液体闪烁计数器进展简述

1　液体闪烁理论的提出

19世纪40年代末,雷诺教授[1]及其同事们首先提出:某些有机物质经稀释后,渗入放射性核素,辐射粒子的能量就为溶剂分子所接受,转变为激发能,然后溶剂分子再把这种激发能转移给有机闪烁体溶质分子,使之激发。当有机闪烁体分子退激时产生的荧光(这就是“闪烁”名称的由来),可用来测定放射性核素的含量。

用液体闪烁方法测量辐射粒子的理论原理图见图1。

由此可见:光量子的产量与吸收粒子的能量成正比,而光电子数(脉冲束)又与光量子的产量成正比。为此,工程技术人员可建立一套核电子学系统装置,用来专门分析记录这种成比例关系的物理量。这就是至今已在仪器中,发展成为既与多学科密切相关,又独立分支的具有本身特色的液闪探测技术。

2　液体闪烁计数器问世

早在1949年美国Packard公司和英国Ekco公司就研制出液体闪烁系统。最早生产的N664B型液体闪烁计数器是采用单个光电倍增管,其效率只有10%~20%,本底高到四位数(5000~7000min-1)。当初的液体闪烁计数器,很难用于3H示踪样品的测量。为了提高效率,降低本底,人们采用冷却水系统来降低光电倍增管的热电子噪声,用加厚屏蔽层(铅、铁、铜)等手段来减少仪器的本底计数,所以当时的液体闪烁计数器做得很笨重,体积也大。它虽然是低水平的液体闪烁计数器,但对液体闪烁计数器问世来说,还是比G2M计数器前进了一大步。其优点:

1)样品的自吸收可以忽略;

2)样品的散射可以不考虑;

3)可在整个4π空间测量;

4)解决了射程短,能量低的软β粒子的探测难题。

3　符合相加电路的出现

液体闪烁计数器发展到1953年,这是“液闪”发展史上关键的一年, Packard公司的海伯特与海斯两人首创了符合型液闪电路。即在单管型的基础上,他俩又增加了一个光电倍增管。用两个光电倍增管水平安装对准样品进行测量。经过符合单元的作用,使原来4位数本底降低到两位数本底,这是液体闪烁计数中对本底测量的一个突破,为此,人们称符合电路是“液闪”发展史上的里程碑。

让我们算一算,采用符合电路后的噪声降低水平,公式:

式中:N为偶然符合后的噪声本底数;N1、N2为光电倍增管热电子噪声数;τ为电路的符合分辨时间。

令:N1=N2=1.2×10⁴min^-1,τ=10ns,则按上述公式算出:N= 0. 048 min^-1< 0. 1min^-1,

可见:热电子噪声对本底的贡献每min只有0.048脉冲,这在一般测量中可以忽略。注意:符合分辨时间小了会影响探测效率,大了不足以抑制噪声。

从1953年起,又过了10年,液体闪烁计数器发展到了1963年。在这10年中,液体闪烁计数器的在机构上有许多改进,但其中最重要的要数脉冲相加电路的出现。这比简单的符合型“液闪”的输出脉冲幅度长了一倍,因此信号的噪声比也提高了一倍,使低能射线的探测效率明显地提高,仪器的灵敏度和精确度更加得到改善,尤其提高了双标记样品的分离能力。脉冲相加电路的出现,被人们视为“液闪”发展史上的又一个里程碑。