环境样品放射性监测与分析：闪烁体选择及标准

闪烁体有固体、液体和气体，种类和形状可任意选择，可以做成适合探测各种辐射的探测器。其特点是：①对于γ射线和中子的辐射有较高探测灵敏度；②时间分辨好；③可以根据其输出信号进行脉冲幅度分析，达到能量测量目的。

虽然有不少物质在射线作用下可以发光，但是用作闪烁探测元件的闪烁体必须具备良好的发光特性并能满足一些特点的要求，因此用于探测射线的闪烁体是有一定限制的。一般来说，反映闪烁体性能的主要参量有三个，即发光效率、发光时间和发光光谱。

发光效率是指闪烁体吸收的射线能量中转化为光能的部分与所吸收的射线能量之比，常以百分数表示。发光时间是指闪烁体中受激分子、原子退激发光过程所耗时间。同一种闪烁体发射的光并非单色的，而且各种波长的光子数也不一样。然而，对每种闪烁体而言，总有一两种波长的光占优势，这种占优势的光称为闪烁体发射光谱的主要成分。在闪烁体特性表中，往往只给出主要成分的波长，故又叫最强波长。此外用于测量射线的闪烁体还有其他一些要求。例如，闪烁体对本身所发射的光透明度要好；对入射粒子的阻止本领要大；光学均匀性要好等。然而，要求一种闪烁体满足上述全部要求是不现实的，只能根据具体测量要求对某几个特性加以特别选择。

（一）闪烁体的分类

用于放射性测量的闪烁体种类很多，闪烁体按化学性质分为两大类有机闪烁体和无机闪烁体，无机闪烁体是由无机晶体掺入少量激活剂而制成，有机闪烁体大多数属于芳香族的碳氢化合物，有固体、液体和气体三种状态；按物理状态有单晶、多晶陶玻璃、粉末、塑料、惰性气体六类闪烁体。

1.无机闪烁体

无机单晶闪烁体：NaI：TI，CsI：TI，LiI：Eu，Bi4Ge3O12（BGO），CdWO4等。

多晶陶瓷闪烁体：（Y，Gd）2O3：Eu（YGO）；Gd2O2S：Pr，Ce，F（GSO）；Gd3Ga5O12：Cr，Ce（GGO）等。

无机玻璃闪烁体：铈激活掺锂玻璃，镧钡硼氧化玻璃（LBB），磷酸镧钡玻璃（LBP）。

无机粉末闪烁体：ZnS（Ag），CaWO4。

2.有机闪烁体

此类闪烁体具有广泛离域的π电子体系的有机化合物。

有机晶体闪烁体：如蒽晶体、四苯丁二烯晶体和对联三苯晶体。

有机液体闪烁体：由溶剂（如甲苯和二甲苯，有时添加一些其他物质如二乙二醇单甲醚以增加水的相容性）、第一闪烁体和第二闪烁体（又称波长变换剂）组成，常用的第一闪烁体为联三苯，2，5-二苯基唑（PPO，I），2-苯基-5-（4-联苯基）-3，4-二唑（PBD，Ⅱ）等。常用的第二闪烁体为1，4-二［2－（5－苯基唑基）］苯（POPOP，Ⅲ）。

塑料晶体：也是溶剂、第一闪烁体和第二闪烁体组成，溶剂为聚苯乙烯或苯乙烯-二乙烯苯共聚物。

加载闪烁体：在闪烁体中加入Pb、Sn等高原子序数的元素以提高对γ射线的探测效率，或者闪烁体中加入中子截面大的核素，如10B、6Li、157Gd等用于中子的探测。(www.xing528.com)

（二）闪烁体的发光机制

1.无机闪烁体的发光机制

根据固体能带理论，电子在晶格中具有分立的能带。电的高能级有价带和导带。处于价带的电子被束缚在晶格内，处于导带的电子具有足够的能量，可以在晶体内自由运动。价带和导带之间为禁带。对于纯晶体，禁带不允许有电子存在。在电离辐射的作用下，电子吸收能量可以从价带跃迁到导带，在价带留下空穴。电子从导带退激到价带，发射紫外光，这种能量的紫外光又可以把电子从价带激发到导带，即光被晶体吸收。所以，纯晶体放入光输出很少，不可以作为闪烁体。

2.有机闪烁体的发光机制

有机闪烁体的分子一般具有一定的对称性质，有离域的π电子体系，分子的π电子能级比σ电子能级高。单态能级为S0，S1，S2，S3，…，三重态能级为T1，T2，T3，…。So与S1之间约为3～4eV，高能级间隔略小些，每一电子能级又有一系列振动能级。用S或T的第二个下标表示，如Soo为基态电子态的基态振动态。振动态之间的能级差约为0.15eV，由于两振动态之间的能量差比热运动能量0.025eV大很多，所以在室温情况下，分子基本上都处于Soo态。有机闪烁体的π能级机构和跃迁见图见图7-10。

图7-10　有机闪烁体的π能级机构和跃迁

（三）闪烁体的选择

闪烁体的选择标准因用途而异。闪烁体的发光波长光产决定使用何种光子记录原件（光电倍增管、发光二极管、雪崩发光二极管等）。

1.测量α射线：由于α射线射程短，应该用无窗或薄窗（如镀AI塑料膜）的薄闪烁体，如ZnS（Ag）、CsI（TI）。

2.测量β射线：β射线的穿透能力较强，可根据β射线的最大射程选择闪烁体的厚度。多用塑料闪烁体，根据射线的能量选择不同厚度。

3.测量γ射线：应选择高原子序数的闪烁体来提高对β射线的探测效率，常用无机闪烁体，如NaI（TI）、CsI（TI）。

4.测量中子：对于中子的测量主要是通过中子核反应产生带电粒子，常用有机闪烁体及加B、Li、Gd等的闪烁体，如ZnS快慢中子屏，Li玻璃，M2LiLnX6：Ce（M=Cs、Rb，Ln=La、Y、Lu）等。

5.测量低能γ射线和X射线：常选用薄AI窗或Be窗的NaI：TI或BGO闪烁体。更具射线选择合适的闪烁体厚度。