NaI闪烁晶体原理

NaI(Tl)闪耀晶体原理(13页)Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。附录一 NaI(Tl)闪耀晶体闪耀体按其化学性质可分为两类：一类是无机晶体闪耀体，通常是含有少量杂质(称为激活剂)的无机盐晶体，如碘化钠(铊激活)单晶体、即 NaI(Tl)，碘化铯(铊激活)单晶体、即 CsI(Tl)，硫化锌(银激活)、即 ZnS(Ag)等；另一类是有机闪耀体，它们都是苯环碳氢化合物。闪耀体的发光机制比较复杂，在此对无机晶体闪耀体的发光机制作一些简要的定性介绍。无机晶体闪耀体属离子型晶体，原子(离子)之间结合得比较紧密相互之间影响比较大，晶格中原子电子能级加宽成为一系列连续的能带。其中最低能量状态已为电子所填满，故称为满带；价电子都处于稍高的能量状态，这种能带称为“价带”。若价带未填满，则在外电场作用下将有净电流产生；若价带已填满，则必须有电子被激发到更高的能带——导带上去，才能产生电流，此时价带上有一空穴，导带上有一电子，即产生了一个自由电子——空穴对。价带与导带之间的空隙中不存在电子能级，称为禁带；禁带有一宽度 Eg，它和晶体的导电性质密切相关，导体在 0.1eV 左右，半导体在 0.63—2.5eV 之间，无机闪耀体为绝缘透明物质，Eg>3eV，NaI 为 7.0eV。也存在另一种情况：在闪耀晶体中产生的电子——空穴对仍束缚着，称为“激子”，它们在晶格中一起运动，在外电场中无净电流产生，其能带在导带之下，称为“激带”。自由的导带电子和价带空穴可以复合成激子，激子也可以吸收热运动能量变成自由电子——空穴对。当核辐射进入闪耀体时，既可产生自由电子——空穴对，也可以产生激子。而后电子从导带或激带跃迁到价带，退激过程中放出光子；也存在着竞争过程——非辐射跃迁，即通过放热(晶格振动)退激。有一点需要指出，纯的NaI 晶体不是有效的闪耀体。一是因为相应禁带宽度的光子能量在紫外光范围，不是可见光；二是退激发出的光子尚未逸出晶体就会被晶体自身吸收。为了解决这一问题，在纯晶体中掺入少量杂质原子(如 Tl)，称为“激活剂”，它们成为发光中心，形成一套激发能级，能量比导带低，而基态却比价带高，这样跃迁产生的光子能量就比禁带宽度 Eg小，那么它就不可能再使价带上的电子激发到导带上去，从而避开自吸收。碘化钠闪耀晶体能吸收外来射线能量使原子、分子电离和激发，退激时发射出荧光光子。NaI(Tl)晶体的密度较大(ρ=3.67g/cm3)，而且高原子序数的碘占重量的85%，所以对 γ 射...