輻射探測器

輻射探測器
radiation detector
　　用以對(duì)核輻射和粒子的微觀現(xiàn)象進(jìn)行觀察和研究的傳感器件、裝置或材料。
　　輻射探測器的工作原理基于粒子與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)粒子通過某種物質(zhì)時(shí)，這種物質(zhì)就吸收其一部或全部能量而產(chǎn)生電離或激發(fā)作用。如果粒子是帶電的，其電磁場與物質(zhì)中原子的軌道電子直接相互作用。如果是γ射線或 X射線，則先經(jīng)過一些中間過程，產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)或電子對(duì)，把能量部分或全部傳給物質(zhì)的軌道電子,再產(chǎn)生電離或激發(fā)。對(duì)于不帶電的中性粒子,例如中子，則是通過核反應(yīng)產(chǎn)生帶電粒子，然后造成電離或激發(fā)。就是用適當(dāng)?shù)奶綔y介質(zhì)作為與粒子作用的物質(zhì),將粒子在探測介質(zhì)中產(chǎn)生的電離或激發(fā),轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N形式的直接或間接可為人們感官所能接受的信息。
　　給出信息的方式，主要分為兩類：一類是粒子入射到探測器后，經(jīng)過一定的處置才給出為人們感官所能接受的信息。例如，各種粒子徑跡探測器，一般經(jīng)過照相、顯影或化學(xué)腐蝕等過程。還有熱釋光探測器、光致發(fā)光探測器，則經(jīng)過熱或光激發(fā)才能給出與被照射量有關(guān)的光輸出。這一類探測器基本上不屬于核電子學(xué)的研究范圍。另一類探測器接收到入射粒子后，立即給出相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過電子線路放大、處理，就可以進(jìn)行記錄和分析。這第二類可稱之為電探測器。電探測器是應(yīng)用zui廣泛的。這一類探測器的問世，導(dǎo)致了核電子學(xué)這一新的分支學(xué)科的出現(xiàn)和發(fā)展。
　　能給出電信號(hào)的已不下百余種。zui常用的主要有氣體電離探測器、半導(dǎo)體探測器和閃爍探測器三大類。
　　早在1908年,氣體電離探測器就已問世。但直到1931年脈沖計(jì)數(shù)器出現(xiàn)后才解決了快速計(jì)數(shù)問題。1947年,閃爍計(jì)數(shù)器的出現(xiàn)，由于其密度遠(yuǎn)大于氣體而大大提高了對(duì)粒子的探測效率。zui顯著的是碘化鈉（鉈）閃爍體，對(duì)γ射線還具有較高的能量分辨本領(lǐng)。60年代初，半導(dǎo)體探測器的研制成功，使能譜測量技術(shù)有了新的發(fā)展。現(xiàn)代用于高能物理、核物理和其他科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的各種類型探測器件和裝置，都是基于上述三種類型探測器件經(jīng)過不斷改進(jìn)創(chuàng)新而發(fā)展起來的。的主要性能是探測效率、分辨率、線性響應(yīng)、粒子鑒別能力。
　　探測效率 　探測器探測到的粒子數(shù)與在同一時(shí)間間隔內(nèi)入射到探測器中的該種粒子數(shù)的比值。它與探測器的靈敏體積、幾何形狀和對(duì)入射粒子的靈敏度有關(guān)。一般要求探測器具有高探測效率。但在一些特殊場合，如在*輻射場下，則要求探測器具有較低的靈敏度。
　　分辨率 　①能量分辨：分辨其能量非常接近的粒子的能力；②空間分辨（位置分辨）：給出粒子入射位置的能力；③時(shí)間分辨：能給出粒子到達(dá)時(shí)間的能力。上述這些指標(biāo)一般用測出譜線的半高寬（FWHM）和十分之一高寬（FWTM）表示。
　　線性響應(yīng) 　探測器給出的信息在一定范圍內(nèi)與入射粒子的能量、強(qiáng)度或位置成線性關(guān)系的程度，一般稱為能量線性、強(qiáng)度線性或位置線性。
　　粒子鑒別能力 　一定類型的探測器只對(duì)某些種類的入射粒子靈敏，而對(duì)其他粒子不靈敏，或是隨入射粒子種類的不同而給出信息的形式不同，這樣就便于有選擇地探測所需要的粒子而排除其他不必要的核輻射干擾。
　　一般還要求具有抗輻照損傷和對(duì)各種環(huán)境條件的適應(yīng)能力，如溫度、濕度、光照、耐腐蝕和機(jī)械振動(dòng)等。具有成像功能，是現(xiàn)代新型探測器的一個(gè)特點(diǎn)。這種探測器已用于中子照相、γ照相、X 衍射和電子顯微鏡等方面。因此，它的應(yīng)用范圍也早已超出核科學(xué)領(lǐng)域，而擴(kuò)展到其他學(xué)科研究和有關(guān)國民經(jīng)濟(jì)部門。
　　中國的研究工作是在50年代初期開展起來的，先后研制成功原子核乳膠、蓋革計(jì)數(shù)管、碘化鈉（鉈）閃爍體等。到50年代末至60年代初，又先后開展了其他各種閃爍體、光電倍增管和半導(dǎo)體探測器等的研究工作。中國在核研究中，已基本上使用本國研制的各種。
 核發(fā)展趨勢主要是：①研究同時(shí)能給出入射粒子位置、能量、時(shí)間等多種信息的組合型探測器和探測裝置。②充分利用電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成就，提高對(duì)探測器所提供的信息進(jìn)行分析、處理的度，速度和對(duì)信息的利用率。微電子技術(shù)正促進(jìn)微型化探測器的出現(xiàn)。③尋求更理想的探測介質(zhì)和探測機(jī)制,研制超導(dǎo)探測器。

radiation detector
將輻射能轉(zhuǎn)換為可測信號(hào)的器件。探測器的基本原理是，輻射和探測介質(zhì)中的粒子相互作用，將能量全部或部分傳給介質(zhì)中的粒子，在一定的外界條件下，引起宏觀可測的反應(yīng)。對(duì)于光學(xué)波段，輻射可以看作光子束，光子的能量傳給介質(zhì)中的電子，產(chǎn)生所謂光子事件，輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽ㄈ鐭犭娕迹㈦娔埽ㄈ绻怆娏骱凸怆妷海⒒瘜W(xué)能（感光乳膠中銀顆粒的生成），或者另一種波長的輻射（熒光效應(yīng)）。根據(jù)這些能量和輻射，設(shè)計(jì)各種不同器件，以測量天體的輻射能量。的主要性能是：
①探測量子效率　指光子和探測器在作用的初始過程中，產(chǎn)生的光子事件數(shù)和入射光子數(shù)之比。它描述探測器接收和記錄信息的能力。入射光子有可能穿透介質(zhì)或被介質(zhì)反射。有時(shí)介質(zhì)要吸收幾個(gè)光子引起一次光子事件，有時(shí)產(chǎn)生的光子事件未被檢測，所以一般探測器的量子效率小于1。
②響應(yīng)度　又稱靈敏度，等于探測器輸出信號(hào)和入射輻射功率之比。輻射功率增加時(shí)，輸出信號(hào)也成正比地增加，這樣的探測器稱為線性的，否則稱為非線性的。
③分光響應(yīng)　又稱分光靈敏度，指單色輻射作用時(shí)探測器的靈敏度。它表征探測器對(duì)不同波長輻射的響應(yīng)特性。分光響應(yīng)隨波長變化的探測器,稱為選擇性的,反之稱為非選擇性的。以探測器zui敏感波長處的響應(yīng)為單位的分光響應(yīng)，稱為相對(duì)分光響應(yīng)。
④探測率　等于探測器能探測的zui小輻射功率的倒數(shù)。任何探測器都有噪聲，比噪聲起伏平均值更小的信號(hào)實(shí)際上檢測不出來。產(chǎn)生如噪聲那樣大的信號(hào)所需的輻射功率，稱為探測器能探測的zui小輻射功率，或稱等效噪聲功率。有時(shí)用探測率描述探測器的靈敏度。
天文探測器要求具有寬敏感波段、高量子效率、高探測率、高分辨率和快速響應(yīng)度。人眼是zui早的天文探測器。十九世紀(jì)照相術(shù)發(fā)明后，照相底片一直是天文學(xué)研究的重要工具。二十世紀(jì)中葉起，廣泛采用光電探測器，現(xiàn)今已有適用于從紅外線到γ射線的各種光電器件。高空探測和行星際航行開展以來，核物理研究的各種高能探測器也相斷應(yīng)用于天文觀測。