闪烁体余辉: 如何检测ppm级的毫秒余辉？

上一篇中我们介绍了闪烁体在X射线成像中的应用。在对闪烁体材料进行X射线成像时，余辉是非常重要的一个指标。‌闪烁体余辉是指闪烁体在X射线等激发源关闭后仍能持续发光的现象‌，其特性直接影响成像质量和设备性能。在医疗成像领域，例如CT成像需要高时间分辨率，低余辉可减少伪影的干扰。在安检与工业检测领域，低余辉可以提升快速扫描系统的图像清晰度，避免拖尾，提高检测的可信度。

图1. CT成像及CT工业检测

针对闪烁体的余辉测试，国标《GB/T 13181-2023闪烁体性能测量方法》中规定了相关方法。

闪烁体余辉（afterglow of a scintillator）指的是闪烁体在致电离辐射激发停止后一段时间内持续的发光现象。通常以闪烁体在辐射关断后某一时间点的发光值与同一辐射激发下的发光值之比表征该时间点的余辉值。余辉测试的测试方法如图2所示。

参照如上方法测试得到X射线关断前后的数据，可以采用以下公式来计算闪烁体的余辉值。

待测闪烁体在X射线关断后t 时间点的余辉值按以上公式计算：

性能优异的闪烁晶体材料对余辉的要求十分严格，通常会在激发停止后特定时间点（如6ms、10ms、20ms或100ms）测量相应的余辉值，余辉值最低可至百万分之一（ppm）水平。那么我们该如何来检测ppm水平的余辉值呢？

国标《GB/T 13181-2023闪烁体性能测量方法》中针对余辉测试采用的仪器设置如图3。采用的检测器是硅光电二极管，根据光电二极管的灵敏度估算，国标方法检出限约在千分之一水平。

图3. 国标《GB/T 13181-2023闪烁体性能测量方法》中余辉测试装置图

卓立汉光公司的OmniFluo960-XrayP 闪烁体辐射发光测试系统（图4）采用高灵敏度的光电倍增管作为检测器，利用光子计数模式提高弱光探测灵敏度，并通过快门重频方式，可采集到上百次重频后的信号，提高信号稳定性。此外OmniFluo960-XrayP配置经校正的衰减片，提高了系统测试的线性范围，轻松实现百万分之一（ppm）级别的余辉检出，可为闪烁体材料性能优化提供有力的数据支撑。软件还充分考虑了不同场景的应用，我们专门针对余辉设置了“关闭辐照”选项，即在需要较长积分时间测试的情况下，可以手动关闭X射线源的辐照。系统以ECO节能模式运行，更加智能化。

图4. OmniFluo960-XrayP闪烁体辐射发光测试系统

以下为采用OmniFluo960-XrayP对闪烁体材料GOS（Tb）进行余辉测试结果。从图5中可以看到，经过100次重频后采集的数据具有更加可靠的信噪比。

图5. GOS（Tb）余辉测试图

表1为X射线关断后不同时间t处的余辉值，采用国标的计算公式1得到。由下表可得到，该GOS（Tb）闪烁体材料在经过50ms的衰减时间后，余辉值仅剩余72.7±0.9ppm。经过8s后，仅可测到2.2±0.3ppm 的余辉。