当前课程知识点：核辐射物理及探测学 > 第九章闪烁探测器 > 9.3 闪烁探测器 > 9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落

返回《核辐射物理及探测学》慕课在线视频课程列表

9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落在线视频

9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落

下一节:9.4.1 单晶闪烁谱仪的构成和主要性能指标

返回《核辐射物理及探测学》慕课在线视频列表

9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落课程教案、知识点、字幕

下面我们来介绍一下

闪烁探测器输出信号的涨落

这个里面我们分析一下

它输出电压脉冲信号的涨落

那么通过上一节的分析

我们知道闪烁探测器输出信号

正比于光电倍增管阳极

收集到的电子数nA

nA我们知道它应该等于ne

也就是第一打拿极

收集到的光电子数

乘以倍增系数M

那么ne又等于nph

就是闪烁体发出来的光子数

乘以转换因子

所以我们会看到

其实nA应该等于nph

乘以T 乘以M

所以nA是由三个随机变量

nph T 和M串级而成的

一个串级型随机变量

我们后面的分析

就利用到串级型随机变量的特点

最后给出我们所要的结果

我们先来看

闪烁体发出的闪烁光子数nph

它的涨落

那么第七章的时候我们介绍过

就是电离过程的统计涨落

我们一般认为电离过程

所产生的电子离子对数

服从于一个法诺分布

那么其实我们说

闪烁体发出的闪烁光子数nph

我们也可以用法诺分布

去给它近似

但是一般情况下

我们不做那么复杂的近似

我们还是把它看成一个泊松分布

会更方便一点

一般近似nph

遵守一个泊松分布

那么既然是泊松分布的话

我们就可以知道

它的相对方差

等于它均值的倒数

我们这节把它的相对方差

给它写出来就可以了

那我们再来看一下

第一打拿极收集到的光电子数

它的涨落

那么第一打拿极

收集到的光拿子数ne

等于nph 乘以T

那么它应该是由

这两个随机变量串级而成的

一个串级随机变量

那么nph

刚才我们已经假设了

它服从泊松分布

那么T是一个转换因子

其实它是一个伯努利型

随机变量正事件发生的概率

也就是说

你前面的那个光子

要么转换成光电子

要么不能转换成光电子

能转换成光电子的概率就是T

我们知道

一个泊松分布的随机变量

和一个伯努利型的随机变量

串级而成的随机变量

依然是一个泊松分布的随机变量

所以ne也是服从泊松分布的

既然是服从泊松分布

所以它的相对方差

等于它均值的倒数

所以等于ne均值的倒数

我们进一步把它写成

nph的均值乘以T的倒数

我们再来看一下

阳极收集到的电子数

nA 它的涨落

阳极收集到的电子数

应该等于第一打拿极

收集到的光电子数

乘以光电倍增管的增益

我们直接利用串级型的随机变量

它的公式

我们可以得到它的均值

和它的相对方差

那么它的相对方差

等于第一级随机变量的相对方差

加上第二级的

随机变量的相对方差

除以第一级的均值

所以我们直接把前面的关系

代进去可以知道

阳极收集到的电子数的相对方差

应该等于1加上

这个增益的相对方差

除以ne

ne是第一打拿极

收集到的光电子数

那这个里面

当然会涉及到一个M

就是增益它的相对方差

我们说倍增系数

M是各打拿极倍增因子

串级而成的多级串级随机变量

所以它也是一个串级过程

这个从物理过程来讲

它也是一个串级随机变量

满足这个特点

我们说如果第一打拿极的

倍增因子是δ1

那么其它各个打拿极的

倍增因子都是δ的话

我们就可以写出来

那么M就是倍增系数

应该等于δ1×δ×δ

再一直乘下去

后面各级的δ都乘进来

我们说这里面假设δ1和δ

都是服从泊松分布的

如果是服从泊松分布的话

我们就可以直接写出

它的公式来

所以我们最后可以得到

倍增系数的相对方差

应该是近似最后得到一个δ/δ1×1/(δ-1)

这样的一个关系

这个里面

我们通常情况下

δ显然是比1大的

一般来说可能是四到五

五到六的这样一个数值

所以我们会看到

其实δ除以δ-1

比1稍大

也大不了多少

这样的一个数

然后δ1在这个里面

起到一个很重要的作用

所以通常情况下

我们说光电倍增管的

第一打拿极的倍增因子

都要选的比较大

为什么大呢

我们后面马上就可以看到

我们得到了这个倍增因子

它的相对方差

我们把这个关系

代到我们前面阳极

收集到的电子数的

相对方差的公式里面

我们可以得到

上面这样的一个公式

那么这个公式

就是阳极收集到的电子数

它的一个涨落

那么阳极收集到电子数的涨落

其实决定了

闪烁谱仪的能量分辨率极限

这个地方我们直接给出它

能够决定的闪烁谱仪

能量分辨率的极限值

能量分辨率

它的定义我们前面已经说过了

它应该是全能峰的半宽度

就半高宽

除以它所对应的这个幅度

那么这样的话

我们可以得到的是

它应该等于2.36倍的

vH vH应该等于vnA

nA和h的关系

它们是一个正比关系

也就是说

nA是阳极收集到的电子数

那么这个电子数前面

再乘上一个系数

就变成输出

电压脉冲信号的幅度

那么它们之间我们认为是一个

乘上一个常数的关系

我们知道乘上一个常数

并不改变它的相对方差

所以这个相对方差之间相等

就可以了

这些写下去之后

我们可以得到闪烁谱仪

能量分辨率的极限值

是后面这一项

从后面这一项来看

我们会看到是什么

如果δ1比较大

如果δ1比δ要大得多的话

我们会看到这个1+δ后面这一项

对这个能量分辨率的影响

就没那么大了

所以这个地方

我们要求δ1是通常比较大的

否则的话

你这个能量分辨率就不好

当然后面我们会给出一个

修正的结果

也就是我们前面

其实做了很多的假设

那么这个里面

我们要做一个基本的修正

修正一下

光电转换系数

其实它也不是一个确定的数值

因为光电倍增管面积

比较大的话

它不同位置的光电转换系数

其实也都是不一样的

所以我们要加上一个它的涨落

对于这个阳极收集到的电子数

涨落的影响

还有就是闪烁体发的光子数

其实并不是一个泊松分布

当然这个里面是有近似的

我们也可以做一个修正

去描述它

但一般情况下

我们只记住前面主要的成分

这个部分就够了

这个其实给我们一个提醒

就是说我们选择光电倍增管

或者是应用光电倍增管的时候

我们要求你

第一打拿极的倍增系数

就是第一打拿极的倍增因子

要够大

这样的话

它对整个能量分辨率的影响

就比较小

另外一个我们会看到

对能量分辨率影响比较大的

其实是谁呢

是nph乘以T

也就是说

其实对能量分辨率影响最大的是

第一打拿极收集到的光电指数

这个是影响最大的

就是说

你不能光光看闪烁体

发的光有多少

而且要知道

有多少能够有效的

能够转化成有效的

被第一打拿极收集到的光电子

这个才是最重要的

关于闪烁探测器

输出信号的涨落

我们简单地做一个小结

我们可以看到

我们对于闪烁探测器输出信号

涨落的分析

我们用到了多级串级

随机变量相对

均方涨落的一个传递关系

首先我们看的是闪烁体

发出的闪烁光子数

它的涨落

我们把它近似乘一个泊松分布

所以我们直接可以写出

它的相对方差来

然后第二步我们会看到

第一打拿极收集到的光电子数

其实是泊松分布

和一个伯努利型随机变量

串级而成的一个随机变量

所以我们也可以知道

它也是一个泊松分布的

随机变量

我们可以把它的相对方差

直接写出来

第三步

我们找到了光电倍增管

倍增系数它的涨落

这个地方我们假设

光电倍增管有多个倍增极

但每一个倍增极

都是服从泊松分布的随机变量

所以我们可以把它的这个

整个串级而成的倍增系数

也可以把它的涨落分析出来

最后是得到了阳极

收集到的电子数的涨落

那么这个涨落

是我们和我们信号的涨落一致的

一个结果

那么根据这些结果

我们推导出了闪烁谱仪能量

分辨率的极限

那么这个能量分辨率的极限

是闪烁谱仪所能够达到的

最好的一个数值

也就是它的最小的那个值

一般情况下

当然闪烁谱仪

它的能量分辨率

都达不到这个极限值

都要比这个极限值更大一些

那么这个就是关于闪烁探测器

输出信号涨落的分析

核辐射物理及探测学课程列表：

第一章原子核的基本性质

-1.1 基础知识、常量与单位

--1.1.1 基础知识、常量与单位

-1.2 原子核的构成、表示方法与相关术语

--1.2.1 原子核的构成

--1.2.2 原子核的表示方法

--1.2.3 一些原子核相关的术语

-1.3 原子核的大小与稳定性规律

--1.3.1 原子核的大小

--1.3.2 核力的基本特性

--1.3.3 β稳定曲线及原子核的稳定性规律

--1.3.4 核势垒

-1.4 原子核的结合能

--1.4.1 质量亏损与质量过剩

--1.4.2 原子核的结合能与比结合能

--1.4.3 液滴模型

-1.5 原子核的自旋

--1.5.1 原子核的自旋

-1.6 原子核的磁矩与电矩

--1.6.1 原子核的磁矩

--1.6.2 原子核的电矩

-1.7 原子核的统计性质、宇称与能态

--1.7.1 原子核的统计性质

--1.7.2 原子核的宇称

--1.7.3 原子核的能态

-课后作业--作业

第二章原子核的放射性

-2.1 放射性衰变的基本规律

--2.1.1放射性的发现

--2.1.2原子核的放射性

--2.1.3衰变纲图

--2.1.4放射性衰变的基本规律

--2.1.5描述放射性的特征量

--2.1.6 放射性活度、比活度、射线强度

-2.2 递次衰变规律

--2.2.1 递次衰变规律

--2.2.2 放射性平衡与逐代衰变

-2.3 放射系

--2.3.1 放射系

-2.4 放射规律的一些应用

--2.4.1 放射源活度修正和源性质分析

--2.4.2 放射源制备时间与放射源活度确定

--2.4.3 碳-14断代年代法

--2.4.4 地质放射性鉴年法

--2.4.5 短寿命核素发生器

-课后作业--作业

第三章原子核的衰变

-3.1 原子核的衰变方式

--3.1.1 原子核的衰变方式

-3.2 α衰变

--3.2.1 α衰变的形式

--3.2.2 α衰变的特点

--3.2.3 α衰变的衰变能

--3.2.4 α衰变与核能级图

--3.2.5 α衰变的衰变常数

-3.3 β衰变

--3.3.1 什么是β衰变？

--3.3.2 中微子假说

--3.3.3 中微子的性质

--3.3.4 β-衰变

--3.3.5 β+衰变

--3.3.6 轨道电子俘获

--3.3.7 β衰变三种类型小结

--3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则

--3.3.9 β能谱形状与库里厄图

--3.3.10 衰变常数与比较半衰期

-3.4 γ跃迁

--3.4.1 什么是γ跃迁？

--3.4.2 γ跃迁的多极性与主要特点

--3.4.3 γ跃迁几率与选择定则

--3.4.4 同质异能跃迁

--3.4.5 内转换

-课后作业--作业

第四章原子核反应

-4.1 核反应的概况

--4.1.1 原子核反应相关概念

--4.1.2 核反应中的第一

--4.1.3 核反应的分类

--4.1.4 核反应中的守恒定律

-4.2 核反应能和Q方程

--4.2.1 核反应能

--4.2.2 Q方程

--4.2.3 Q方程的应用

--4.2.4 实验室坐标系和质心坐标系

--4.2.5 核反应阈能

--4.2.6 L系和C系中出射角的关系

-4.3 核反应截面和产额

--4.3.1 核反应截面

--4.3.2 微分截面和角分布

--4.3.3 L系和C系中反应截面的关系

--4.3.4 反应产额

-4.4 反应机制及核反应模型

--4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系

--4.4.2 核反应的光学模型

--4.4.3 复合核模型

--4.4.4 共振和共振公式

--4.4.5 (n,γ)反应的1/v规律

-课后作业--作业

第六章射线与物质相互作用

-6.1 辐射与物质相互作用概述

--6.1.1 射线(辐射)及射线的分类

--6.1.2 带电粒子与物质原子的碰撞过程

--6.1.3 能量损失率、比能损失或阻止本领

-6.2 重带电粒子与物质的相互作用

--6.2.1 重带电粒子与物质相互作用的特点

--6.2.2 电离能量损失规律：Bethe公式

--6.2.3 对Bethe公式的讨论

--6.2.4 Bragg曲线与能量歧离

--6.2.5 能量损失的Bragg加法法则

--6.2.6 重带电粒子的射程及射程歧离

--6.2.7 阻止时间

-6.3 快电子与物质的相互作用

--6.3.1 快电子与物质相互作用的特点

--6.3.2 辐射能量损失规律

--6.3.3 快电子的能量损失率

--6.3.4 快电子的吸收与射程

--6.3.5 快电子的散射与反散射

--6.3.6 正电子湮没

--6.3.7 带电粒子与物质相互作用小结

-6.4 γ射线与物质的相互作用

--6.4.1 能谱的概念

--6.4.2 γ射线与物质相互作用的特点

--6.4.3 光电效应(物理、能量、截面)

--6.4.4 康普顿效应

--6.4.5 电子对效应

--6.4.6 三种效应的比较

--6.4.7 其他作用过程

--6.4.8 γ射线的衰减规律

--6.4.9 关于中子与物质相互作用的说明

-课后作业--作业

第七章辐射测量的数理统计基础

-7.1 统计学的基础知识

--7.1.1 伯努利实验

--7.1.2 二项分布

--7.1.3 泊松分布

--7.1.4 高斯分布

--7.1.5 串级变量

-7.2 放射性测量的统计误差

--7.2.1 核衰变数的涨落

--7.2.2 放射性测量的统计误差

-7.3 电离过程的涨落与法诺分布

--7.3.1 电离过程的涨落与法诺分布

-7.4 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

--7.4.1 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

-7.5 时间间隔的统计分布

--7.5.1 相邻信号脉冲(或粒子)的时间间隔

--7.5.2 相邻“进位脉冲”的时间间隔

-课后作业--作业

第八章气体电离探测器

-8.1 气体中离子与电子的运动规律

--8.1.1 气体中离子与电子的运动规律

-8.2 电离室

--8.2.1 电离室的工作机制

--8.2.2 脉冲电离室及其输出信号

--8.2.3 脉冲电离室的主要性能指标第一部分：能量分辨率

--8.2.4 脉冲电离室的主要性能指标第二部分：饱和特性、坪特性等

--8.2.5 累计电离室

-8.3 正比计数器

--8.3.1 正比计数器的工作原理

--8.3.2 正比计数器的输出信号

--8.3.3 正比计数器的主要性能指标

-8.4 G-M计数管

--8.4.1 GM计数管的工作机制

--8.4.2 有机自熄GM计数管

--8.4.3 卤素自熄GM计数管

--8.4.4 自熄GM计数管的输出信号和主要性能指标

-8.5 气体探测器小结

--8.5.1 气体探测器小结

-课后作业--作业

第九章闪烁探测器

-9.1 闪烁体

--9.1.1 闪烁体及其分类

--9.1.2 闪烁体的主要物理特性

--9.1.3 闪烁光的收集

-9.2 光电倍增管

--9.2.1 光电倍增管及其主要性能

-9.3 闪烁探测器

--9.3.1 闪烁探测器输出信号的物理过程及输出回路

--9.3.2 闪烁探测器的输出信号

--9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落

-9.4 单晶闪烁谱仪

--9.4.1 单晶闪烁谱仪的构成和主要性能指标

-课后作业--作业

第十章半导体探测器

-10.1 半导体与半导体探测器

--10.1.1 半导体探测器及其基本特点

--10.1.2 半导体的基本性质

-10.2 PN结半导体探测器

--10.2.1 PN结半导体探测器的工作原理

--10.2.2 PN结半导体探测器的输出信号

--10.2.3 PN结半导体探测器的主要性能

-10.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器

--10.3.1 锂漂移半导体探测器

--10.3.2 高纯锗半导体探测器

--10.3.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器的性能与应用

-10.4 其他半导体探测器

--10.4.1 其他半导体探测器

-课后作业--作业

第十二章核辐射测量方法

-12.1 活度测量方法

--12.1.1 辐射测量关心的问题

--12.1.2 活度测量的相对法与绝对法

--12.1.3 影响活度测量的因素

--12.1.4 α放射性样品活度的测量

--12.1.5 β放射性样品活度的测量

-12.2 符合测量法

--12.2.1 什么是符合？

--12.2.2 真符合

--12.2.3 反符合

--12.2.4 延迟符合

--12.2.5 符合曲线

--12.2.6 偶然符合

--12.2.7 真偶符合比

-12.3 γ能谱解析

--12.3.1 γ能谱解析

-课后作业--作业

第十三章中子及中子探测

-13.1 中子的基本特性与分类

--13.1.1 中子的基本特性与分类

-13.2 中子源

--13.2.1 中子源

-13.3 中子与物质的相互作用

--13.3.1 中子与物质的相互作用

-13.4 中子探测的特点与探测方法分类

--13.4.1 中子探测的特点与探测方法分类

-13.5 常用的中子探测器

--13.5.1 常用的中子探测器

-课后作业--作业

9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落笔记与讨论

也许你还感兴趣的课程:

© 柠檬大学-慕课导航课程版权归原始院校所有，
本网站仅通过互联网进行慕课课程索引，不提供在线课程学习和视频，请同学们点击报名到课程提供网站进行学习。