GB/T 13181-2002 闪烁体性能测量方法

GB/T13181-2002

闪烁体性能测量方法

Measurementmethodsof

scintillatorcharacteristics

2002-10-08发布

2003-04-01实施

中华人民共和国

国家质量监督检验检疫总局发布

前言

本标准是GB/T13181-1991《碘化钠（铊）闪烁体》的修订版。

本标准代替GB/T13181-1991《碘化钠（铊）闪烁体》。本次修订是在多年实践的基础上，

着重参考和吸取了EJ/T903.1～903.8-1994的基本内容，按GB/T1.1-2000的要求编制而成

的。

本次修订与GB/T13181-1991相比主要变化如下：

——关于标准的名称修订为：《闪烁体性能测量方法》。标准适用范围由碘化钠（铊）闪烁体扩大到常用

闪烁体，而在该领域中所论述的主要对象是闪烁体性能测量方法。

——关于标准的内容，增补了碘化钠（铊）闪烁体外的其它闪烁体主要性能的测量方法以及对测量系统

的要求和标定；舍去了与性能测量无关的内容；不对产品性能指标等方面的要求作出规定。术语方

面按GB/T4960.6-1996和GB/T7270-1987的有关词条内容作了修改。此外，还增加了一个规范性

附录、六个资料性附录和一个参考文献。

——标准的编写方法和编排格式完全遵循GB/T1.1-2000的要求。

本标准的附录D为规范性附录，附录A、附录B、附录C、附录E、附录F和附录G为资料

性附录。

本标准由全国核仪器仪表标准化技术委员会提出。

本标准由核工业标准化研究所归口。

本标准起草单位：北京核仪器厂。

本标准主要起草人：汲长松、罗凤群、贺宣庆、唐兆荣、袁慧君。

本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GB/T13181-1991。

引言

GB/T13181-1991、GB/T10260-1988和GB/T12161-1990已经实施多年。这些标准在我

国闪烁体的研制、生产和应用方面起到了重要的作用，但在实践中也发现这些标准还存在一些

局限性和不足之处。为了适应我国闪烁体研制、生产、应用发展的实际需要和便利对外贸易与

交流，需要有一项完善、先进的闪烁体性能测量方法的国家标准。有关闪烁体的标准在引用本

标准时，应根据闪烁体自身的特性和使用要求加以选择。

1.1范围

本标准规定了闪烁体的光输出、相对能量转换效率、固有幅度分辨率、闪烁有效衰减长度、

发射光谱、闪烁衰减时间以及它们的温度效应的测量方法等内容。

本标准适用于常用的各种闪烁体的性能检测。

2.2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随

后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达

成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适

用于本标准。

GB4076密封放射源一般规定

GB/T4077闪烁体尺寸

GB4792放射性卫生防护基本标准

GB/T7270–1987光电倍增管测试方法

GB8703辐射防护规定

GB/T10257—2001核仪器与核辐射探测器质量检验规则

3.3术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

1.3.1

闪烁物质scintillationmaterial

在致电离辐射作用下，能以闪烁方式发出光辐射的物质。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.7]

2.3.2

闪烁体scintillator

由一定数量的闪烁物质以某种适当形式组成的、对致电离辐射灵敏的元件。

闪烁体分有机和无机两大类，有固体、液体和气体等形态。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.10]

3.3.3

[闪烁体的]入射窗entrancewindow（ofascintillator）

闪烁体中使被测的辐射容易透过的部分。

4.3.4

[闪烁体的]光学窗opticalwindow（ofascintillator）

闪烁体中能让光辐射透出的部分。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.12]

5.3.5

闪烁探测器scintillationdetector

闪烁体直接地或通过光导与光敏器件相耦合而组成的核辐射探测器。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.36]

6.3.6

探头probe

辐射测量装置的一部分。通常它有一个几何形状适当的外壳，在此外壳内有辐射探测器，

还可能有前置放大器、匹配器及某些功能单元。

7.3.7

光耦合材料opticalcouplematerial

为使闪烁体所发的光有效地传输到光电倍增管的光阴极上，在闪烁体光学窗与光电倍增管

窗（闪烁体光学窗与光导及光导与光电倍增管窗）间所加的物质。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.35]

8.3.8

[闪烁探测器的]光导lightguide（ofascintillationdetector）

置于闪烁体和光敏器件之间，使闪烁光无明显损失地传递的一种光学器件。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.39]

9.3.9

康普顿分布边缘edgeofComptondistribution

能量响应曲线中对应康普顿散射电子能量极大值的谱位。

10.3.10

[闪烁体的]光输出lightoutput（ofascintillator）

闪烁体发射光子的总数与被该闪烁体吸收的入射辐射能量之比值。

与闪烁体标准样品的光输出值相比较给出的相对值，称为相对光输出。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.19]

11.3.11

[闪烁体的]能量转换效率energyconversionefficiency（ofascintillator）

闪烁体发射光子的总能量与被该闪烁体吸收的入射辐射能量之比。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.18]

注：与闪烁体标准样品的能量转换效率值相比较给出的相对值，称为相对能量转换效率。

12.3.12

[闪烁体的]固有幅度分辨率intrinsicamplituderesolution（ofascintillator）

闪烁探测器的脉冲幅度分辨率扣除光电倍增管贡献后的值。

13.3.13

闪烁光衰减长度attenuationlengthofscintillation

闪烁光子在闪烁体内经自吸收后衰减为原发光强度的1/e时光子在闪烁体中所通过的路

程，表征闪烁体对自身发光的透过能力。

它与闪烁体的材料、工艺有关，且与测量时的光收集条件有关。按实际条件测得的数值称

为技术光衰减长度。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.6]

14.3.14

[闪烁体的]发射光谱emissionspectrum（ofascintillator）

闪烁体发射的光子数随光子的能量或波长而变化的分布曲线。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.13]

15.3.15

[闪烁体的]吸收光谱absorptionspectrum（ofascintillator）

闪烁体的光吸收系数随光子的能量或波长而变化的曲线。

16.3.16

标准光源standardlightsource

光源标定标准或用作测试计量标准的光源。

17.3.17

色温colourtemperature

在可见光区，光源的相对辐射功率分布与全辐射体在某一温度下的相对辐射功率分布相同

时，全辐射体的这一温度称为该光源的色温。

[GB/T7270-1987，定义1.19]

18.3.18

闪烁衰减时间scintillationdecaytime

闪烁体受单次激发后，光子发射率下降到其初始值的1/e所需的时间。

[GB/T4096.6–1996，定义2.3.5]

19.3.19

[闪烁体的]光子发射曲线photonemissioncurve（ofascintillator）

与闪烁体单次激发相对应的光子发射率随时间变化的曲线。

20.3.20

闪烁体的温度效应temperatureeffect（ofascintillator）

闪烁体的基本性能（如相对能量转换效率、光输出或相对光输出、固有幅度分辨率、闪烁

衰减时间、发射光谱等）随温度变化的关系。

21.3.21

[光电倍增管的]渡越时间分散dispersionoftransittime（ofaphotomultiplier）

从一个δ函数光脉冲照射整个光阴极的瞬间到输出脉冲前沿半幅度点的出现瞬间之间所

需时间的变化，以输出脉冲时间分布曲线上的半高宽来量度。

22.3.22

切伦科夫辐射Cerenkovradiation

当带电粒子在介质中的运动速度超过光在该介质中的速度时所产生的光辐射。

[GB/T7270–1987，定义1.2.6]

23.3.23

线性电流linearcurrent

与入射辐通量成线性关系的输出电流。

[GB/T7270–1987，定义1.3.3]

24.3.24

δ函数光源lightsourceofδfunction

一种具有有限辐通量和无限窄宽度的脉冲光源，通常指光脉冲输出时间比待测输出脉冲的

持续时间窄得多（最大为1/3）的光源。

4.4通则

1.4.1测量环境条件

闪烁体各项主要性能测量的环境条件见表1。

表1参考条件和标准试验条件

影响量参考条件标准试验条件

环境温度，℃2018～22

相对湿度，%6550～75

大气压，kPa101.386～106

交流供电电压，V220220（1±1%）

交流供电频率，Hz5050（1±1%）

交流供电波形正弦波波形总畸变<5%

环境γ辐射，μGy/h空气吸收剂量率0.1空气吸收剂量率≤0.25

外磁场干扰可忽略小于引起干扰的最低值

外界磁感应可忽略小于地磁场引起的干扰的2倍

放射性沾染可忽略可忽略

注：在不影响闪烁体性能测量的前提下，允许与表1中所列出的相近条件下进行。

2.4.2测量系统

1.4.2.1测量系统的组成

测量系统主要包括：

a）a）探头；

b）b）低压电源；

c）c）高压电源；

d）d）主放大器；

e）e）多道脉冲幅度分析器；

f）f）打印机。

高压电源低压电源

放射源*闪烁体光电倍增管匹配级主放大器

探头

多道脉冲幅度

分析器打印机

常用的测量系统的方框图见图1。

图1闪烁体性能脉冲法测量装置框图

2.4.2.2放射源

1.4.2.2.1应使用已知能量的放射性核素作为α、β、γ与X射线源。

2.4.2.2.2放射源的能量分散对待测参数的影响应可忽略不计。

3.4.2.2.3需用多准直孔或单准直孔α源时，孔的直径应不超过准直器的厚度（推荐值为

3mm），多孔准直器孔轴的间距应不小于孔直径的两倍。

4.4.2.2.4测试推荐使用的放射源见表2。

表2放射源主要特性

能量康普顿分布边缘

辐射类别核素半衰期keVkeV

60Co5.27a1332.51118.0

1173.2963.4

65

Zn245d1115.5907.6

22

Na2.6a1274.51061.6

511.0340.6

γ或x54Mn313d834.8639.1

137Cs30a661.6477.3

113Sn115d391.7237.0

139Ce137d165.865.2

57Co272d122.139.0

241Am433a59.511.2

26.3--

109Cd416d22.6--

55Fe2.6a5.95--

β137Cs30a624.2--

9090

Sr-Y28.5a非单能--

α241Am433a5484--

239Pu24400a5156--

3.4.2.3闪烁体标准样品

闪烁体标准样品（以下简称为标样）的确定和选取应符合GB/T10257-2001中6.1.5和GB4077

中的有关规定。

4.4.2.4探头

1.4.2.4.1探头包括闪烁体、光电倍增管、光屏蔽外壳、光电倍增管高压分压器和匹配级。

闪烁体和光电倍增管应置于光屏蔽外壳之内。必要时可以在闪烁体与光电倍增管之间置入光

导。允许将高压分压器及匹配级置于光屏蔽外壳之外。

2.4.2.4.2光电倍增管高压分压器电流应比光电倍增管平均阳极电流大10倍以上。

3.4.2.4.3脉冲工作状态时，光电倍增管输出回路的时间常数（包括放大器的输入电容在

内），应在1μs～10μs之间。

5.4.2.5光电倍增管电源

电源应稳定，高压电源应具有0.1%～0.05%的稳定度，纹波和噪声应不大于30mV。

6.4.2.6系统的测量1）

1.4.2.6.1脉冲法测量系统的非线性的测量方法参见附录A。

2.4.2.6.2电流法测量系统的非线性的测量方法参见附录B。

3.4.2.6.3测量系统的不稳定性的测量方法参见附录C。

3.4.3测量要求

1.4.3.1测量前，闪烁体必须避光存放，其时间长短由产品标准规定。

2.4.3.2闪烁体光学窗与光电倍增管光窗之间应加合适的光耦合材料。

1）参见гост17038.0–79~гост17038.7–79

3.4.3.3测量前光电倍增管在无光照条件下，加高压预热，直至进入正常工作状态。

4.4.3.4所有参数的测量应在闪烁体与光电倍增管完全避光的环境中进行。

5.4.3.5γ与X射线点源应置于闪烁体的轴线上（以闪烁体表面的中心计算，偏差应小于5

°），放射源与闪烁体入射窗的距离应不小于闪烁体直径或对角线的两倍。α、β源应直接置

于闪烁体入射窗面上。其它安置方式应在产品标准中规定。

6.4.3.6光电倍增管的光窗的有效面积一般不小于闪烁体光学窗的面积。光电倍增管光窗的

面积小于闪烁体光学窗的面积时，应使用光导或由多只光电倍增管组成的光电倍增管阵列。

7.4.3.7一般应将全吸收峰或康普顿边缘调至总道数三分之二处附近。测量脉冲幅度谱时，

应使用总道数不少于256道的多道脉冲幅度分析器，分析器的道宽应小于对应全吸收峰或康普

顿分布边缘脉冲幅度的1%。

8.4.3.8测谱的积分计数时，计数率应不大于3×103-1

s，这可通过调整放射源与探测器之间

的距离（对γ或X射线源）或选取适当活度的放射源（对γ、X、α或β射线源）达到。

9.4.3.9测量脉冲幅度谱的累积时间，应保证谱中对应全吸收峰或康普顿边缘的道计数不小

于3×103。当选用其它值时，应在产品标准中加以规定。

4.4.4安全要求

1.4.4.1所用放射源应符合GB4076的要求。

2.4.4.2所有与使用放射源相关的工作，应遵守GB4792以及GB8703中规定的原则。

3.4.4.3所有测量设备均接地。

5.5光输出

1.5.1全吸收峰法或康普顿分布边缘法

1.5.1.1测量原理

单能γ辐射射入闪烁探测器，其输出脉冲幅度的分布，主要由康普顿分布及全吸收峰（低原子序数

的闪烁体除外）等谱段组成。全吸收峰法与康普顿边缘法分别以全吸收峰或康普顿分布边缘幅度作为判

定闪烁体光输出的量度。

2.5.1.2测量装置

1.5.1.2.1工作于脉冲状态的闪烁参数测量装置，其方框图见图1。

2.5.1.2.2装置的非线性最大偏差应不超过3%。

3.5.1.2.3装置的脉冲幅度不稳定性应不超过2%，测量过程中对稳定性的检测应不少于每工

作7h测一次。当不稳定性超过2%，则从前一次检测后的测量数据应当遗弃。

4.5.1.2.4光电倍增管阴极的灵敏度不均匀性（按待测闪烁体最大直径所对应的面积考虑）

应不超过20%。

5.5.1.2.5所使用的标样应是与被测闪烁体同种类型且制作和结构相同的闪烁体，标样及待

测样品用单能的同类辐射激发。标样与待测闪烁体直径不同时，其相对差值应不超过25%，并

应对测量结果加以必要的修正。

6.5.1.2.6放射源的类型由产品标准规定。

3.5.1.3测量步骤

5.1.3.1标样与光电倍增管避光，并给光电倍增管加高压。

5.1.3.2安置放射源。允许将放射源置于探头外壳内，此时5.1.3.1与5.1.3.2逆序进行。

脉冲数N

Nmax

1

2

Nmax

0VS0幅度

5.1.3.3测量脉冲幅度谱，确定对应全吸收峰或康普顿分布边缘的脉冲幅度VS0。对应康普顿

分布边缘的脉冲幅度由分布高度的1/2确定（见图3），测量重复3次，取平均值VS0。

图2脉冲幅度分布的康普顿分布边缘图

5.1.3.4将待测闪烁体光耦合于光电倍增管光窗上。

5.1.3.5在放大倍数不变的情况下，重复步骤5.1.3.1与5.1.3.3，测量重复11次，分别计算

对应全吸收峰或康普顿边缘脉冲幅度的值Vi（i=1，2，……，11）。

4.5.1.4数据处理

1.5.1.4.1待测闪烁体的光输出S按公式（12）计算：

−

VVi+0

×s0

VVS,0+0

Si……………（1）

式中：

V0——装置转换特性原点，单位为道。

S——标样光输出的检定值，单位为光子数/电子伏（1/eV）；

0

VS,0——标样的全吸收峰或康普顿分布边缘的脉冲幅度平均值，单位为道。

V——待测闪烁体的全吸收峰或康普顿分布边缘的脉冲幅度值(i=1,2,……,11)单位为

i

道。

注：如果标样的光输出取作1（或100%），则由上述公式计算出待测样品的相对输出S。

r

s

2.5.1.4.2按公式(2)计算出待测闪烁体的全吸收峰或康普顿分布边缘的脉冲幅度平均值

11

∑si

i1

s

11

………………(2)

3.5.1.4.3按公式（3）计算出S值的标准偏差ΔS

i

11

2

∑(si−s)

i1

=Δs

10

………………（3）

ΔS

4.5.1.4.4光输出测量总误差S，置信度为95%时应不超过公式（4）的计算值：

2

ΔS0

ΔS4⎛⎞

1.1+

2⎜⎟

S100

S0

⎝⎠

………（4）

式中：

ΔS0

S

0——标样光输出测量误差，用百分数（%）表示。

2.5.2光电倍增管阳极电流法

1.5.2.1测量原理

根据闪烁体的类型选用一种能量的电离辐射，照射标样及待测样品，比较闪烁光导致的光电倍增管

阳极电流。

2.5.2.2测量装置

1.5.2.2.1工作于电流状态的闪烁体参数测定装置，见图B.1。

2.5.2.2.2装置的非线性应不超过3%。

3.5.2.2.3光输出标样应用被测闪烁体同种闪烁体制作，且结构也应相同。标样与待测闪烁

体的直径应一样，如果光输出与闪烁体尺寸的响应关系已知，允许使用尺寸与待测样品不同的

标样，但对测量结果应进行相应的修正。

4.5.2.2.4放射源的类型由产品标准规定。

3.5.2.3测量步骤

1.5.2.3.1将标样置于光电倍增管光窗上，在标样的光学窗及光电倍增管光窗之间置入不透

光纸屏，屏的直径应等于光窗直径。

2.5.2.3.2标样及光电倍增管避光，然后给光电倍增管加高压。

3.5.2.3.3安置放射源。允许将源置于探头外壳内，此时，步骤5.2.3.3与5.2.3.4逆序进

行。

4.5.2.3.4测量光电倍增管的本底电流Ib。

5.5.2.3.5将标样光耦合到光电倍增管光窗上。

6.5.2.3.6标样与光电倍增管避光，然后给光电倍增管加高压。

7.5.2.3.7置入放射源，其几何条件应与测本底电流时相同。

8.5.2.3.8测量光电倍增管阳极电流I0。

9.5.2.3.9对待测样品重复5.2.3.6～5.2.3.9步骤，测出光电倍增管本底电流Ib和阳极电流

I（每个数据测三次取平均值）。

4.5.2.4数据处理

1.5.2.4.1待测闪烁体的光输出S的计算公