閃爍光纖輻射探測器作為一種改進的閃爍探測器,因兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)閃爍探測器高探測效率、高輻照硬度等優(yōu)點以及光纖傳感器抗電磁干擾、傳感一體等優(yōu)勢,在電離輻射探測方面具有良好的應用前景。為了進一步提高閃爍光纖的電離輻射傳感能力,實現(xiàn)傳感系統(tǒng)的小型化以及電離輻射的遠程在線測量,本文以電子輻射作為測量對象,對石英包層LYSO:Ce晶體閃爍光纖（silica cladding LYSO:Ce crystal scintillation fiber,SLCF）進行了綜合研究,主要研究工作如下:首先,對閃爍光纖的輻射探測原理進行分析,包括電子輻射與物質(zhì)的相互作用、無機閃爍體的輻射發(fā)光機制以及光電倍增管的工作原理,為閃爍光纖的選型設計與輻射傳感系統(tǒng)的搭建提供理論依據(jù)。其次,以電離輻射探測對閃爍體的基本要求為準則,根據(jù)摻鈰稀土閃爍晶體的性能參數(shù),選擇高性能閃爍晶體摻鈰硅酸釔镥LYSO:Ce作為纖芯材料以提高石英包層晶體閃爍光纖的輻射響應;在制備工藝方面,針對由于傳統(tǒng)插棒法的工藝缺陷所導致的閃爍光纖閃爍性能降低的問題,在傳統(tǒng)插棒法的基礎上選用惰性氣體作為保護氣氛進行SLCF的制備,以避免光纖的輻射響應因Ce

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

閃爍探測器的基本構(gòu)成

燕山大學工程碩士學位論文-8-第2章石英包層晶體閃爍光纖電離輻射探測原理2.1引言基于石英包層晶體閃爍光纖的電離輻射探測基本原理如圖2-1所示。首先，采用特殊工藝將閃爍體制成光纖纖芯，將其作為傳感單元接收電離輻射并形成能量沉積；其次，基于纖芯的輻射發(fā)光效應，將能量沉積轉(zhuǎn)化為閃爍光子并向空間中各個角度發(fā)射，其中不滿足全反射條件的將穿過包層逸出光纖，滿足全發(fā)射條件的將會在光纖內(nèi)部形成定向光波導并向端面?zhèn)鬏敚钡接啥嗣嫔涑鲂纬晒饷}沖；最后，利用PMT等光電探測器對光脈沖進行測量，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，并將電信號脈沖輸出給計算機進行處理，通過建立閃爍光子數(shù)量與輻射劑量之間的函數(shù)關系，實現(xiàn)電離輻射劑量的測量。圖2-1石英包層晶體閃爍光纖輻射探測示意圖在上述輻射傳感過程中，涉及到幾個關鍵的作用過程，包括電離輻射與物質(zhì)的相互作用、無機閃爍體的輻射發(fā)光機制、PMT的光子倍增計數(shù)過程等。這些是閃爍光纖輻射傳感的基本原理，也是光纖選型設計與輻射傳感系統(tǒng)搭建的基礎，需要著重討論。2.2電子與物質(zhì)的相互作用輻射探測器是以電離輻射與物質(zhì)的相互作用為基礎的，不同類型的電離輻射與物質(zhì)的相互作用各不相同。本文以高能電子輻射作為測量對象，因此重點分析電子與物質(zhì)的相互作用。當電子射線入射到靶物質(zhì)中時，會與其前進路徑上靶物質(zhì)的原子核或核外電子發(fā)生庫侖相互作用，并把一部分動能轉(zhuǎn)移給靶物質(zhì)的原子核或電子而逐漸損失能量，

效應對電離輻射進行測量。閃爍體可以根據(jù)發(fā)光機理的不同分為本征發(fā)光閃爍體和非本征發(fā)光閃爍體。其中，本征發(fā)光閃爍體自身即可實現(xiàn)輻射發(fā)光，如BGO等；而非本征發(fā)光閃爍體則主要依靠摻入其中的激活劑實現(xiàn)發(fā)光，如YAG:Ce、YAP:Ce等。由于激活離子的種類較多，發(fā)光特性各異，能夠適應各種不同傳感任務的要求，有廣闊的應用范圍，因此非本征發(fā)光閃爍體成為現(xiàn)今閃爍體材料的研究重點。非本征發(fā)光閃爍體由作為材料主體的晶體基質(zhì)和選定摻入的少量作為發(fā)光中心的雜質(zhì)離子激活劑組成。這類閃爍體的輻射發(fā)光過程主要分為3個階段，如圖2-2所示。圖2-2非本征發(fā)光閃爍晶體輻射發(fā)光示意圖(1)能量沉積。當電子射線照射閃爍體時，會通過電子與物質(zhì)的相互作用將閃爍體的基質(zhì)材料原子激發(fā)或電離，使得閃爍體價帶中的一些電子獲得能量，從價帶中躍遷進入導帶而變成自由電子，同時在價帶中形成空穴，產(chǎn)生電子-空穴對。(2)能量傳遞。如圖2-3所示，由于激活劑的摻雜，禁帶中出現(xiàn)一些局部能級，產(chǎn)生新的發(fā)光中心，且這些發(fā)光中心的激發(fā)能級比導帶低，而基態(tài)比價帶高，因此一部分電子-空穴對會迅速遷移到激活劑能級的激發(fā)態(tài)和基態(tài)上，被發(fā)光中心俘獲，使激活劑處于激發(fā)態(tài)。

【參考文獻】：
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