GB T 13181-2002 闪烁体性能测量方法.pdf
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1、ICS 27-1 20. 01 F 80 笃主11: ./、E G/T 13181 2002 代替GB/T13181-1991 Measurement methods of scintillator characteristics 2002 -10-08发布 中华人民共和国国家质量监督检验检瘟总局2003 - 04 -01实发布GB/T 13181-2002 目次前言. .H. . . . . . . . . E 引言. . . . . N 1 范围. . . . . . 1 2 规范性引用文件. . . . 1 3 术语和定义. . . . . I 4 通则. . . . . . . 3 4
2、. 1 测量环境条件. ., . .OU . . 3 4. 2 测量系统. . . . . . . . 4 4. 3 测量要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4. 4 安全要求. . . . . . . . . . 6 5 光输出. . . . 6 5. l 全吸收峰法或康普顿分布边缘法. . . . . . 6 5. 2 光电倍增管阳极电流法. . . . . . . 8 6 相对能量转换效率. . . . . . . . 8 6. l 测量原理. . . . 8 6. 2 测量装置. . . . . . 9 6.
3、3 测量步骤. . . 9 6. 4 数据处理. . . . . 9 7 固有幅度分辨率. . . . 9 7. 1 测量原理 . . . 9 7. 2 测量装置. . 9 7. 3 测量步骤. 10 7. 4 数据处理.10 8 闪烁有效衰减长度. 10 8. l 棒状闪烁体的测量方法. 10 8. 2 板状闪烁体的测量方法.12 8. 3 回柱型和直角棱柱闪烁体的测量方法. 12 9 发射光i营. 13 9. 1 测量的波长范围-13 9. 2 测量原理. 13 9. 3 测量装置. 13 9. 4 测量步骤.14 9. 5 数据处理., 15 10 闪烁衰减时间. . 15 10. 1
4、一般要求. . . . 15 10. 2 直接示波法 . . 15 10. 3 平均波形取样示波法. . 16 I GB/T 13181-2002 1 O. 4 单光子法. . . . . . . 17 11 温度效应. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 11. 1 测量原理. . . . . . 19 11. 2 测量装置. . . . . . . . .,. ., . . . . . ., . . 19 11. 3 测量方法., . . . 19 附录AC资料性附录)脉冲法测量系统的非线性. . . . . . . . . . . ., 21 附录B
5、C资料性附录)电流法测量系统的非线性. . ., . ., . . 23 附录CC资料性附录)测量系统的不稳定性. . . . 24 附录DC规范性附录)闪烁体发射光谐与标样不同时,相对能量转换效率的修正.,川山.川.25 附录EC资料性附录)塑料闪烁体的 值 .,. . . ., . 26 附录F(资料性附录氟化领闪烁体的发射光谐的测量的特殊要求 . . . . . . ., . 26 附录GC资料性附录)一种实用的测量闪烁体温度效庶的装置. . . . 26 参考文献. . . . . . . . . . u .,. 27 图l 闪烁体性能脉冲法测量装置框图. .,. 4 图2 脉冲幅度分
6、布的康普顿分布边缘图 . . . . . . . . .,. . . .,. 7 图3 光电倍增管固有分辨率测量装置方框图. . . . ., . 10 图4 ln(l-Ib)-D关系图. . . . . . . . . . ., 12 图5 发射光谱测量装置方框囱 . . . . . . . . . ., 14 图6 直接示波法测量闪烁衰减时间的测量装置方框图. . . . . . . . . 16 图7 平均波形取样示波法测量闪烁衰减时间的测量装置方框图. 17 图8 单光子法测量闪烁衰减时间的测量装置方框图. 18 图9 单光子法测量系统响应分布的测量装置方框图. . . . . . .
7、 . . . . . . . . . . 19 图10 改变闪烁体温度的装置原理图. . . . . . . . . 20 图B.1 闪烁体性能也流法测量装置框图. . . . . . . . . . . . . 23 图G.1 测量内烁休温度效应的装置方框图. 27 表1 参考条件和标准试验条件. . . . . . . . . . . . . . . 4 表2放射源主要特性. . . . . . . . 5 表3常用闪烁体发射光谱测量的激发波长和测量样品. . 14 表E.1 系数值. . . . . . . . . . 26 I 一一GB/T 13181-2002 目U本标准是GB/T1
8、3181-1991准直器安置在可沿与待测样品长对称轴线平行的方向平移(偏离角度小于2)的滑道上。准直器的铅层临近待测样品,并应尽量靠近待测样品的宽面长对称轴线,光电倍增管置于小面的中心。待测样品与放射源之间的距离应小于5cm。8.2.2.3 待测样品的(窄侧面,除两端需接光阴极的那二部分区域外,全部涂黑B8.2.2.4 按8.1.3.4安置待测样品。8.2.3 测量步骤8. 2. 3. 1同8.1.4.1。8.2. 3. 2 安放带F源的准直器,使激发点至光窗间的距离为光窗直径的1-1.5倍.8.2. 3. 3同8.1.4.3。8. 2. 3. 4 测量光电倍增管本底电流h.8.2. 3. 5
9、 按步骤8.1.4.5-8.1.4.8测量光电倍增管阳极电流1,。8. 2. 3. 6 将待测样品倒转180。8. 2. 3. 7 重复步骤8.2.3.1-8.2.3.5,8.2.4 蚊据处理8. 2. 4. 1 对待测样品正位上的每一个测量点,确定lnr,示波器纷出以指数上刀的波形,从波形的前沿求出。此方法要求示波器的时间响应对测量结果的影响可以忽略。15 GB/T 13181-2002 10. 2. 2 测量装置10.2.2.1 测量装置方框图如囹6所示。光电倍增管工作在负高压状态下。放射源*特测闪烁体光电倍晴曹高压C 工垂直输R 示波器图6直接示波法测量闪烁衰减时间的测量装置方框图10.
10、2.2.2 示波器频带应足够宽,其响应时间应小于待扭tl闪烁体闪烁衰减时间的1/31/5o10. 2. 3 测量步骤10.2.3.1 针对所测闪烁体的种类选择不同的放射源。一般测E的闪烁体用阴Co或137CS放射源,测的闪烁休选用239PU放射源。10.2.3.2 按图6连接测量设备,将待扭tl样品光祸合到光电倍增管的光窗上,避光加高压。10.2.3.3 在示波器上调出光电倍增管输出电流波形记下时标,将波形记录下来。10.2.4 数据处理10.2.4.1 若RC,取波形前沿,在波形前?fr取若干数据(不少于五个),按最小二乘法拟合求出闪烁衰减时间常数,其拟合函数见公式(17)。Y(t) = Y
11、O(1 -e-巾). ( 17 ) 式中:Y(t) t时刻的电流,单位为安培(A); YO-一波形前沿顶点的电流,单位为安培(A),在RCr时,近似于元限长时刻的电流zt 时间变量,单位为秒(s); 一闪烁衰减时间常数,单位为秒(s)。若光电俯增臂的响应时间与被测闪烁体的衰减时间相比拟,在测量结果中还应使用平方差的方法扣除光电倍增管的响应时间。10.3 平均波形取样示波法10. 3. 1 测量原理用放射源激发闪烁体,利用取样示波器对每个输入脉冲取样一次,取样时间相对输人脉冲的某一固定参考点(如起始点)可以按固定的时间间隔依次延迟。通过多次取样从起始点一直到把要分析的波形全部取完。在每次取样中所
12、取出的幅度是-个比较窄的脉冲,经过放大、展宽,然后送入多道分析器,经A/D变换成与输入幅度成正比的数码,存入存储器中。在取样和存贮的过程中,分析器的每一道都依次对!在于输入波形的个取样点,每选中的存贮数码正比于该样点的幅度,其道数对应时间人由于闪烁体在射线激发时输出脉冲波形幅度有统计涨落,一次循环取样所得的结果与真正输人波形相比有较大的失真,应用反复多次取样相加平均的方法以得到较好的结果。多道师度分析器给出的i苦即为发光脉冲波形,分析该波形可得到闪烁体闪烁衰减时间。16 、-CB/T 13181-2002 使用该方法,输出光脉冲幅度动态范围受到取样示波器的限制,一般要小于两个数量级。10.3.
13、2 测量装置10. 3. 2. 1 狈量装置方框图见图7010. 3- 2.2 取祥示波器需带有慢取样头,示波器的带宽要大于5000 MHzo 10. 3. 2. 3 光电倍增管输出端与取祥示波器外触发输入端之间加恒比定时到别器,以减少时间参考点的时间晃动。待测闪烁体高压取样2E披器要逍分析光电倍增管放射源* 同步启动外触芷恒比定对自H酷图7平均波形取样示波法测量闪烁衰减时间的测量装置方框图10.3.2.4 多道幅度分析器道数选择应不小于1024道,工作在多路定标方式。10.3.2.5 测量装置需进行时标标定,其方法是用已知频率的精度不小于万分之一的正弦信号发生器作为信号源,送人测量装置,选择
14、示波器的扫速挡,在固定时间内均匀调节信号频率,使在多道分析器荧光屏上呈现不小于10个正弦信号,然后进行多次采样存贮,按输入信号频率标定多道分析器的道址团在取样示波器的各不同扫速挡上重复标定步骤,得到各扫速挡对应的时标。10. 3- 3 llHii:步骤10. 3.3. 1 将待测闪烁体光搞合到光电倍增管的光窗上。10. 3. 3. 2 按图7连接测量设备,给光电倍增管避光加高压。10.3.3.3 按10.2.3.1要求选择放射源。10.3. 3. 4 信号送入取样示波器后,视信号幅度大小选择取样示波器的量程,视信号的时间宽度选择水平扫描的时间量程。调节取样示波器延时旋钮,使预测的波形完全出现在
15、荧光屏上。10.3. 3. 5 取样示波器扫描方式置于外扫描,启动多道分析器进行测量,循环取样次数要足够多,使最高道计数大于10。10.3.4 数据处理10. 3. 4.1 数据处理采用近似计算的方法,选取光脉冲后沿的数掘进行分析,采用最小二乘法进行拟合,在所拟合的曲线上只考虑一种衰减成分(一般其他组分可忽略).拟合两数形式如公式(6)所示。求出r即为在未扣除系统的响应时间的闪烁哀减时间。10.3.4.2 测量系统的时间响应分布的方法是将有机玻璃切伦科夫辐射体祸合到光电倍增管上代替被测闪烁体。现l出光脉冲分布曲线,即可得出系统的响应时间飞。在扣除系统的响应时间之后,便可求出闪烁体的闪烁衰减时间
16、为T5=二10.4 单光子法10.4.1 测量原理单光子法是利用基于不连续的光子时间分布的Jf.光子技术,发光波形的幅度不经过模拟转换,而是通过几率分布由计数给出,在此方法中,光敏器件及显示记录系统的愤拟特性不直接影响测量结果。此种方法测量要通过两个光电倍增管GDB1和GDB2C以下简称GDBl和GDB2)同时工作来实现。闪烁体与GDl光搞合,每次受激发后GDBl都给出一个电信号。GDB2由一个中性滤光片与闪烁体隔开,其目的是让闪烁体发出的光到达GDB2之前得到减弱,使GDB2在每次受激发后产生一个光电子的几率小于1C即工作在单光子状态).在这种状态下.GDB2在闪烁休受激后的z时刻产生一个光
17、电子的几率与该时刻的发光强度I成正比。通过测量该几率分布得到闪烁体的光子发射曲线,进而得出闪烁衰17 GB/T 13181-2002 减时间常数r.10.4.2 测量装置10.4.2.1 测量装置方框图如图8所示,两个光电倍增管均具有快时间特性,其中GD凹的电压分布要使其具有最大的倍增系数和最快的上升时间,GDl的电压分布使输入光脉冲与输出电流之间成线性关系,放射源的选择阿10.2.3.1。高压放射源高压GDm GDB2 放大、单近快放大中性滤ft片样品丁放大黯恒比定时到别器时-幅变换器恒比定时到别睛符合E时定标器定标器 :t道分析器图8单光子法测量闪烁衰减时间的测量装置方框图10.4.2.2
18、 GDB1和GDB2的输出信号,经过放大器和但比定时现别器分别做为起始信号和停止信号送到时幅变换器的起始道和停止道。时间幅度变换器的输出信号幅度正比于起始信号和停止信号之间的时间间隔,将时幅变换器信号送人多道分析器选道存贮。经过多次激发视IJ最后,从多道分析器中可得到发光强度随时间的分布。10.4.2.3 单道分析器和符合单元是为了现别噪声本底和选择满足一定条件的激发事件,但比定时瓢别器用于减少探测器输出脉冲幅度的涨落所引起的定时误差。10. 4. 2. 4 测量装置需进行时标标定。其方法是将GDB1的输出信号分成两路分别接到时间幅度变换器的起始输入和停止输入端,将一组已知的精密延迟时间电缆依
19、次插接到停止信号输入端前边,以改变起始迫与停止迈的时间间隔,在多道分析器上得到相应的一组道址,用最小二乘法进行数据处理得到1直数与时间的标定系数。10.4.3 测量步骤10.4.3.1 按图8连接测量设备。10.4. 3. 2 将待测闪烁休光销合到GDB1的光阴极t,避光,给光电倍增管GDl和GDB2加上高压。分别测量GDB1和GDB2两个通道给出的计数率,调节中性滤光片,使GDB2通道的计数率约为GDB13M道计数率的5%。10.4. 3. 3 调整测量系统,使其在符合状态下工作。10.4. 3. 4 当起始信号和停止信号的时间差小于时帽变换器的最小时间间隔时,适当加长停止信号输入端的外接电
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- GB 13181 2002 闪烁 体性 测量方法
