻璃制作。其通道的内表面，经过处理（烧氢）后具有半导体和高二次电子发射特性。
微通道板各个通道独立，时间特性好、上升时间短，可用于制作成像设备。市场上的微通道板多为两层，封装在一个法兰盘中。微通道板工作在高真空和避光环境，保存时应放置在真空室或充惰性气体的容器内。
图A-14 微通道板的结构和工作原理示意图
微通道板的基本结构是在一薄板上、沿厚度方向密布着微细通道。通道的孔径常为6～45μm，通道的长度与孔径之比的典型值为40。通常，通道不垂直于端面，与端面成7°～15°的角。孔的间距尽量小，端面上的开口面积与端面的面积比多为55%～80%。在微通道板的两个端面上镀有镍层，形成输入电极和输出电极。
微通道板一般采用含铅、铋等氧化物的硅酸盐玻璃制作。其通道的内表面，经过处理（烧氢）后具有半导体和高二次电子发射特性。
微通道板各个通道独立，时间特性好、上升时间短，可用于制作成像设备。市场上的微通道板多为两层，封装在一个法兰盘中。微通道板工作在高真空和避光环境，保存时应放置在真空室或充惰性气体的容器内。
图A-15 图像增强管结构示意图
（3）图像增强器 图像增强器的基本结构包括外壳、射线窗口、输入屏、聚焦电极、输出屏。图A-15是图像增强器结构示意图。
射线窗口由铝板或钛板制作，铝板的厚度一般为0.7～1.2mm。既具有一定的强度，又可以减少对射线的吸收。输入屏主要由基板、荧光体层（闪烁体）和光电（阴极）层、隔离层构成，其结构如图A-16所示。基板为铝板，厚度一般约为0.5mm。闪烁体（输入转换屏）主要采用CsI晶体制做。CsI晶体具有类似光纤的针状结构，如图A-17所示，它可以限制光的漫散射。单个针的直径约为51μm，典型的CsI晶体层厚度为300～450μm。光电阴极（层）为多碱金属（锑与多碱金属的化合物），厚度很小（仅为20nm）。光电阴极（层）的灵敏度会随使用时间增加而降低。由于增强管内真空度随着时间而降低，也将影响光电阴极（层）的灵敏度，因此无论使用与否，光电阴极（层）的灵敏度都会随着时间的增加而降低。聚焦电极加有25～30kV的高压。输出屏的直径一般在15～35mm之间，多采用P20[即ZnCdS（Ag）]荧光材料，沉积在很薄的铝膜上（200～300nm），荧光物质层厚度一般为4～8μm。P20荧光材料发射光的峰值波长为520～540nm。
图像增强器工作的基本过程：射线透过工件，穿过图像增强器的窗口入射到输入转换屏上，输入转换屏吸收射线的部分能量，将其能量转换为荧光发射。发射的荧光被光电层接收，并将荧光能量转换为电子发射。发射的电子在聚焦电极的高压作用下被聚焦和加速，高速撞击到输出屏上。输出屏将电子能量转换为荧光发射。
图像增强器的性能直接关系到这种系统的综合性能，表A-4给出的是某型号图像增强器的主要性能。
图A-15 图像增强管结构示意图
（3）图像增强器 图像增强器的基本结构包括外壳、射线窗口、输入屏、聚焦电极、输出屏。图A-15是图像增强器结构示意图。
射线窗口由铝板或钛板制作，铝板的厚度一般为0.7～1.2mm。既具有一定的强度，又可以减少对射线的吸收。输入屏主要由基板、荧光体层（闪烁体）和光电（阴极）层、隔离层构成，其结构如图A-16所示。基板为铝板，厚度一般约为0.5mm。闪烁体（输入转换屏）主要采用CsI晶体制做。CsI晶体具有类似光纤的针状结构，如图A-17所示，它可以限制光的漫散射。单个针的直径约为51μm，典型的CsI晶体层厚度为300～450μm。光电阴极（层）为多碱金属（锑与多碱金属的化合物），厚度很小（仅为20nm）。光电阴极（层）的灵敏度会随使用时间增加而降低。由于增强管内真空度随着时间而降低，也将影响光电阴极（层）的灵敏度，因此无论使用与否，光电阴极（层）的灵敏度都会随着时间的增加而降低。聚焦电极加有25～30kV的高压。输出屏的直径一般在15～35mm之间，多采用P20[即ZnCdS（Ag）]荧光材料，沉积在很薄的铝膜上（200～300nm），荧光物质层厚度一般为4～8μm。P20荧光材料发射光的峰值波长为520～540nm。
图像增强器工作的基本过程：射线透过工件，穿过图像增强器的窗口入射到输入转换屏上，输入转换屏吸收射线的部分能量，将其能量转换为荧光发射。发射的荧光被光电层接收，并将荧光能量转换为电子发射。发射的电子在聚焦电极的高压作用下被聚焦和加速，高速撞击到输出屏上。输出屏将电子能量转换为荧光发射。
图像增强器的性能直接关系到这种系统的综合性能，表A-4给出的是某型号图像增强器的主要性能。
图A-16 输入屏结构示意图
图A-16 输入屏结构示意图
图A-17 CsI针状结构SEM（电子扫描显微）图（右为放大图）
表A-4 图像增强器的主要性能
图A-17 CsI针状结构SEM（电子扫描显微）图（右为放大图）
表A-4 图像增强器的主要性能
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
