如何檢測核輻射及原理解析

　　核輻射檢測儀是可以指示、記錄和測量核輻射的一種輻射檢測儀器。

　　那么，核輻射檢測儀是如何準確的檢測輻射含量的呢?原理是 輻射和核輻射探測器內的物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生某種信息(如電、光脈沖或材料結構的變化)，經(jīng)放大后被記錄、分析，以確定粒子的數目、位置、能量、動(dòng)量、飛行時(shí)間、速度、質(zhì)量等物理量。核輻射探測器是核物理、粒子物理研究及輻射應用中不可缺少的工具和手段。按照記錄方式，核輻射探測器大體上分為計數器和徑跡室兩大類(lèi)。

　　(一): 計數器以電脈沖的形式記錄、分析輻射產(chǎn)生的某種信息。

　　計數器的種類(lèi)有氣體電離探測器、多絲室和漂移室、半導體探測器、閃爍計數器和切倫科夫計數器等。氣體電離探測器 通過(guò)收集射線(xiàn)在氣體中產(chǎn)生的電離電荷來(lái)測量核輻射。主要類(lèi)型有電離室、正比計數器和蓋革計數器。它們的結構相似，一般都是具有兩個(gè)電極的圓筒狀容器，充有某種氣體，電極間加電壓，差別是工作電壓范圍不同。電離室工作電壓較低，直接收集射線(xiàn)在氣體中原始產(chǎn)生的離子對。其輸出脈沖幅度較小，上升時(shí)間較快，可用于輻射劑量測量和能譜測量。正比計數器的工作電壓較高，能使在電場(chǎng)中高速運動(dòng)的原始離子產(chǎn)生更多的離子對，在電極上收集到比原始離子對要多得多的離子對(即氣體放大作用)，從而得到較高的輸出脈沖。脈沖幅度正比于入射粒子損失的能量，適于作能譜測量。蓋革計數器又稱(chēng)蓋革-彌勒計數器或G-M計數器，它的工作電壓更高，出現多次電離過(guò)程，因此輸出脈沖的幅度很高，已不再正比于原始電離的離子對數，可以不經(jīng)放大直接被記錄。它只能測量粒子數目而不能測量能量，完成一次脈沖計數的時(shí)間較長(cháng)。多絲室和漂移室 這是正比計數器的變型。既有計數功能，還可以分辨帶電粒子經(jīng)過(guò)的區域。多絲室有許多平行的電極絲，處于正比計數器的工作狀態(tài)。每一根絲及其鄰近空間相當于一個(gè)探測器，后面與一個(gè)記錄儀器連接。因此只有當被探測的粒子進(jìn)入該絲鄰近的空間，與此相關(guān)的記錄儀器才記錄一次事件。為了減少電極絲的數目，可從測量離子漂移到絲的時(shí)間來(lái)確定離子產(chǎn)生的部位，這就要有另一探測器給出一起始信號并大致規定了事件發(fā)生的部位，根據這種原理制成的計數裝置稱(chēng)為漂移室，它具有更好的位置分辨率(達50微米)，但允許的計數率不如多絲室高。半導體探測器 輻射在半導體中產(chǎn)生的載流子(電子和空穴)，在反向偏壓電場(chǎng)下被收集，由產(chǎn)生的電脈沖信號來(lái)測量核輻射。常用硅、鍺做半導體材料，主要有三種類(lèi)型：①在n型單晶上噴涂一層金膜的面壘型;②在電阻率較高的 p型硅片上擴散進(jìn)一層能提供電子的雜質(zhì)的擴散結型;③在p型鍺(或硅)的表面噴涂一薄層金屬鋰后并進(jìn)行漂移的鋰漂移型。高純鍺探測器有較高的能量分辨率，對γ輻射探測效率高，可在室溫下保存，應用廣泛。砷化鎵、碲化鎘、碘化汞等材料也有應用。

　　閃爍計數器 通過(guò)帶電粒子打在閃爍體上，使原子(分子)電離、激發(fā)，在退激過(guò)程中發(fā)光，經(jīng)過(guò)光電器件(如光電倍增管)將光信號變成可測的電信號來(lái)測量核輻射。閃爍計數器分辨時(shí)間短、效率高，還可根據電信號的大小測定粒子的能量。閃爍體可分三大類(lèi)：①無(wú)機閃爍體，常見(jiàn)的有用鉈(Tl)激活的碘化鈉NaI(Tl)和碘化銫CsI(Tl)晶體，它們對電子、γ輻射靈敏，發(fā)光效率高，有較好的能量分辨率，但光衰減時(shí)間較長(cháng);鍺酸鉍晶體密度大，發(fā)光效率高，因而對高能電子、γ輻射探測十分有效。其他如用銀 (Ag)激活的硫化鋅ZnS(Ag)主要用來(lái)探測α粒子;玻璃閃爍體可以測量α粒子、低能X輻射，加入載體后可測量中子;氟化鋇 (BaF2)密度大，有熒光成分，既適合于能量測量，又適合于時(shí)間測量。②有機閃爍體，包括塑料、液體和晶體(如蒽、茋等)，前兩種使用普遍。由于它們的光衰減時(shí)間短(2～3納秒，快塑料閃爍體可小于1納秒)，常用在時(shí)間測量中。它們對帶電粒子的探測效率將近百分之百。③氣體閃爍體，包括氙、氦等惰性氣體，發(fā)光效率不高，但光衰減時(shí)間較短(<10納秒)。切倫科夫計數器 高速帶電粒子在透明介質(zhì)中的運動(dòng)速度超過(guò)光在該介質(zhì)中的運動(dòng)速度時(shí)，則會(huì )產(chǎn)生切倫科夫輻射，其輻射角與粒子速度有關(guān)，因此提供了一種測量帶電粒子速度的探測器。此類(lèi)探測器常和光電倍增管配合使用;可分為閾式(只記錄大于某一速度的粒子)和微分式(只選擇某一確定速度的粒子)兩種。除上述常用的幾種計數器外，還有氣體正比閃爍室、自猝滅流光計數器，都是近期出現的氣體探測器，輸出脈沖幅度大，時(shí)間特性好。電磁量能器(或簇射計數器)及強子量能器可分別測量高能電子、γ輻射或強子(見(jiàn)基本粒子)的能量。穿越輻射計數器為極高能帶電粒子的鑒別提供了途徑。

　　(二)徑跡室 通過(guò)記錄、分析輻射產(chǎn)生的徑跡圖象測量核輻射。

　　主要種類(lèi)有核乳膠、云室和泡室、火花室和流光室、固體徑跡探測器。

　　核乳膠 能記錄帶電粒子單個(gè)徑跡的照相乳膠。入射粒子在乳膠中形成潛影中心，經(jīng)過(guò)化學(xué)處理后記錄下粒子徑跡，可在顯微鏡下觀(guān)察。它有極佳的位置分辨本領(lǐng)(1微米)，阻止本領(lǐng)大，功用連續而靈敏。云室和泡室 使入射粒子產(chǎn)生的離子集團在過(guò)飽和蒸氣中形成冷凝中心而結成液滴(云室)，在過(guò)熱液體中形成氣化中心而變成氣泡(泡室)，用照相方法記錄，使帶電粒子的徑跡可見(jiàn)。泡室有較好的位置分辨率(好的可達10微米)，本身又是靶，目前常以泡室為頂點(diǎn)探測器配合計數器一起使用。

　　火花室和流光室 這些裝置都需要較高的電壓，當粒子進(jìn)入裝置產(chǎn)生電離時(shí)，離子在強電場(chǎng)下運動(dòng)，形成多次電離，增殖很快，多次電離過(guò)程中先產(chǎn)生流光，后產(chǎn)生火花，使帶電粒子的徑跡成為可見(jiàn)。流光室具有較好的時(shí)間特性。它們都具有較好的空間分辨率(約 200微米)。除了可用照相記錄粒子徑跡外，還可記錄電脈沖信號，作為計數器用。固體徑跡探測器 重帶電粒子打在諸如云母、塑料一類(lèi)材料上，沿路徑產(chǎn)生損傷，經(jīng)過(guò)化學(xué)處理(蝕刻)后，將損傷擴大成可在顯微鏡下觀(guān)察的空洞，適于探測重核。由許多類(lèi)型的探測器、磁鐵、電子儀器、計算機等組成的輻射譜儀，可獲得多種物理信息，是近代核物理及粒子探測的發(fā)展趨勢