光电倍增管总规范

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国家标准 GB/12564一2008 代替GB/T12564一1990,GB/T7270一1987,GB/T13708一199 光电倍增管总规范 Generiespeeifieationforphotomultipliertuhes 2008-07-02发布 2009-04-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管蹬委员会国家标准

GB/12564一2008 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义 光源和辐射源 光电参数测量 其他性能的试验方法 37 38 标识 附录A资料性附录光电倍增管认证用详细空白规范 4C 参考文献 45 图1测试光电倍增管的暗箱实例 lC 图2阴极灵敏度的测试系统 12 13 图3阴极光谱灵敏度测试方框图 图4阳极灵敏度的测试系统 15 图5暗电流测试电原理图 8 图6光脉冲输人信号脉冲幅度测试方框图 图7电离辐射输人信号脉冲幅度的测试方框图 19 图8光电倍增管固有幅度分辨率测试方框图 20 图9单电子幅度分辨率测试方框图(恒定光源法 图1o单电子幅度分辨率测试方框图(脉冲光源法 图11具有稳定的高次级发射系数第一倍增极例如GaP)的光电倍增管的典型多电子幅度分布 22 图12暗电流噪声测试方框图 2: 23 图13用恒定光源测试噪声的方框图 图14单电子分布曲线示意图 24 图15单电子积分曲线示意图 24 2: 图16用调制光源测试噪声的方框图 图17上升时间测试方框图 2: 21 图18渡越时间测试方框图 28 图19有关渡越时间参数的图解 图20单管渡越时间分散测试方框图 2 29 图21双管渡越时间分散测试方框图 图22单电子时间分布曲线 30 图23最大线性电流测试方框图(偏振片法 3 31 图24脉冲输出电流与相对光通量的关系曲线
GB/T12564一2008 31 图25最大线性电流测试方框图(双脉冲法) 图26最大线性电流测试方框图(XY示波器 32 图27均匀性测试方框图 33 36 图28光电倍增管输出电流的变化曲线 表1环境试验的参考条件和标准试验条件 37 表2对光电倍增管所施加的扭力矩 表A.1详细空白规范的格式 4C
GB/12564一2008 前 言 本标准代替GB/T12564一1990《光电倍增管总规范》,GB/T72701987《光电倍增管测试方法》和 GB/T13708一1992(《光电倍增管详细空白规范》 本标准是GB/T12564一1990,GB/T7270一1987和 GB/T13708一1992整合修订 本标准纳人GB/T72701987的基本内容,并将GB/T13708一1992 修改后作为本标准的资料性附录 本标准与GB/T12564一1990相比主要差异如下 -增加第2章“规范性引用文件”引用合适的国家标准; -“阳极光照灵敏度”中增加“测量阳极光照灵敏度有两种方法,”(5.2.3.l); “闪烁探测器对rC、的幅度分辨率"中增添“幅度分辨率计算公式”(S.3.2.1.3) 用GB/T102632006“环境试验的参考条件和标准试验条件”取代原标准试验条件和相应内 容(5.1.1); 各项环境试验(高温,低温,震动及运输包装试验等)全部按GB/T 10263一2006《核辐射探测 器环境条件与试验方法》相应条款进行试验(6.4) 本标准的附录A是资料性附录 本标准由核工业集团公司提出 本标准由全国核仪器仪表标准化技术委员会归口 本标准起草单位;中核(北京)核仪器厂,南京华东电子集团 本标准主要起草人李碌华,周焕华,田再田,司曙光,朱估舟、昊其华 本标准所代替标准的历次版本发布情况是 -GB/T7270一1987 -GB/T12564一1990; GB/T137081992 业

GB/T12564一2008 光电倍增管总规范 范围 本标准给出光电倍增管相关术语,规定了光电参数的测试、其他特性的检查和试验以及标志等 本标准适用于具有分立倍增极的光电倍增管的产品试验和检验 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 GB/T191包装储运图示标志 GB/T787电子管管基尺寸 GB/T2423.28电工电子产品基本环境试验方法试验T;锡焊试验方法 电工电子产品基本环境试验第2部分试验方法试验U.引出蹦及整体的安 GB/T2423.29 装强度 GB/T3189电子管引出帽连接尺寸 GB/T7274一1987电子管极间电容测试方法 GB/T10263一2006核辐射探测器环境条件与试验方法 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准 辐射量和光量 辐[射]能 radiatioenergy 以辐射形式发射、传播或接收的能量 3.1.2 辐[射能]通量radiationlus 辐[射]功率radiationpower 以辐射形式发射、传播或接收的功率 3.1.3 辐[射]强度radiation intensity 在给定方向上的立体角元内,离开点辐射源(或辐射源面元)的辐射功率除以该立体角元所得的商 辐[射]照度radiatioilumination 照射到表面一点处的面元上的辐通量除以该面元的面积所得的商 3.1.5 light 光 能引起人眼视觉反应的辐射,广义上还包括紫外和红外辐射
GB/T12564一2008 3.1.6 光通量lightlwx 由标准光度观察者评价的辐通量,或者光谱灵敏度为标准视觉函数V(a)的选择性接收器所接收到 的辐通量 3.1.7 发光强度 luminousintensity 光源在给定方向的立体角元内发出的光通量除以该立体角元所得的商 3.1.8 [光]照度lightilum mination 照射到表面一点处的面元的光通量除以该面元的面积所得的商 3.1.9 色温eolourteperature 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 3.1.10 电离辐射ionizimgradiation" 由直接电离粒子、间接电离粒子或由两者组成的辐射 3.1.11 核辐射源nuelearradiationm 发射或能够发射电离辐射的物质或装置 3.1.12 闪烁scintllationm 由电离粒子引起的持续时间很短(几微秒或更短)的发光 3.1.13 闪烁体scintillator 以适当的形式由一定量的闪烁物质组成的对电离辐射灵敏的元件 3.1.14 闪烁探测器scintilationdeteetor 把闪烁体直接或通过光导与光敏器件(例如光电倍增管)进行光稠合所组成的辐射探测器 3.1.15 切连科夫辐射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 3.1.16 切连科夫探测器Cerenkovdeteetor 把能产生切连科夫辐射的介质直接或通过光导与光敏器件(例如光电倍增管)进行光耦合所组成的 用于探测相对论性粒子的辐射探测器 3.1.17 脉冲堆积pulsepilc-up -个脉冲叠加在前一个脉冲上引起脉冲幅度失真甚至使一些脉冲无法分辨的现象 3.1.18 resolutiontime 分辨时间 能分辨开两个相继出现的脉冲或电离事件之间的最小时间间隔
GB/T12564一2008 3.1.19 光电峰photopeak X或y辐射的能谱响应曲线的峰,它与探测物质中通过光电效应吸收的光子能量相对应 3.1.20 全能峰total emerpeak 全吸收峰totalabsorptionpeak 对于X或7辐射,相当于光子在探测物质中能量全部被吸收时的能谱响应曲线的峰 注:全能峰与光电峰的不同之处在于前者考虑了由康普顿效应和电子对效应引起的全部吸收 3.1.21 半高宽FwIHIM(fllwidththalmaximum) 半峰宽peakhalfwidh 在单峰分布曲线上纵坐标值为峰值一半的,两点的横坐标之间的距离 3.1.22 光电流photeurrent 阴极电流ceathodecurrent 由光辐射使光阴极发射的电流 3.1.23 输出电流outputcurent 阳极电流anodecurrent 由光辐射使光电倍增管输出的电流 3.1.24 线性电流lineareurrent 与人射辐通量成线性关系的输出电流 3.1.25 饱和光电流saturatedphotoeurrent 饱和阴极电流saturatedcathodecurrent 在恒定辐照条件下,增加光阴极与作为光电子收集极的电极之间的电压时,不变的或仅有不明显改 变的光电流 3.1.26 饱和输出电流saturatedloutputcurrent 饱和阳极电流saturatedanodecurrent 在恒定辐照条件下仅增加末级电压时,不变的或仅有不明显改变的输出电流 3.1.27 饱和电压saturatedvotage 在恒定辐照条件下,对应于饱和电流的极间电压 3.1.28 收集电压coleetionvoltage 第一倍增极与光阴极之间的电压 3.1.29 末级电压finalvoltage 阳极与末级倍增极之间的电压 3.1.30 工作电压operatingvotage 阳极电压anodevotage 阳极与光阴极之间的电压
GB/T12564一2008 3.1.31 分压比votagedistrbutingratio 光电倍增管诸相邻电极之间电压的相对比值,而以中间级的均匀分压电压值作为1 3.1.32 前级分压比otagedistributngratioinfromtstages 从光阴极到至少前面两个倍增极诸相邻电极之间电压的相对比值,而以中间级的均匀分压电压值 作为1 3.1.33 后级分压比yoltagedistributingratioinrearstages 倍增管最后几级诸相邻电极之间电压的相对比值,而以中间级的均匀分压电压值作为1 3.2直流参数 3.2.1 阴极光照灵敏度eathodeluminossensitivity 光电流除以人射于光阴极的光通量所得的商 3.2.2 stils.dueu 蓝光灵敏度、红光灵敏度和红外灵敏度 bluelighhtsemsi sensitivity，infrared lightsensitivity 在某些特定的波长区,作为常规使用,可用特性已知的有色滤光片蓝色、红色、红外滤光片)插人光 路后测得的光电流除以未插人滤光片的光阴极受照光通量,所得的商分别称为蓝光灵敏度、红光灵敏度 和红外灵敏度 3.2. 3 蓝白比、红白比、红外白比bletowhiteratio,reltowhiteratio.infraredtowhiteratio 蓝光灵敏度、红光灵敏度和红外灵敏度与光照灵敏度的比值分别称为蓝白比、红白比和红外白比 3.2.4 阴极辐射灵敏度ceathoderadiantsensitiity 光电流除以人射于光阴极的辐通量所得的商 3.2.5 阴极光谱灵敏度eathodespeetrnlsensitivity 指定波长单色辐射的阴极辐射灵敏度 3.2.6 量子效率quantumerrieieney 发射光电子数与人射光子数的比值 3.2.7 收集效率 coleteffeiensy 第一倍增极所收集的有效电子数与光阴极发射电子数的比值 3.2.8 nsitiity 阳极光照灵敏度anodeluminoussen 阳极输出电流除以人射于光阴极的光通量所得的商 3.2.9 阳极辐射灵敏度aoderadiantsensitivity 阳极输出电流除以人射于光阴极的辐通量所得的商
GB/T12564一2008 3.2.10 阳极光谱灵敏度 nsitivity an0despectralsen 指定被长单色幅射的阳极铺射灵敏度 3.2.11 增益gainm 在一定工作电压下阳极输出电流与阴极电流的比值 3.2.12 暗电流darkeurent 在无辐照条件下光电倍增管的输出电流 3.2.13 暗电流等效输入equlvalentdarkcurrentinput 当直流信号输出电流等于暗电流时,所对应的人射辐射 3.3脉冲幅度参数 3.3.1 信号[脉冲]幅度sigmalpulseamplitude 用一定强度的光脉冲重复照射光阴极时,阳极输出脉冲的平均幅度，一般以幅度分布曲线峰值对应 的脉冲幅度表示 对输人信号为单能的x或Y辐射,为全能峰峰值对应的脉冲幅度 3.3.2 最大[脉冲]线性电流 current imer maximumpulse) 输出电流偏离光电线性达10%时的电流值 3.3.3 [脉冲]幅度分辨率pulse)aplituderesolutiom 在输出脉冲幅度谱上,所研究的峰的半高宽与峰值脉冲幅度的比值 3.4噪声参数 3.4.1 暗脉冲dark puse 工作在完全黑暗中,并且隔离外界电离辐射时,光电倍增管输出的脉冲 3.4.2 后脉冲puspuse 在时间上与信号脉冲有关联的乱真输出脉冲 幅度一般比触发信号脉冲幅度小,且发生在触发信 号脉冲之后的差不多固定的时间间隔内 3.4.3 闪烁脉冲scintilationpluse 由闪光引起的乱真脉冲 闪光主要由窗玻璃内的发光中心与足够能量的辐射之间的相互作用 产生 3.4. 暗电流噪声darkcurrentnoise 无辐照时输出的电流统计起伏的均方根值 3.4.5 信号中噪声noiseinsignal 有信号输人时,输出的电流统计起伏的均方根值 3.4.6 信噪比signaltonoiseratio 信号输出电流与噪声电流暗电流噪声或信号中噪声)的比值
GB/T12564一2008 3.4.7 噪声等效输入equivalentnoiseinput 当信号输出电流等于暗电流噪声时,所对应的人射辐射 3.4.8 噪声能当量 correspondentnoiseenery 噪声等效能量eqvalent noiseenergy 输出暗脉冲积分曲线上与总计数率50s'相应的一个闵值,由此阂值以y辐射能量为标尺计算出 的相当能量或等效能量 3.4.9 暗[脉冲]计数率dark(plse)etin" rate 输出暗脉冲谱上某两个阀值之间的总计数率 阔值以单电子的平均幅度作为标尺 3.5时间参数 3.5.1 [脉冲]上升时间(pulse)risetme 用一定光通量的》函数光脉冲重复照射整个光阴极时,在输出脉冲波形前沿,幅度的10%与90% 的两点之间的平均时间间隔 3.5.2 单电子[脉冲]上升时间 singleelectropulserisetime 光阴极发射单个电子引起的输出脉冲的上升时间 3.5.3 反射脉冲上升时间releetedlpulserisetime 用一个与光电倍增管阳极输出接头相连接的时域反射计所观测到的反射脉冲的上升时间 3.5.4 脉冲响应宽度pulseresponsewidth 用一定光通量的丽数光脉冲重复照射整个光阴极时,在输出脉冲波形上两个半幅度点之间的平 均时间间隔 3.5.5 单电子脉冲响应宽度singleeleetronpulseresponsewidth 光阴极发射单个电子引起的输出脉冲响应宽度 3.5.6 [脉冲]下降时间pulse)fatime 用一定光通量的心函数光脉冲重复照射整个光阴极时,在输出脉冲波形后沿，幅度的10%与90% 的两点之间的平均时间间隔 3.5.7 单电子[脉冲]下降时间singleeleetronpulsefalltime 光阴极发射单个电子引起的输出脉冲的下降时间 3 5.8 渡越时间transittime 从一个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的时间 间隔 g 3.5. 输入系统渡越时间inputsystemtransittime -束光电子从光阴极渡越到第一倍增极所需的时间
GB/T12564一2008 3.5.10 倍增系统渡越时间 multipliersystemtransittime -束电子离开第一倍增极的瞬间与该电子束被倍增后到达阳极的瞬间之间的时间间隔 3.5.11 time edly" 输出结构延迟时间outputstructure -束电子到达阳极的瞬间与在输出接头上输出脉冲前沿半幅度点的出现瞬间之间的时间延迟 3.5.12 athodetransittimedifference 光阴极渡越时间差photoca 从光阴极中心发射的电子与从光阴极指定直径上某些规定点发射的电子之间的渡越时间差 3.5.13 渡越时间分散transittimejiter timeresolution 时间分辨率 从一个心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 3.5.14 单电子渡越时间分散singleeleetrontransittime.jiter 单电子时间分辨率singleeleetrontimeresolution 从一个心函数光脉冲照射整个光阴极的瞬间(使每次产生的光电子不多于一个)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 光源和辐射源 标准光源 标准光源指作为光源标定标准或用作测试计量标准的光源 对于光电倍增管的直流性能测试,规 定采用A光源或按该光源标定的色温为2856K的鸽光源 4.1.1一级标准光源 由国家权威机关标定或经该机关认可的标准光源,通过它可建立光的单位 注:现有国际标准是在铂凝固温度下的全辐射体 4.1.2二级标准光源 恒定的复制光源,可用一级标准光源来作比较而直接或间接地予以确定 4.1.3三级标准光源 有规则使用的光源,应经常地按二级标准光源进行标定 4.2辐射源 4.2.1可见光辐射源 对所考虑波长的单色辐射经过校正的一种标准光源或者标准光源和规定滤光片的组合 4. .2.2紫外辐射源 具有规定光窗和谴光片的低气压承放电灯,该谴光片在25a.了am上经过校正 也可乘用紫外标 准型高气压汞放电灯,该灯在366nm上的辐射是已知的 4.2.3红外辐射源 对所考虑波长的单色辐射经过校正的一种标准光源或者标准光源和规定红外滤光片的组合 4 3 闪烁光源 4.3.11Cs-Na(T)闪烁光源Cs-NalT 用作光电倍增管幅度分辨率测试的规定光源 rC、核辐射源发射能量662keV的7射线引起Nal(Tl)闪烁体闪烁,光谱主要在蓝紫光区域 相
GB/T12564一2008 应于光电效应的闪烁,每个光脉冲约产生2×10'个光子 闪烁体的闪烁衰减时间约为0.254s 4.3.2弱Fe-NalT)闪烁光源“Fc-Na(TD 用作光电倍增管对低能辐射的幅度分辨率测试的规定光源 新Fe核辐射源发射能量5.9keV的X射线引起镀窗Nal(Tl)闪烁体闪烁 4.48函数光源 4.4.1概述 -种具有有限辐通量和无限窄宽度的脉冲光源 在光电倍增管时间参数测试中,通常指光脉冲的 持续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 心函数光源的强度分散不得超过等 效于rCs-Nal(Tl)的闪光的百分之 发光二极管光源 发光二极管光源每个脉冲的光输出在110个光子范围内变化 对少于100个光子的闪光,典型 的上升时间为500ps,下降时间近似等于上升时间,最快上升时间只能用函数电流脉冲激发才能获 得 当每个脉冲超过几百个光子时上升时间开始增大 用阶跃函数电流脉冲激发时上升时间显著地 变慢 二极管的脉冲发生器,可用水银开关脉冲发生器,典型的重复频率为400Ha;也可用雪崩 用于发光二 晶体管脉冲发生器,典型的重复频率为10kHz 这两种脉冲发生器都可引出触发信号来标记闪光的出 现瞬间 4.4.3火花光源 水银浸湿开关火花光源的上升时间约为500ps,下降时间稍长,并带有一个持续时间为几个纳秒的 指数型尾巴 在主脉冲后1左右常常产生多个脉冲,这些脉冲通常不会干扰测量 一般用带有充电 电缆线的水银开关作火花光源,典型的重复频率为400Hz 也可用自激放电闪光,重复频率约几千赫 火花光源可引出触发信号来标记闪光的出现瞬间 每个脉冲的光输出在1~10个光子范围内变化 对于那些需要较强的光脉冲的测量,火花光源的 上升时间可增大到1ns以上,而下降时间可超过10ns 火花光源的光谱分布包含紫外辐射,肉眼观察火花呈浅蓝色,可用于获得光阴极和倍增极的光电发 射,例如BeO和GaP(Cs)倍增极获得光电发射 4.4.4切连科夫光源 可用带有3核辐射源(如"s)的塑料薄片作光源.上升时间小于100ps,每个脉冲的光输出在1 100个光子范围内变化 光谱分布包含蓝光和紫外辐射,重复频率由辐射源的强度决定,而闪光在时间 上是无规律的,因此不能提供电触发信号来标记闪光的出现瞬间 .4.5快闪烁光源 4. 由核辐射源和快塑料闪烁体组成的光源,典型的上升时间为400ps,下降时间约为1.5ns,并带有 一个持续时间为几个纳秒的特征性的长尾巴 重复频率由辐射源强度决定,而闪光在时间上是无规律 的,因此不能提供电触发信号来标记闪光的出现瞬间 4.4.6锁模激光光源 He-Ne激光器(633nm)的脉冲宽度约为1ns,Ar激光器(588nm和514.5nm)的脉冲宽度约为 250ps,而Nd:YAG激光器(1.06m)的脉冲宽度约在1ps一50ps范围内,因此Nd:YAG激光器对快 速光电倍增管的时间测量最为有用 Nd:YAG激光器可提供电触发信号来标记每个脉冲的出现瞬间,重复频率通常在75MHz~ 200MHz范围内 对于某些光电倍增管的测量,即使75MHz的重复频率也嫌太高,用快速电光调制器 封锁不需要的脉冲可获得较低的重复频率 1.06 pm辐射的强度,可从大多数光阴极获得实用的光电发射,即使这些光阴极(如锄艳阴极)通常 不适用于这一波长
GB/T12564一2008 用非线性晶体可将1.06m的辐射倍频到532nm 这种皮秒脉冲可以强到每个脉冲包含10 个 光子,因此可用来获得GaP(Cs)倍增极和光阴极的光电发射,探测倍增极的表面,画出它的空间定时特 性图 4.5标准光源的校正 4.5.1色温的校正 当光源的色温与全辐射体的分布温度相同时,光源在该色温下的相对辐射功率分布可由全辐射体 在该分布温度下的相对辐射功率分布来表征,由于分布曲线具有连续性和可微性,因此只要在蓝、绿、 红、红外几个特定波长上求得相对分布的校正,光源的色温也就得到了标定 作为一种快速的校正,只 要使规定的蓝、红两个波长上相对分布的红蓝比达到标定值即可 光源色温校正所需的设备仪器主要 是单色仪和辐射检测元件 校正时,先测标准光源,调节单色仪波长,测出每一波长下辐射检测元件的读数 再将标准光源换 成待校光源,测出每一相应波长下辐射检测元件的读数,并将此读数与标准光源所给出的读数 比较 所需的光谱纯度的等级与光源辐射对于波长的变化速率有关 通常,对于所涉及波长,其光谱带宽 为该波长的百分之一数量级已足够狭窄 应引起注意的是应保证外界辐射不落在检测元件上 精密光栅单色仪或两次分光单色仪均可用于提供高的光谱纯度,而校正过的热电偶或热电堆及其 有关的测试电路,通常用来测量单色仪出射狭缝的辐射功率 有关色温校正方法的详细说明可参阅JG213一1980检定规程 4.5.2发光强度的校正 发光强度的校正在光具座上进行,采用标准光源、光度计和光电接收器 标准光源应为二级标准光 源,也可以是麦克贝司(Macbeth)光源 光度计通常用鲁末-布洛享(L.ummer-Brodhun)光度头,它应视 场清晰,界线分明均匀对称 光电接收器可以是性能稳定的光电池、光电管、光电倍增管,或由标准色 度仪校正过的其他光敏器件 有关发光强度校正方法的详细说明可参阅JJG246-1981检定规程 光电参数测量 测试条件 5.1.1参考条件和标准试验条件 光电倍增管应在参考条件或标准试验条件(见表1)下进行光电参数测量 在不产生异议时,通常可在正常大气条件下进行测量 表1环境试验的参考条件和标准试验条件 影 响 量 参考条件 标准试验条件 正常大气条件 环境温度/ /C 20 1822 1535 65 75 -75 相对湿度/% 50 45 101.3 86106 86~106 大气压强/kPa 环境7辐射 0.1 0.25 空气吸收剂量率)/gGy/h) 外磁场干扰 小于引起干扰的最低值 可忽略 小于地磁场引起干扰的2倍 可忽略 外界磁感应 放射性污染 可忽略 可忽略 5.1.2暗箱 光电倍增管的测试应在不透光暗箱中进行 用于灵敏度测试的暗箱通常分割为两节,一节供安置
GB/T12564一2008 待测光电倍增管,另一节供固定光源 两节皆具有规定的孔径,中性减光器和滤光片则插人于分割处 光源与待测光电倍增管之间的距离通常是固定的,也可以是可调的,但此距离应不小于光源灯丝线度的 200倍 图1示出了固定距离暗箱的实例 中性减光器 光电倍增管 光源 光抽 光制 图1测试光电倍增管的暗箱实例 光源和光电倍增管之间应设置一系列光闹,为防止连续性反射,光闹孔应具有锐利的边缘,且光闹 孔径应满足测试立体角的要求 与光电倍增管紧贴的光闹孔应保证在光阴极的有效面积上受照 光 源,光闹孔和光阴极受照面三者的中心应在同一轴线上 整个暗箱的内壁和全部光闹应进行黑化.以防止内部光反射 由于光源热量大,因此应对光源小室采取散热措施 为调节光阴极面上的光照值,可采用导轨使光源在其上得以平行于光轴移动 若不得不改变光源 与光电倍增管之间的距离以获得另外的光照值,则对一标准测量来说一般应该移动光电倍增管而不宜 移动光源 5.1.3探头 核辐射测量装置的一部分,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 置放大器及某些功能单元电路 对探头的要求如下 外壳的设计应避免在光阴极区域有较高的电场 a b)外壳的内壁和光闹等应黑化以防止光反射 外壳不得有可探测的漏光,这可以在有和没有明亮的环境光照射外壳的情况下借助于光子计 数仪作半小时的光子计数来验证 d 前置放大器的重要功能是使光电倍增管的输出和与其相连接的仪器之间获得最佳的合,所 以前置放大器应尽可能地安装在接近光电倍增管的输出端使前置放大器的输人电容尽可能 地小 此外,由于前置放大器对整个测试装置的噪声有着重大影响,因此应尽可能地减小其纹 波和噪声 5.1.4测试仪器 5.1.4.1电源 电源应稳定,高压电源应具有1X10'稳定度,纹波和噪声应不大于10mV 5.1.4.2直流测试仪器 微电流计等测试仪器其指示精度应小于1% 光源的供电电源的稳定度应小于0.1%,其指示精度应小于0.5% 5.1.4.3脉冲测试仪器 测试所用的仪器的技术指标不应对参数的测试有明显的影响 10
GB/T12564一2008 5.1.5测试工作状态 5.1.5.1选择、调整分压器 选择调整分压器步骤如下 流过电阻分压器的电流至少应为阳极平均电流的20倍 对于那些发射电流很大的倍增极,其 a 极间电压应单独地稳定(如采用单独的电源 b 当阳极峰值电流远大于阳极平均电流时,应在倍增极之间或倍增极与地之间跨接电荷储存电 容,以保证在脉冲的持续时间内能有效地维持倍增极所需的电位 应根据测试要求选择或仔细调节分压比,以期获得参数的最佳值 5.1.5.2选择工作点 测试时,不允许超过光电倍增管极限参数所规定的值,如最高增益、最大工作电压、最大极间电压和 最大平均阳极电流等 5.1.5.3选择阳极负载电阻 应根据所测参数的情况,选择相应的最佳阳极负载电阻值,同时应使阳极与地之间的分布参数尽可 能小 5.1.5.4选择成形方法和时间常数 应采用适合于最佳性能的脉冲成形方法和时间常数,并加以注明 5.1.5.5建立稳定状态 应待光电倍增管和整个测试装置建立稳定工作状态后才能获取数据,另有规定除外 注，整个测试系统应避免电路的漂移和基线偏移 5.1.6测试环境 5.1.6.1环境光 测试室应具有适当的光屏蔽条件,以避免环境光对光电倍增管的影响 5.1.6.2电磁场 电磁场要求如下 在光电倍增管周围应加与玻壳接触的静电屏蔽层,该屏蔽层通过一高阻(如几兆欧)接至光阴 a 极电位,以获得最好的测试重复性,同时也可避免可能产生的玻壳的场致发光、玻璃的电解和 玻壳表面的电荷积累 b)光电倍增管测试前应退磁,测试时应加一磁屏蔽简,该屏蔽简超出光阴极面的长度应不小于 光阴极半径 值得注意的是即使地磁场的强度也足以影响测试 5.1.6.3本底核辐射 存在本底核辐射的环境下,应采取适当的核辐射屏蔽措施,以保证光电倍增管的暗电流和噪声等参 数的测量不受其影响 注意事项 5.1.7.1清洁处理 测试前,光电倍增管的管壳、管基和管座应清洗干净.以防止产生外部的漏电和噪声效应 5.1.7.2避光存放 光电倍增管在测试之前应在黑暗中存放适当时间 5.2直流参数和特性测试方法 5.2.1阴极灵敏度 5.2.1.1 阴极光照灵敏度 阴极光照灵敏度的测试在暗箱内进行,测试系统如图2,辐射源为标准光源 1l
GB/T12564一2008 牺射源 中性减光器 有色滤光片 光闹 聚焦极 限流电阻R 图2阴极灵敏度的测试系统 光阴极面上的光通量和阴极光照灵敏度分别按式(1)和式(2)计算: WA F，一 -T 云 S 一 式中: F 光通量,单位为流明(Im); Ww -发光强度,单位为坎德拉(cd); 距离,单位为米(m); A -光阴极面的面积,单位为平方米(m); T -中性减光器的透射率; 阴极光照灵敏度,单位为微安每流明(nAIm); S 阴极光电流,单位为安培(A. 测量阴极光照灵敏度,通常采用10-m一10- lm范围的光通量 所用的光通量值不应大大,否财 由于光阴极层的电阻损耗会引起测量误差;也不能太小,否则由于欧姆漏电流会使对光电流的精确测量 难于进行 在图2所示的测试电路中,至少应使最前两级倍增极也工作在正常电压下,以使电场分布不受影 响 若光电倍增管按二极管接线对电场分布的影响并不大时,也可按二极管接线 通常R是一个1MQ电阻,其作用是在测量过程中光电倍增管一旦受损(例如放电或短路)时限制 支取电流 由于所测电流很小,所以应注意防止漏电 所加电压应足够大以保证饱和,一般为100V400V 可用升高一倍电压的方法来检验是否达到饱和,若已达到饱和,则升高电压只能使电流有微小的增加 5.2.1.2阴极辐射灵敏度 测试系统仍如图2所示,但辐射源为标准辐射源 若标准辐射源对一定方向上的辐强度作过校正,则与此方向垂直的光阴极面上的辐通量和阴极辐 射灵敏度分别按式(3)和式(4)计算 " = 3 12
GB/12564一2008 S 式中: 内 辐通量,单位为瓦特(w); 辐强度,单位为瓦特每球面度(w/sr); w -阴极福射灵般度,单位为毫安每瓦特(mA/w 为测量阴极辐射灵敏度,宜采用10-w~10-w范围的辐通量,其他与5.2.1.1相同 5.2.1.3阴极光谱灵敏度 阴极光谱灵敏度的测试设备主要包括辐射源、单色仪、接收器、检流计以及电压表五个组成部分,其 推荐方框图如图3所示 调谐放大器 接收器 检流计 步检测器 光会聚 光转向 辐射游 光调制器 滤光片 单色仪 系统 系统 电位差计 词请放大器 数字 高压电源 供电电淅 光电倍增管 监视系统 同步检测器 电压表 图3阴极光谱灵敏度测试方框图 辐射源的选择,应根据测试的要求,在可见光和红外区用钨丝灯或钨带灯;在紫外区用汞放电灯、怎 放电灯、氢放电灯或其他放电灯 为了读数稳定,供电电源宜采用电位差计监视系统 单色仪应具有高的光谱纯度,具体数值取决于光谱灵敏度对波长的变化率 在某些波长上辐射源 有强烈的辐射或待测光阴极有很高的灵敏度,因此有必要设置滤光片,以消除在这些波长上的散射 此 外,单色仪应具有光转向装置,可用来改变从出射狭缝输出的辐射光束的方向,使其既可对准接收器,也 可通过出射窗而照射光阴极面 接收器常用真空热电偶或真空热电堆;它们需进行校正,并把辐通量表征为检流计的读数,就可以 用来测量从单色仪出射狭缝输出的辐通量 检流计和电压表均应具有较高的灵敏度和适当的输人阻抗,以测定接收器和光阴极的微弱电流 注，应该注意避免由于热电偶的漂移与 习光电倍增管暗电流的变化所引起的不精确性 可实现的一种方法是在单色 仪前设置一光调制品,这样一来 ,热电偶或光电倍增管的输出可以用调谐放大器和同步检测器来测定 测试时,首先将辐射光束转向接收器,用接收器测定指定波长上的辐通量,再将辐射光束转向光电 倍增管,测定同一波长上光阴极的饱和光电流,即可按定义求出阴极光谱灵敏度 5.2.1.4量子效率 在给定的人射波长上的量子效率;)按式(5)计算 1.24S. 5 n入= 式中: S.(a) 在波长入上的阴极光谱灵敏度,单位为毫安每瓦特(mA/w): 人射辐射的波长,单位为纳米(nm) 5.2.1.5蓝光灵敏度和蓝白比 测试系统仍如图2所示,但应在光路中加人具有特定光谱透射率曲线的例如QB24牌号的蓝色滤 13
GB/T12564一2008 光片 注QB24蓝色滤光片厚度的选择,应使其透过率与康宁(Ccorning)cs5-58(半毛坯厚度)相等效 先由式(1)求出阴极受照光通量F,再测出该阴极对经QB24滤光后的同一标准光源的蓝光电流 I,即可求出蓝光灵敏度S;=In/F 根据阴极光照灵敏度S 即可求出蓝白比Rw=S/S 5.2.1.6红光灵敏度和红白比 测试系统仍如图2所示,但应在光路中加人具有特定光谱透射率曲线的例如HB11牌号的红色滤 光片 注:HB1l1红色滤光片厚度选择,应使其透过率与康宁(Corning)(CS-2-62相等效 先由式(1)求出阴极受照光通量F,再测出该阴极对经HB11滤光后的同一标准光源的红光电流 l,即可求出红光灵敏度S 根锯阴极光照灵敏度s 即可求出红白比Rw= =lR/F =SR/S 5.2.1.7红外灵敏度和红外白比 测试系统同图2,但应在光路中加人具有特定光谱透射率曲线的HHWEB3牌号的红外滤光片 先由式(1)求出阴极受照光通量F.,再测出该阴极对经HwB3滤光后的同一标准光源的红外电流 IR,即可求出红外灵敏度SR=lR/F 根据阴极光照灵敏度S 即可求出红外白比Rw=SiR/S 5.2.2光谱响应特性 5.2.2.1相对光谱响应特性 阴极光谱灵敏度相对值与波长之间的关系,通常用对峰值的归一化曲线表示 相对光谱灵敏度特 性的测试系统同图3 测试时,首先在各个波长的单色辐射下,测定接收器的输出读数 然后在同样波长的单色辐射下 测定光电倍增管的光电流,在每一波长下,将光电流除以接收器的输出读数,可得一条表征其商数与波 长之间关系的过渡曲线,将此曲线对峰值归一化,即可得相对光谱灵敏度特性R(A). 5.2.2.2绝对光谱响应特性 阴极光谱灵敏度与波长之间的关系,通常用曲线表示 5.2.2.2.1测量法 绝对光谱响应特性的测试方法与5.2.2.1相同,只是接收器的输出读数需进行校正,即输出读数按 辐射功率值进行定标,则按5.2.2.1所得的过渡曲线即为绝对光谱响应特性 5.2.2.2.2计算法 由阴极光照灵敏度s 和阴极相对光谱响应特性R(a)进行计算 利用2856K标准光源的辐射分布特性w(a),视觉函数Va)以及波长555nm单色辐射的光功当 量683lm/w,由数值积分法按式(6)计算出转换因数K: 683V(入)w(入)d K 6 R()w(A)d以 峰值波长处的阴极光谱灵敏度按式(7)计算 Sp=KS 绝对光谱谐响应特性按式(8)计算: 8 S，=SR(A 5.2.2.3量子效率特性 在各个波长下,逐一计算出量子效率,即可获得量子效率特性(a),通常用曲线表示 阳极灵敏度 阳极光照灵敏度 阳极光照灵敏度的测试在暗箱内进行,测试系统如图4所示,辐射源为标准光源 14
GB/T12564一2008 光刚 聚焦极 辐射源 中性减光器 负高压 R 限流电阻 图4阳极灵敏度的测试系统 光阴极面上的光通量和阳极光照灵敏度按式(9)和式(1o)计算 wAT F = S = 育 式中: T -中性减光器的透射率; 阳极光照灵敏度,单位为安培/流明(A/Im); 输出电流,单位为安培(A) 测量阳极光照灵敏度有两种方法;一种是固定阳极输出电流,测量阳极电压;一种是固定阳极电压 测量阳极输出电流 通常采用10-l"lm10-"lm范围的光通量 所用的光通量不应太大,否则会导致 非线性饱和并使输出电流超过额定值;也不能太小,否则由于暗电流的作用会使对光电倍增管的输出电 流的精确测量难于进行 最理想的中性减光器应在从可见光到近红外的整个区域内具有一致的透射率 然而由于在此区域 内减光器的透射率通常总是不够一致的,因此对光谱响应特性相差悬殊的光电倍增管的测试,就需要对 减光器进行分区校正 另外,为了减弱光照,既可以增大光源与光电倍增管之间的距离,也可以采用发光强度较低但辐射 分布不变的光源 在可见光各个波长上完全一致地减弱光照的另一个方法是在所示系统的光源和光阴极之间插人一 个校正过的无色漫射屏,该屏最好是一块两面完全磨砂的玻璃板,也可以是一块乳白的玻璃板 当此屏 处在光源和光阴极之间的某一适当位置时,可达最大程度的光照减弱 在光谱的近紫外、可见光和近红外部分都能完全一致地减弱光照的又一个方法是采用外表面蒸铝 的凸面反射镜或漫反射屏,后者如氧化镁屏或硫酸俱屏 在图4中,所加的工作电压应保证光电倍增管工作在线性范围内,阳极电流应小于制造厂规定的最 大值 15
GB/T12564一2008 R为限流电阻,其作用是在测量过程中光电倍增管一旦受损例如放电或短路)时限制支取电流 阳极光照灵敏度与阳极工作电压几乎呈指数增长关系,即工作电压的微小增加能引起阳极光照灵 敏度的很大增长 因此在某些场合,需要测量与一定阳极光照灵敏度相应的工作电压,以此电压的高低 来评估光电倍增管的性能 5.2.3.2阳极辐射灵敏度 测试系统如图4所示,但辐射源为标准辐射源 若标准辐射源对一定方向上的辐射强度作过校正,与此方向垂直的光阴极面上的辐通量和阳极辐 射灵敏度按式(11)和式(12)计算 WA = (11 p T L" (12 s 式中: S. -阳极辐射灵敏度,单位为毫安/瓦特(mA/w) 测量阳极辐射灵敏度,宜采用10-w10-w范围的辐通量 其他与5.2.3.1相同 5.2.3.3阳极光谱灵敏度 阳极光谱灵敏度的测试同5.2.1.3,但测试时需要注意以下各点: 阴极受照辐通量应该用一系列特性已知的中性减光器衰减至所需的微弱范围; 所加的工作电压应保证光电倍增管工作在线性范围内 b) 数字电压表所测得的是阳极输出电流 c 若光电倍增管的增益与光阴极上的人射波长无关,则可由阴极光谱灵敏度S(a)和增益G按 式(13)获得阳极光谱灵敏度S.(A): S.(a入)=GSe.(a) 13 5.2.4增益 5.2.4.1概述 由于增益数值很大,要一步就测定它是困难的,因为光电流只有处在极其微弱的水平上,才能使阳 极输出电流不超过指定的最大值 增益可按下述几种方法测定,但这些方法都基于下列假定 a)光阴极电流、倍增极电流和阳极电流都严格地正比于人射光通量， 不论光通量及其波长的变化如何,增益总是常数 b 5.2.4.2方法一 首先,在足够弱的光通量下测定与某一工作电压相应的阳极电流I.,该阳极电流应在线性范围内. 且光电倍增管不应有疲劳效应 然后,使光通量增强M倍(但不改变其光谱分布),测定阴极电流;这时,只有光电倍增管的第 级和前几级倍增极才施加正常电压,以免光电倍增管输出过载 于是电流增益可按式(14)计算 -M G (14 式中: -弱光通量下测定的阳极电流,单位为毫安(m.A); 强光通量下测定的阴极电流,单位为毫安(mA)3 M 光通量的增强倍数 为了更确切地知道所用中性减光器的透射率,光通量的调节也可采用单色光来实现 16
GB/T12564一2008 5.2.4.3方法二 首先,选择人射光通量并降低工作电压,使得刚好能测出阴极电流Ia;与此同时,测定阳极电流 I,该阳极电流照例是阴极电流的某一倍数(例如1000倍) 其次,使光通量减弱某一适当的倍数,并 测定较小的阳极电流Ie 然后,在人射光通量不变的情况下,升高工作电压至正常值,再一次测定阳极 电流Ia 这样,电流增益可按式(15)计算 15) ( G-是义 式中: A、I.i分别为低工作电压下的阴极电流与阳极电流,单位为毫安(mA); 同一工作电压下光通量减弱至正常值时的阳极电流,单位为毫安(mA); I2 I 同一弱光通量下工作电压升高至正常值时的阳极电流,单位为毫安(mA》. 如有必要,上述测试也可分几步进行 测试时,阴极电流和阳极电流应互成比例,以保证测试结果的准确性 5.2.4.4方法三 用阳极光照灵敏度S,与阴极光照灵敏度S，的比值计算增益 (16 -景 在给出G值的同时,应当标明相应的工作电压 由于s，和s 测试条件的不同,应注意这种方法在 某些情况下可能带来的误差 5.2.5阳极特性 5 .2.5.1阳极伏安特性 当光电倍增管的其他电压均保持一定时,阳极电流可作为末级电压的函数而进行测量 这一特性基本上类似于真空光电二级管的伏安特性;然而由于在前几级中电流增益的结果,使得阳 极电流通常是如此之大,以至在常规电压下,空间电荷将导致光通量与阳极电流之间出现非线性关系 因此在各种不同的恒定光通量数值下,应该得到电流对于电压的特性曲线族 5.2.5.2阳极灵敏度特性 分压比保持一定时,阳极光照灵敏度或阳极辐射灵敏度与工作电压的关系曲线 阳极灵敏度特性是电压的幕函数,因此应绘制这些参数的对数值对于工作电压的关系曲线 5.2.5.3增益特性 分压比保持一定时,增益与工作电压的关系曲线 增益特性是电压的幕函数,因此应绘制该参数的对数值对于工作电压的关系曲线 5.2.6暗电流和暗电流特性 5.2.6.1暗电流 暗电流是在规定的工作电压下或在规定阳极光照灵敏度的工作电压下测定的 引起暗电流的可能因素是漏电流、热电子发射、场致发射、残余气体电离以及管内荧光 在低的工 作电压下,暗电流的主要成分通常是漏电流和热电子发射 热电子发射和残余气体电流能够用它们的温度特性加以判断 在高的工作电压以及与之相应的高 增益情况下,另外的暗电流分量将成为暗电流总值的主要成分 测试原理图如图5所示,光电倍增管隔绝外界辐射并采用规定的分压器 测试前,光电倍增管应避 光存放,并应标明测试环境温度 17
GB/T12564一2008 限流电阻R 负高压 图5暗电流测试电原理图 5.2.6.2暗电流等效输入 5.2.6.2.1暗电流等效光通量 当直流信号输出电流等于阳极暗电流时,所对应的人射光通量 在数值上等于暗电流除以阳极光 照灵敏度,单位为流明(lm). 5.2.6.2.2暗电流等效辐通量 当直流信号输出电流等于暗电流时,所对应的人射辐通量,在数值上等于暗电流除以阳极辐射灵敏 度,单位为瓦特(w) 暗电流等效辐通量是在特定波长上的值,通常是在峰值波长上的值 暗电流等效输人可在一定的工作电压下、或在与一定的阳极光照(或辐射)灵敏度相应的工作电压 下,测量暗电流和阳极光照(或辐射)灵敏度来确定 5.2.6.3暗电流的电压特性 暗电流与光电倍增管工作电压的关系,用曲线表示 在不同的工作电压下,按5.2.6.1测定对应的暗电流,即可作出暗电流的电压特性曲线 5.2.6.4暗电流等效输入的灵敏度特性 此特性可以表示为暗电流等效光通量对于阳极光照灵敏度,或者在规定波长上的暗电流等效辐通 量对于该波长上的阳极辐射灵敏度的关系,用曲线表示 在不同的工作电压下,按5.2.3测定阳极光照(或辐射)灵敏度,并按5.2.6.2测定对应的阳极暗电 流然后折算成暗电流等效光通量(或辐通量),即可作出暗电流等效输人的灵敏度特性曲线 5.2.6.5暗电流的温度特性 暗电流或暗电流等效输人与光电倍增管所处环境温度的关系,用曲线表示 在不同温度下,按5.2.6.1测量出阳极暗电流或按5.2.6.2折算成暗电流等效输人,并作出阳极暗 电流或暗电流等效输人与温度的关系曲线 最大电压和最大电流 5.2.7.1最大工作电压、最大阳极电压 使光电倍增管接近出现明显放电等现象的工作电压 测试时,采用规定的分压器,在正常的光阴极受照光通量下,逐渐加大工作电压直到光电倍增管输 出电流接近出现明显不稳定现象时为止,这时的电压即为最大工作电压 通常制造单位,将与最大阳极 光照灵敏度相对应的工作电压或将实测最大工作电压按适当安全系数减值后的工作电压作为推荐的最 大工作电压 5.2.7.2最大平均输出电流,最大平均阳极电流 使光电倍增管接近出现严重疲劳时的平均输出电流 18
GB/12564一2008 测试时,采用规定的分压器,在正常的工作电压下逐渐加大人射辐通量,观察30s内光电倍增管的 输出电流值,直到输出电流接近出现明显不稳定现象,这时的输出电流即为最大平均输出电流 通常制 造单位,将实测最大平均输出电流按适当安全系数减值后的输出电流作为推荐的最大平均输出电流 5.2.7.3极间绝缘电阻测试方法 定义:某一指定电极与连接在一起的其余所有电极之间的绝缘电阻 测试方法;除某一指定电极外,将其余所有电极连接在一起,并在指定电极与其余所有电极之间加 上规定电压值,测量流过指定电极的电流 测试前倍增管的管壳、管基和管座应清洗干净,以防止产生 外部的漏电;并且倍增管应在黑暗中存放适当时间 测试时,要屏蔽所有的辐射 产品标准规定值进行 所加电压按照定 详细规范应规定的条件 a)所加的电压 如果不是所有电极的极间绝缘电阻都需要测量,则要规定需测的电阻 b) 5.2.7.4极间电容测试方法 倍增管极间电容的测试应按照GB/T7274一1987第3章测试方法进行 脉冲幅度参数测试方法 5.3.1信号[脉冲]幅度 对脉冲光源的信号脉冲幅度和对'Cs-Na(Tl)的信号脉冲幅度测试方框图如图6、图7所示 脉冲光激 光电倍增管 前置版大器 主放大器 多道分析器 图6光脉冲输入信号脉冲幅度测试方框图 NalTI 光电倍增管 前置放大器 主放大器 多道分析器 4 cs 图7电离辐射输入信号脉冲幅度的测试方框图 测试装置需用精密脉冲幅度发生器进行校准 测试注意事项 a)计数率和分辨时间的选择应使脉冲堆积足够小,使不致明显地影响测量的准确度 o 光电倍增管应处于线性工作状态 整个测试装置应作线性检验,如用"Co核辐射源,它的高 能峰几乎正好是Cs全能峰的两倍 采用具有谱平滑功能的计算机多道分析器,比一般的多道分析器能更准确地确定分布曲线峰值的 脉冲幅度 5.3.2[脉冲]幅度分辨率 5.3.2.1闪烁探测器对wcs的幅度分辨率 这种幅度分辨率主要是光阴极量子效率、收集效率和空间均匀性以及闪烁体分辨率的 5.3.2.1.1 函数 测试方框图与图7同 1rCs核辐射源直接置于闪烁体人射窗中心,源强使测试装置的总计数率不 超过1000s';Nal(TI)闪烁体的直径和厚度与光阴极直径近似相等,用硅油或粘性油将它与待测的光 电倍增管进行光合 闪烁体的封装盒应处于光阴极电位 5.3.2.1.2测试注意事项 a 仔细调节前级分压比,提高收集效率 D)适当选择光电倍增管的阳极时间常数和放大器的微分、积分时间常数 19
GB/T12564一2008 光电倍增管和测试装置应工作在线性状态 不适当的阳极电压过高的增益(因而过大的阳极 电流)或不适当的分压器,均可引起输出脉冲幅度分布的压缩,从而产生一个不正确(偏优)的 幅度分辨率 测试前,光电倍增管和闪烁体应避光存放至少24h d e 闪烁探测器应预先工作至少一小时以上,使之达到稳定的工作状态 trCs的全能峰的半高宽至少应占有16道,半高宽内各道的总计数应不少于50000,微分和积 分时间常数应不大于了 确定全能峰半幅度点(半峰值点)的值应采用线性内插法或曲线拟合法,所采用的方法应加以 说明 5.3.2.1.3测试方法;采用具有谱平滑功能的多道分析器,由于每道计数的统计起伏可大大减小,因而 可显著提高幅度分辨率的测量精确度 幅度分辨率计算公式见式(17) -×100% (17 式中: 谱光电峰半高宽; AN N -光电峰振幅 5.3.2.2闪烁探测器对re的幅度分辨率 测试方框图与图7同 核辐射源Fe直接置于闪烁体人射窗中心,源强使测试装置的总计数率不 超过1000s 闪烁体的封装盒应处于光阴极电位,用硅油或粘性油将它与待测的光电倍增管进行光 耦合 测试按5.3.2.1的方法进行 Fe的幅度分布是不对称的,高斯分布不能完全描述观测到的分布 因此,基于高斯分布的假设所 测得的分辨率是不理想的 5.3.2.3固有幅度分辨率 测试方框图如图8所示 采用合适的脉冲光源,例如发光二极管光源,其人射于光阴极的光子数可 通过调节减光器的透射率,使输出的脉冲幅度分布的峰值与1:Cs-Nal(Tl)产生的全能峰的峰位在同一 道数上 脉冲光源必须置于使光阴极均匀受照的位置,光谱特性和脉冲持续时间最好与rCs-Nal(TD) 信号相近,重复频率约1kHz 滤光片为蓝色滤光片(如QB24),阳极时间常数必须比光脉冲的持续时 间和闪烁体的闪烁衰减时间大得多 减光器 脉冲光源 光电倍增管 前置放大器 主放大器 多道分析器 滤光片 图8光电倍增管固有幅度分辨率测试方框图 用等效于Cs-NaI(Tl)的脉冲光源测得的幅度分辨率,可用来估计Nal(T)闪烁体可能获得的幅 度分辨率 然而,由于脉冲光源的闪光不能模拟Nal(TI)闪烁体所具有的光的空间分布,而且没有考虑 到闪烁体的分辨率,所以这种测试仅能提供所能期望的对rCs分辨率的近似极限 5.3.2.4单电子幅度分辨率 5.3.2.4.1概述 单电子幅度分辨率仅对那些能够分辨单电子峰的光电倍增管才有意义 单电子幅度分辨率仅与倍 增系统的结构第一倍增极的次级发射系数和收集电压等有关 20
GB/12564一2008 5.3.2.4.2恒定光源法 测试方框图如图9所示 光电倍增管 前置放大器 主放大器 多道分析器 小型鸽丝灯,作为单光电子的激发源; 光闸,控制光的通断; 小孔光闹 4、5 -分别为减光器和偏振片组,用于调节人射于光阴极的光子数; -窄带滤光片,使人射于光阴极的光子能量近似相同 图g单电子幅度分辨率测试方框图(恒定光源法) 测试步骤如下 a 开启光闸,调节减光器和偏振片组使人射于光阴极的光子所产生的输出脉冲有合适的总计数 率 这时多道分析器测得的曲线是单光电子分布曲线与暗脉冲分布曲线之和; b)关闭光,这时多道分析器测得的是暗脉冲分布曲线 将步骤a)与b)测得的曲线,利用多道分析器的“剥谱”功能得到单电子分布曲线; c d)按照幅度分辨率的定义求出单电子幅度分辨率 5.3.2.4.3脉冲光源法 这一方法适用于暗脉冲计数率较高的光电倍增管,其测试方框图如图10所示 脉冲光源 光电倍增性 前置放大器 主放大器 脉冲发生器 线性n 多道分析器 减光器; 偏振片组; 窄带滤光片 图10单电子幅度分辨率测试方框图脉冲光源法》 测试步骤如下 a)调节减光器和偏振片组,使光脉冲在光阴极产生一个与两个光电子事件之比应不小于100: 脉冲发生器输出触发脉冲作为线性门的开门脉冲 由光脉冲产生的单光电子脉冲经放大器 b) 放大后,通过线性门到多道分析器,在多道分析器上显示单电子分布曲线; 按幅度分辨率的定义求出单电子幅度分辨率 5.3.2.4.4暗脉冲法 直接利用暗脉冲分布曲线来求单电子幅度分辨率 某些光电倍增管虽然可从暗脉冲来获得单电子 分布,然而,恒定光对于证实多道分析器显示的真正单电子峰的位置还是需要的 某些光电倍增管能够分辨单电子峰,但由于噪声的影响,得到的脉冲幅度分布在低能侧不可能下降 到半幅度点(半峰值点) 在这种情况下,可以规定幅度分布曲线上另外某些幅度处(例如75%)的宽度 与峰值脉冲幅度的比值来表示,但应强调这一数值不是以半高宽与峰值脉冲幅度的比值所定义的幅度 21
GB/T12564一2008 分辨率 单电子幅度分辨率测试注意事项 a 收集电压应足够高(如500V),要仔细调节前级分压比,以获得高的收集效率 D)应保证光电倍增管测试装置工作在线性状态 在计数实验中,光电倍增管有时工作在非线性 状态,该状态的单电子分布也可用半高宽与峰值脉冲幅度的比值来表征 但是,该值不应称 为单电子幅度分辨率,给出结果时,应指明是对非线性工作状态下的测量值 5.3.2.5多电子幅度分辨率 多电子幅度分辨率是光电倍增管倍增系统对一个或两个电子组成的输人信号的分辨能力的量度 这种测量仅适用于那些能够分辨一个或两个电子事件的光电倍增管,如具有高次级发射系数第一倍增 极的光电倍增管 测试方框图与图10同,多道分析器应只在光电倍增管输出所期望的脉冲期间才选通 借助于调节 人射于光阴极的光子数使单电子、双电子和其他电子数的峰值彼此之间可以建立在任一相对高度,多道 分析器显示器观察到的脉冲幅度分布如图11所示 半高宽 100 80 60 40 20 等效于光电子数的脉冲幅度 图11具有稳定的高次级发射系数第一倍增极(例如GaP)的光电倍增管的典型多电子幅度分布 量度幅度分辨率,对第一个电子蜂既可采用半高宽与蜂值脉冲幅度的比值,也可采用蜂谷比 二个,第三个电子峰的幅度分辨率只能采用测量相等幅度的相邻峰的峰谷比P,/V P/V,对第 P/V 来量度 测试注意事项同5.3.2.4 噪声参数测试方法 暗噪声 5.4.1.1暗电流噪声 嗜电流噪声的测试方框图如图12所示 电路中的滤波器具有规定的噪声等效通频带,在指定的工作 电压下记下噪声的均方根值,并转换成电流量,即为暗电流噪声I, 环境温度、测度装置带宽、阳极负载 电阻以及杂散电容都应加以规定或说明 光电倍增管测试前须避光存放,测试时应完全隔离外界辐射 22
GB/T12564一2008 光电信增管 滤波器 均方根值读数仪 图12暗电流噪声测试方框图 5.4.1.2噪声等效输入 睛电流噪声的等效输人,可以表征为嗓声等效光通量,也可表证为噪声等效锯通量,它们的测试原 理图如图13所示 恒定光激 均方根值 光电倍增管 滤波器 读数仪 微电流计 图13用恒定光源测试噪声的方框图 在一定的工作条件下,先测出光阴极受照时的信号输出电流,再测出无照时暗电流噪声 即可根据 式(18)和式(19)分别求出单位带宽的噪声等效光通量或单位带宽的噪声等效辐通量 18 F = 旱- 贾 19 大=旱六 式中: 暗电流噪声等效光通量,单位为(Im/Hz); F 暗电流噪声等效辐通量,单位为(w/Hz); 测试时阴极受照的光通量,单位为流明(Im). F 内 -测试时阴极受照的辐通量,单位为瓦特(w); 工 暗电流噪声,单位为安培(A); -信号输出电流,单位为安培(A); Af -滤波器的通频带,单位为频率(H2). 5.4.1.3噪声能当量,噪声等效能量 测试方框图与图7同,光电倍增管工作在正常工作电压下 测试时首先调节放大器的放大倍数,使 urC-Nal(TI)信号脉冲分布曲线的全能峰位于多道分析器的适当道数上,设为D道 然后取去Nal(TI 闪烁体和Cs核辐射源,并屏蔽外界所有的核辐射源 再调节放大器的放大倍数,使暗脉冲分布曲线位于 多道分析器的适当道数区间 若D道以上的积分计数率为50s 则噪声能当量按式(20)计算 .(20 E = 员一E 式中: K.K， 分别为放大器对Y辐射脉冲和暗脉冲的放大倍数; E Y辐射的能量,E，的E的单位为千电子伏(keV 另外,也可采用积分甄别器和定标器(或其他计数仪器)来代替多道分析器 测试注意事项 噪声测试属于弱“信号”测试,测试系统,尤其是前置放大器的噪声应尽可能低,以保证测量的 准确度; b)屏蔽周围电离辐射的干扰; 23
GB/T12564一2008 避免磷光效应的影响; c d)选择放大器的微分和积分时间常数,使噪声最低; e)给出测试结果时应注意环境温度 55 .4.1.4暗[脉冲]计数率 测试暗计数率首先要调节上下两个阔值,而调节阔值又应先确定单电子平均幅度的道数 光电倍 增管的单电子分布曲线为非对称的玻里亚分布,如图14所示 道数D, 图14单电子分布曲线示意图 单电子平均幅度的道数D按式(21)计算 N， D D一 21 N 式(21)可改写成式(22): D 22 -[>N+N十+习] 式(22)中的分子就是单电子积分曲线(图15)的面积,而分母就是单电子分布曲线(图14)的面积 因此,分别求出这两个面积即可计算出单电子平均幅度(道数). s 道数D 图15单电子积分曲线示意图 214