性能的总结溴化镧闪烁体

自从LaBr伯尔尼和代尔夫特大学发现₃:Ce闪烁体,大量的组织增加了我们理解的性质[1,2]。在他们的商业可用性方面,圣戈班晶体已经取得了很大的进步。

绘画主要来自结果提出或发表在其他地方,这种LaBr总结报告₃:Ce探测器的性能,延长结果3长,3“直径(3 x3)晶体(3、4、5)。它并不试图执行一个全面审查,读者必须记住,一般文学部分编译在圣戈班网站,www.crystals.saint-gobain.com。

最后总结表的闪烁体属性。这表明LaBr₃:Ce晶体更快速衰减时间和优越的时间属性比Nal (Tl)能量附近1兆电子伏,以及发射光比他们多了60%。

相对效率和能量分辨率都包含在这总结伽马射线能量的函数,突出LaBr的比较₃:Ce和Nal (Tl)探测器的3 x3”大小。表演也对温度和计数率评估,内在的背景,和巧合分辨时间。

性能

解决与能源

神奇的能量线性和高LaBr的光输出₃:Ce晶体决定他们的能量分辨率。

结果显示在本节中,3中“长,3“直径LaBr: Ce和Nal (Tl)分析了探测器与另一个。这些包都是集成的,这意味着他们直接加上3“直径光电倍增管。对LaBr₃:Ce探测器,这是一个Photonis XP5300B,虽然Nal (Tl)搭配ETI 9305。

源与探测器在轴,称为“端点的。“一旦源是改变从一个不同的同位素,距离改变为了达到计数率是合理的(即。每秒几千)。这个距离是用于每个探测器以允许直接比较两个探测器。

比较始于两个探测器的响应^137年Cs (662 keV)。图1比较了3 x3探测器光谱。Ka x射线在32 keV钡和源在662 keV的伽马射线。在能源规模,光谱是662 keV规范化。

图1中也报道662 keV光峰下的区域,这是设定在100% (Tl)部分。这对LaBr产生118%的相对效率₃:Ce单元,主要由于其增强的密度。附近的峰值Nal (Tl) 32凯文,这能量是略高于380年明亮度检测器。这是因为Nal每keV略微(Tl)产生更多的光在较低能量比更高,因为它是非线性的。

图1所示。3“x3”光谱的比较^137年Cs (662 keV) LaBr₃:Ce检测器(红色)和奈(Tl)(蓝色)

两个探测器的响应⁶⁰如图2所示,著名的线在1173和1332 keV是可见的。明亮度380单位提供更多的能量分辨率在1332 keV 2.1% Nal单元(Tl),它只给了5.4%。因此,它有43%的效率。

此外,380年明亮度曲线,有35 keV地区的一条线。这是一个英航x射线的发射的结果^138年La背景,本文将进一步讨论。

对LaBr₃:Ce检测器达到1.6%的能量分辨率2615 keV (^208年Tl的钍衰变链),这比为4.5% (Tl)部分。这使得更高效的前65%,如图3所示。

再次,光谱归一化在最高2615 keV能量线,而且,由于线性变化,两种材料之间的能量补偿被认为较低的能量。欧洲杯足球竞彩对LaBr₃:Ce包在光谱分辨率的提高变得特别明显的多个能谱。再次,可见不到1500 keV LaBr₃:Ce光谱背景和下面将进一步讨论的结果。

图2。3“x3”光谱的比较⁶⁰公司LaBr₃:Ce检测器(红色)和奈(Tl)(蓝色)

图3。比较3 x3“钍衰变链的光谱。LaBr₃:Ce检测器(红色)和奈(Tl)(蓝色)

BriLanCe 380探测器的优势进行低能量。这是如图4所示,显示反应⁵⁷有限公司136 keV行显然是解决380年明亮度从122 keV行探测器,虽然这不是Nal (Tl)。也可见380年BrilLaCe光谱背景从35 keV的Ba x射线线区域。

为了调查完成,^133年Ba两个探测器的光谱显示在图5中。附近有一个明显增强的分离线350 keV LaBr₃:Ce探测器。突出线条略微超过30 keV可见两个探测器,Cs Ka x射线源发出的。

图4。3“x3”光谱的比较⁵⁷公司LaBr₃:Ce检测器(红色)和奈(Tl)(蓝色)

图5。3“x3”光谱的比较^133年英航LaBr₃:Ce检测器(红色)和奈(Tl)(蓝色)

本节的结果表1中总结,汇总相对效率和能量分辨率的大量能量。在所有的这些能量,明亮度380探测器的优势(Tl)是可见的部分。

表1。总结3 x3”探测器响应和能量分辨率和相对效率

能量(凯文)	决议	决议	比
	LaBr3:Ce	奈(Tl)	峰计数
122年	6.6%	8.9%	1.05
356年	3.8%	9.1%	1.06
662年	2.9%	7.0%	1.18
1332年	2.1%	5.4%	1.43
2615年	1.6%	4.5%	1.65

图6显示了彬彬有礼的性质对能源的能量分辨率。该数据覆盖点提取小探测器和早期的作品。正如预期的统计线性检测器,能量分辨率忠实地遵循能量的平方根。可以得出结论的数据在图6和表2部分(Tl)没有跟踪这个计划,即使它不是证明。

不过值得注意的是

的LaBr₃:Ce闪烁体是在10倍Nal (Tl)和1.6倍光输出。在pmt,这可以产生非线性效应。瞬时脉冲充电大约是25倍的Nal (Tl),表明一个简单的计算。这是基于1.6 pH值比率乘以250 ns / 16 ns的快速时间因素,特别是:25 x = 1.6 (250/16)。

非线性是表现在两种不同的方式。首先,有一个峰值,能源好于预期的半最大值宽度。其次,相比预计从线性外推,更高的能量峰的位置将会在一个较低的脉冲高度。

是否可以验证这是发生的近似100 V高压的降低和观察改善线性和类似的边际降低应用。圣戈班晶体与改进的线性特性,选择pmt的这些不良影响最小化。经常,这些是8-stage pmt。

图6。能量分辨率作为能量的函数

响应与温度

LaBr₃:Ce晶体显著属性保存着温度的增加,如图7所示。光输出也在提高温度大大高于其他晶体测试。在室温下,在类似的高温,崎岖的包是有用的在石油测井LaBr₃:Ce排放160% pf Nal (Tl)的光输出,最近的测试确认。

反应和速度

鉴于LaBr晶体之间的衰减时间的差异和Nal (Tl)是10倍,有性能高预期,如图8所示。对于这些测试,1 x1晶体被使用,作为8575年为每个探测器光电倍增管是一样的,接着通过一个常数分数鉴别器和一个时间滤波器放大器。

通过改变位置和力量源泉,利率调整。预期的区别在这个演示材料验证,然而具体结果仍高度依赖于选择电子构欧洲杯足球竞彩型。

图7。闪烁体的反应温度与光电倍增管在恒定温度下举行。¹⁵

图8。反应和速度

巧合分辨时间

对LaBr₃:Ce晶体有奇妙的时间属性,如预期般高的光输出和衰减时间属性。闪烁的属性表的底部的总结,这是建议的灵敏值列。在列3、品质因数(FOM)是在光输出衰减时间的平方根。这是一个迹象表明预期的时间性能相比其他闪烁体。

LaBr₃:Ce晶体快速足以让计时结果取决于光传播时代,因此在晶体的大小,如图9所示。不同群体已经证明,上升时间的衰减时间只是一个基本的指标,这是一个装饰的参数。然而,后一个参数是极其依赖光电倍增管的选择,则难以衡量。

图9显示了代表巧合解决次(CRT) LaBr无数大小₃:Ce探测器。获得的数据是使用两个Photonis XP20Y0光电倍增管(pmt)。为了衡量,PMT作为停止通道耦合的水晶。其他的PMT 4 x4x5 mm LaBr耦合₃:Ce水晶,专用开始晶体。

以前,这晶体测量使用CRT 115 ps的价值。“单通道”这个词代表一个值是衡量一个通道是无限快。一个²²Na被用来获取CRT数据来源。为了使事件导致511 keV光峰的通道数,系统封闭在一个特定的方式。

LaBr₃:Ce具有优越的CRT,如图9所示。依赖晶体大小也可见,增加光交通倍和晶体变得更大。随着Photonis XP20Y0是51毫米直径的管,76毫米点是一个特例。这是因为Photonis CP20Y0并不完全覆盖水晶。

反光环被覆盖的面积窗口并没有覆盖的PMT当更大的晶体直径测量。虽然这几何对CRT的影响没有被量化,这是假设它增加它的价值。

单通道CRT,测量的几何图形与标准的PMT plano-plano面板,如图9所示。可以维护LaBr的奇妙的能量分辨率₃:与标准pmt Ce晶体,这是一个关键。

值得注意的是,极度依赖于PMT CRT。例如,一个更糟糕的性能是由XP2060 38毫米PMT比大的PMT。

图9。LaBr巧合分辨时间(CRT)₃:Ce探测器作为功能晶体的最长尺寸测量和快速计时pmt平凹的脸盘子。

大小(毫米)*	CRT * * (ns)	PMT大小(毫米)	PMT * * *类型
25 25	1.08	38	XP2060
38 x38	0.36	51	R6231
51 x51	0.45	56	XP5500
76年x76	0.49	76年	XP5300

*直径和长度的柱形晶体。
* * CRT是巧合分辨时间(单通道)
* * *这是标准pmt plano-plano光电阴极的脸盘子。

图9 b。在511 keV LaBr计时测量₃:Ce集成探测器

^138年洛杉矶和^227年交流背景

用同样的衰变方案如表2.9所示66.45%的衰变,^138年洛杉矶是一个天然放射性同位素的丰度为0.09%。^138年洛杉矶产生兴奋^138年英航在接受电子俘获(EC)。这随后衰变,释放1436 keVγ。

电子壳层的再充填构成必要的电子俘获的副产品。这导致重合钡x射线发射35 keV地区。剩下的33.6%由β衰变进行发射^138年Ce,衰变的发射789 keV伽马巧合,而β端点255 keV能量。

Self-counting很容易用来测量光谱背景。这样一个频谱显示为1.5“x1.5”探测器(38 x38毫米)计算大约3天(278278秒)在低背景室如图10所示。

如果self-counting谱了从左到右,首先,β连续在低能量下^138年洛杉矶。这个衰变^138年Ce, 789 keV伽马完全逃脱了探测器。这beta-only频谱进行255 keV端点。

从大约255 - 750 keV康普顿从789年和1436年连续keV伽马射线光谱显示。随着我们继续更高的能量,789 keV线是下一个。然而,与β的巧合,是抹一个增强的能量γ+β连续,也结束了略高于1兆电子伏。

最终,1436 keV伽马是看到的,不过是流离失所的更高的能源大约37 keV 1473 keV,结果引起的同步捕获的x射线的填充Ba K电子捕获后K水平。同样,1436 keV伽马+ 5 keV导致隆起附近1441 keV的低能量一边1473线,由于同步捕获的x射线,英航l电子捕获后l能级填充。

在图10中,英航K x射线在37 keV只看到部分,由于MCA的鉴别器设置。线和1473 keV可能用作校准峰,和有一个可衡量的和持续的活动,可以减去在统计范围内为了确定40 K,尽管它可能会干扰检测40 K 1441 keV。

图10。LaBr Self-counting背景光谱₃:Ce探测器

表2。^138年La衰变方案。(从8^th版,表的同位素)⁹

背景数据扩展到超过1750 keV能量可以看到如图11所示。低水平α污染物的存在。这些已经被证明的结果^227年Ac污染。¹⁰在项目早期探测器产生的含有较高水平的这些α发射器和随后的过程改进,减少它们^138年洛杉矶现在生产占主导地位的背景特征。

图11。数到3000 keV Self-counting背景

表3总结了整体背景探测器大约38 x38毫米。

表3。本底计数率/ cc从1.5 " x 1.5 "探测器

。	。
0.226 cps / cc	0 - 255 keVβ连续
0.065 cps / cc	790 keV - 1000 keV伽马+β
0.068 cps / cc	1468年γ峰
0.034 cps / cc	阿尔法1600 keV以上

辐射硬度

报告展示LaBr₃:Ce相对良好的辐射硬度变得可用^11、12。这些作者们推断材料可能是有用的太空任务,因为它处理与质子和处理γ辐照足够。

有一个下降的光输出(大约8%)在散装的晶体后1 kGy的报道⁶⁰射线照射。脉冲高度分辨率在662 keV也恶化从3.0%降至3.8%。在这之后,恶化的速度大幅放缓。性能仍然是有用的,即使暴露在111年kGy的)(82%光输出和4.8%的半最大值宽度。

这些作者的数据显示,经济复苏与温度和时间,在最好的情况下,不完整而缓慢。包装的细节也是很重要的辐射电阻,相关工作建议¹³。值得注意的是,这种辐射电阻明显比看到Csl (Tl)或(Tl)部分。

机械强劲

至少一样崎岖Nal (Tl) LaBr₃:这个是一个健壮的闪烁晶体。为后面钻头在石油测井系统用于测量进行钻井作业期间,妥善包装探测器的材料都是合适的。欧洲杯足球竞彩这些探测器能够存活200摄氏度的高温,30 g随机振动,冲击1000克。

LaBr的热膨胀系数₃不是各向同性的,它有一个不对称的晶体结构。起初,这让水晶产量问题与滚球压裂时冷却到室温。圣戈班晶体已经显著改善了生长过程,和现在能够增长锭足以制造一个探测器长244毫米,直径97毫米。材料变得相当健壮一旦种植和冷却到室温。

闪烁体属性表¹⁴

闪烁体	光率(光子/ keV)	1 / e衰减时间t (ns)	F.O.M.√(t / LY)	最大发射波长λm (nm)	折射率在λm	密度(克/厘米3)	厚度(cm)衰减50% (662 keV)
奈(Tl)	38	250年	2.6	415年	1.85	3.67	2.5
LaBr3:Ce	63年	16	0.5	380年	1.9∼	5.08	1.8
BaF2	1.8	0.7	0.6	∼210	1.54	4.88	1.9
LYSO	33	36	1.1	420年	1.81	7.1	1.1
BGO	9	300年	5.8	480年	2.15	7.13	1.0

脚注

编译和由c . m . Rozsa编辑彼得·r·门格和m . r . Mayhugh。最初由SaintGobain晶体准备分布在IEEE NSS /麦克风圣地亚哥,2006年11月。

¹E.V.D. van Loef, p . Dorenbos漫画E·范·Eijk H.U. Gudel, K.W. Kraemer,应用物理快报,77,1467 - 1469 (2000)。

²E.V.D. van Loef, p . Dorenbos漫画E·范·Eijk H.U. Gudel, K.W. Kraemer,应用物理快报,79,1573 - 1575 (2001)。

³彼得·r·门格g . Gautier a . Iltis c . Rozsa诉Solovyev学报》2006年出版研讨会上辐射测量和应用程序,安阿伯MI (2006)

⁴a . Iltis m . r . Mayhugh p·r·门格c . Rozsa o .出售诉Solovyev三世高级研讨会跃迁辐射探测器,Ostuni,意大利9月7 - 10,2005年发表在诊断。Instr。和冰毒。一个。

⁵c . m . Rozsa m . r . Mayhugh p·r·门格表示第51届健康物理学会会议上,罗得岛州普罗维登斯,2006年6月27日。可以在我们的网站。搜索Rozsa或保健物理学。

⁶奈(Tl)的温度数据,CsI (Na), CsI (Tl),塑料闪烁体(BC438)和BGO来自:“测井闪烁体的特点225°C”由Rozsa,等人准备IEEE核科学研讨会,旧金山,1989年10月。欧洲杯线上买球室温附近的PMT举行。明亮度380 (LaBr的温度响应₃:Ce)和350 (LaCl明亮度₃测量:Ce)在2005年中期高温包,再次与PMT室温附近等温地举行。从这两个时代叠加温度曲线,明亮度380 (LaBr脉冲的相对高度₃:Ce)和350 (LaCl明亮度₃:Ce)的测量是通过比较1”直径x 1”长晶体在低温包相同大小的奈(Tl)也在一个低温包。这个结果把曲线在130%和75%的奈(Tl)在室温下,如图所示。后来在文本中所提到的,数据显示380 (LaBr明亮度₃:Ce)超过160%的奈(Tl)在室温下最近的数据都在高温Ti-sapphire包。其他组织报告类似的室温下光输出,160%奈(Tl)或更大。

⁷g . Bizarri j·t·m·德·哈斯·Dorenbos和c·w·e·范Eijk物理。统计,索尔。(a) 203年,5号,R41 R43 (2006)

⁸详情搜索高计数率或注意519年弗拉基米尔Solovyev detectors.saint-gobain.com的工作。

⁹表的同位素,第八版。理查德·b·费尔斯通弗吉尼亚州美国雪莉,艾德。约翰·威利& Sons (1996)

¹⁰t。w。Hossbach,得到凯电子艺界Lepel, B.S.麦当劳最初Milbrath, R。C Runkle L.E.史密斯。核仪器和方法在物理学研究中,部分,547年,2 - 3、504 - 510页,2005年8月1日

¹¹伽马射线诱导LaBr辐射损伤₃ce和LaCl: 5%₃:10% ce闪烁体。w·Drozdowski p . Dorenbos a·j·j·博斯卡夫,e . j .中方通过e·马德克斯a·欧文斯f·g·a . Quarati c . Dathy诉Ouspenski, IEEE核科学,54卷,4号,2007年8月,1387年欧洲杯线上买球

¹²质子剂量效应、晶粒大小和铈浓度LaBr闪烁产量和能量分辨率₃:p . Dorenbos Ce w . Drozdowski a·j·j . Bos j·t·m·德·哈斯,卡夫,e·马德克斯a·欧文斯f·g·a . Quarati c . Dathy和诉Ouspenski IEEE核科学,54卷,3号,2007年6月欧洲杯线上买球

¹³伽马射线诱导辐射损伤在Ø1 LaBr“×1”₃:5% ce Winicjusz Drozdowski、Pieter Dorenbos Adrie J.J. Bos,艾伦•欧文斯弗朗西斯科,G.A. Quarati(私人通信通过预印本)

¹⁴2007版修订后的密度和衰减系数反映了明亮度的材料。欧洲杯足球竞彩

¹⁵2009年版反映了新的温度响应数据。

这些信息已经采购,审核并改编自圣戈班提供的材料晶体。欧洲杯足球竞彩

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