辐射探测器,核辐射探测器的词条释义

碲锌镉在核辐射探测器方向简介

碲锌镉晶体是一种性能优良的核辐射探测器材料，对X、γ射线有很高的探测效率和很好的能量分辨率，而且可以在室温下工作。随着最近几年国民经济和科学技术实力的高速发展，碲锌镉核辐射探测器在空间探测、工业探伤、医疗影像、环境监测、核安全防护以及基础科学研究等领域的应用越来越广泛，具有广阔的应用前景和不可 *** 的市场价值，其必将迎来一个高速发展的时期。

对于碲锌镉核辐射探测器，当X、γ射线等高能粒子射线打入探测器的介质晶体时，射线粒子会与介质晶体中的原子产生能量交换，使射线很快损失掉一部分能量，这部分能量被晶体中的原子所吸收，促使其电子从满带跃迁到导带上，从而在导带产生电子，在满带剩余空穴，这便形成了可以用来形成电信号的电子-空穴对。在介质晶体的两端电极上加一高压外加电场，在高压电场作用下介质晶体内部的电子-空穴对分别向两端电极漂移，电信号通过电极被收集起来，在两端电极上形成微弱的感应电流。将探测器芯片分别依次连接至前置放大器、主放大器、多道脉冲幅度分析仪以及计算机主机。感应电流首先进入前置放大器，经过前置放大器将信号放大之后产生输出电压脉冲，该电压脉冲再输入至主放大器，在主放大器内过滤掉噪声之后再输入至多道脉冲幅度分析仪，最后将得到的数据传送至计算机主机，这时频谱脉冲等信息可以在显示器上直观地展示出来，从而实现对射线的探测。

核辐射探测器的词条释义

nuclear radiation detector

又称核探测元件(nuclear detection element)。是探测辐射射线用的器件。常用的有电离室、计数管和闪烁计数器、原子核乳胶、固体核径迹探测器和半导体探测器等。

这类探测元件可以测量辐射射线和它们的性质。其原理主要是利用射线与物质相互作用时所产生的多种效应。如应用带电粒子与物质作用产生电离的原理 *** 的电离室、计数管，以及α径迹探测器等；利用其荧光作用做成的闪烁计数器；利用电离和激发所引起的化学反应过程 *** 原子核乳胶，固体核径迹探测器等。对带电离子可直接应用上述性质，对不带电的粒子(如γ射线)，则应用其与物质作用的三种效应(光电效应、康普顿-吴有训效应、电子对效应)所产生的二次电子来达到上述目的。 通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。主要类型有电离室、正比计数器和盖革(G-M)计数器(管）。它们的结构相似，一般都是具有两个电极的圆筒状容器，充有某种气体，电极间加电压，差别是工作电压范围不同。电离室工作电压较低，直接收集射线在气体中原始产生的离子对。其输出脉冲幅度较小，上升时间较快，可用于辐射剂量测量和能谱测量。正比计数器的工作电压较高，能使在电场中高速运动的原始离子产生更多的离子对，在电极上收集到比原始离子对要多得多的离子对(即气体放大作用)，从而得到较高的输出脉冲。脉冲幅度正比于入射粒子损失的能量，适于作能谱测量。盖革计数器又称盖革-弥勒计数器或G-M计数器，它的工作电压更高，出现多次电离过程，因此输出脉冲的幅度很高，已不再正比于原始电离的离子对数，可以不经放大直接被记录。它只能测量粒子数目而不能测量能量，完成一次脉冲计数的时间较长。

多丝室和漂移室

这是正比计数器的变型。既有计数功能，还可以分辨带电粒子经过的区域。多丝室有许多平行的电极丝，处于正比计数器的工作状态。每一根丝及其邻近空间相当于一个探测器，后面与一个记录仪器连接。因此只有当被探测的粒子进入该丝邻近的空间，与此相关的记录仪器才记录一次事件。为了减少电极丝的数目，可从测量离子漂移到丝的时间来确定离子产生的部位，这就要有另一探测器给出一起始信号并大致规定了事件发生的部位，根据这种原理制成的计数装置称为漂移室，它具有更好的位置分辨率（达50微米），但允许的计数率不如多丝室高。

半导体探测器

辐射在半导体中产生的载流子（电子和空穴），在反向偏压电场下被收集，由产生的电脉冲信号来测量核辐射。常用硅、锗做半导体材料，主要有三种类型：①在n型单晶上喷涂一层金膜的面垒型;②在电阻率较高的 p型硅片上扩散进一层能提供电子的杂质的扩散结型;③在p型锗（或硅）的表面喷涂一薄层金属锂后并进行漂移的锂漂移型。高纯锗探测器有较高的能量分辨率，对γ辐射探测效率高,可在室温下保存,应用广泛。砷化镓、碲化镉、碘化汞等材料也有应用。

闪烁计数器

通过带电粒子打在闪烁体上，使原子（分子）电离、激发，在退激过程中发光，经过光电器件（如光电倍增管）将光信号变成可测的电信号来测量核辐射。闪烁计数器分辨时间短、效率高，还可根据电信号的大小测定粒子的能量。闪烁体可分三大类：①无机闪烁体,常见的有用铊(Tl)激活的碘化钠NaI(Tl)和碘化铯CsI(Tl)晶体，它们对电子、γ辐射灵敏,发光效率高，有较好的能量分辨率，但光衰减时间较长；锗酸铋晶体密度大，发光效率高，因而对高能电子、γ辐射探测十分有效。其他如用银 (Ag)激活的硫化锌ZnS(Ag)主要用来探测α粒子;玻璃闪烁体可以测量α粒子、低能X辐射,加入载体后可测量中子；氟化钡 (BaF2)密度大，有荧光成分，既适合于能量测量，又适合于时间测量。②有机闪烁体,包括塑料、液体和晶体(如蒽、茋等),前两种使用普遍。由于它们的光衰减时间短(2～3纳秒,快塑料闪烁体可小于1纳秒)，常用在时间测量中。它们对带电粒子的探测效率将近百分之百。③气体闪烁体，包括氙、氦等惰性气体，发光效率不高，但光衰减时间较短（10纳秒）。

切伦科夫计数器

高速带电粒子在透明介质中的运动速度超过光在该介质中的运动速度时，则会产生切伦科夫辐射，其辐射角与粒子速度有关，因此提供了一种测量带电粒子速度的探测器。此类探测器常和光电倍增管配合使用；可分为阈式(只记录大于某一速度的粒子)和微分式（只选择某一确定速度的粒子）两种。

除上述常用的几种计数器外，还有气体正比闪烁室、自猝灭流光计数器，都是近期出现的气体探测器，输出脉冲幅度大，时间特性好。电磁量能器(或簇射计数器)及强子量能器可分别测量高能电子、γ辐射或强子（见基本粒子）的能量。穿越辐射计数器为极高能带电粒子的鉴别提供了途径。 通过记录、分析辐射产生的径迹图象测量核辐射。主要种类有核乳胶、云室和泡室、火花室和流光室、固体径迹探测器。

核乳胶

能记录带电粒子单个径迹的照相乳胶。入射粒子在乳胶中形成潜影中心，经过化学处理后记录下粒子径迹，可在显微镜下观察。它有极佳的位置分辨本领（1微米），阻止本领大，功用连续而灵敏。

云室和泡室

使入射粒子产生的离子集团在过饱和蒸气中形成冷凝中心而结成液滴（云室），在过热液体中形成气化中心而变成气泡（泡室），用照相 *** 记录，使带电粒子的径迹可见。泡室有较好的位置分辨率（好的可达10微米），本身又是靶，目前常以泡室为顶点探测器配合计数器一起使用。

火花室和流光室

这些装置都需要较高的电压，当粒子进入装置产生电离时，离子在强电场下运动，形成多次电离，增殖很快，多次电离过程中先产生流光，后产生火花，使带电粒子的径迹成为可见。流光室具有较好的时间特性。它们都具有较好的空间分辨率（约 200微米）。除了可用照相记录粒子径迹外，还可记录电脉冲信号，作为计数器用。

固体径迹探测器

重带电粒子打在诸如云母、塑料一类材料上，沿路径产生损伤，经过化学处理（蚀刻）后，将损伤扩大成可在显微镜下观察的空洞，适于探测重核。

由许多类型的探测器、磁铁、电子仪器、计算机等组成的辐射谱仪，可获得多种物理信息，是近代核物理及粒子探测的发展趋势。

核辐射探测器的工作原理

辐射探测器的工作原理基于粒子与物质的相互作用。当粒子通过某种物质时，这种物质就吸收其全部或部分能量而产生电离或激发作用。

如果粒子是带电的，其电磁场与物质中原子的轨道电子直接相互作用。

如果是γ射线或X射线，则先经过一些中间过程，发生光电效应、康普顿效应或产生电子对，把部分或全部能量传给物质的轨道电子，再产生电离或激发。

对于不带电的中性粒子，例如中子，则是通过核反应产生带电粒子，然后造成电离或激发。

辐射探测器就是用适当的探测介质作为与粒子作用的物质，将粒子在探测介质中产生的电离或激发，转变为各种形式的直接或间接可为人们感官所能接受的信息。

核辐射探测器的性能指标

辐射探测器的主要性能指标有探测效率、分辨率、线性响应、粒子鉴别能力等。

（1）探测效率

探测器探测到的粒子数与在同一时间间隔内入射到探测器中的该种粒子数的比值。它与探测器的灵敏体积、几何形状和对入射粒子的灵敏度有关。一般要求探测器具有高探测效率。但在一些特殊场合，如在极强辐射场下，则要求探测器具有较低的探测效率。

（2）分辨率

根据所分辨的内容的不同，核辐射探测器的分辨率可以分为能量分辨率、空间分辨率、时间分辨率等。

能量分辨率：对于不同能量的同一种辐射粒子，探测器在一定程度上具有将其区分开来的能力。探测器所能区分开的最接近的两个能量之差，即为探测器对此种粒子的能量分辨率；

空间分辨率（位置分辨率）：对于不同位置入射的辐射粒子，探测器在一定程度上具有将其区分开来的能力。探测器所能区分开的最接近的两个位置间的距离，即为探测器对此种粒子的空间分辨率；

时间分辨率：对于在不同时间到达探测器的辐射粒子，探测器在一定程度上具有将其区分开来的能力。探测器所能区分开的到达时刻最接近的两个粒子的时间间隔，即为探测器对此种粒子的时间分辨率；

上述这些指标一般用测出谱线的半高宽(FWHM)或十分之一高宽(FWTM)表示。

（3）线性响应

探测器给出的信息在一定范围内与入射粒子的能量、强度或位置成线性关系的程度。可分别称为能量线性响应、强度线性响应或位置线性响应。

（4）粒子鉴别能力

一定类型的探测器只对某些种类的入射粒子灵敏，而对其他粒子不灵敏，或是随入射粒子种类的不同而给出不同形式的信息，这就是探测器对粒子的鉴别能力。粒子鉴别能力较好的探测器有利于有选择地探测所需要的粒子而排除其他核辐射的干扰。

（5）灵敏度

又称响应度，等于探测器输出信号和入射信号之比。入射信号增大时，如果输出信号也随之成正比地增加，则称探测器是线性的；否则称探测器是非线性的。

（6）探测率

等于探测器能够探测到的最小辐射功率的倒数。任何探测器都有噪声，比噪声起伏平均值更小的信号实际上探测不出来。产生如噪声那样大的信号所需的辐射功率，称为探测器能探测的最小辐射功率，或称等效噪声功率。

（7）其他性能指标

一般还要求核辐射探测器具有抗辐照损伤的能力和对各种环境条件的适应能力，如温度、湿度、光照、耐腐蚀和机械振动等。现代的一些新型的核辐射探测器，还具有成像功能。这种新型探测器已用于中子照相、γ照相、X衍射和电子显微镜等方面。

核辐射探测器的分类

按照给出信息的方式，辐射探测器主要分为两类：

一类是粒子入射到探测器后，经过一定的处置才给出为人们感官所能接受的信息。例如，各种粒子径迹探测器，一般经过照相、显影或辐射监测仪化学腐蚀等过程。还有热释光探测器、光致发光探测器，则经过热或光激发才能给出与被照射量有关的光输出。这一类探测器基本上不属于核电子学的研究范围。

另一类探测器接收到入射粒子后，立即给出相应的电信号，经过电子线路放大、处理，就可以进行记录和分析。这一类称为电探测器。电探测器是应用最广泛的辐射探测器。这一类探测器的问世，导致了核电子学这一新的分支学科的出现和发展。

能给出电信号的辐射探测器已不下百余种。最常用的主要有气体电离探测器、半导体探测器和闪烁探测器三大类。早在1908年，气体电离探测器就已问世。但直到1931年脉冲计数器出现后才解决了快速计数问题。1947年，闪烁计数器的出现，由于其密度远大于气体而大大提高了对粒子的探测效率。最显著的是碘化钠（铊）闪烁体，对γ射线还具有较高的能量分辨本领。60年代初，半导体探测器的研制成功，使能谱测量技术有了新的发展。现代用于高能物理、核物理和其他科学技术领域的各种类型探测器件和装置，都是基于上述三种类型探测器件经过不断改进创新而发展起来的。