輻射探測(cè)器

輻射探測(cè)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(cè)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(chǎng)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(cè)介質(zhì)作為與粒子作用的物質(zhì),將粒子在探測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)器、光致發(fā)光探測(cè)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(cè)器基本上不屬于核電子學(xué)的研究范圍。另一類探測(cè)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(cè)器。電探測(cè)器是應(yīng)用zui廣泛的。這一類探測(cè)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(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器和閃爍探測(cè)器三大類。
　　早在1908年,氣體電離探測(cè)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(cè)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(cè)器的研制成功，使能譜測(cè)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(cè)器件和裝置，都是基于上述三種類型探測(cè)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(cè)效率、分辨率、線性響應(yīng)、粒子鑒別能力。
　　探測(cè)效率 　探測(cè)器探測(cè)到的粒子數(shù)與在同一時(shí)間間隔內(nèi)入射到探測(cè)器中的該種粒子數(shù)的比值。它與探測(cè)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(cè)器具有高探測(cè)效率。但在一些特殊場(chǎng)合，如在*輻射場(chǎng)下，則要求探測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)器的一個(gè)特點(diǎn)。這種探測(cè)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(guó)民經(jīng)濟(jì)部門。
　　中國(guó)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(cè)器等的研究工作。中國(guó)在核研究中，已基本上使用本國(guó)研制的各種。
 核發(fā)展趨勢(shì)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(cè)器和探測(cè)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(cè)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(cè)器的出現(xiàn)。③尋求更理想的探測(cè)介質(zhì)和探測(cè)機(jī)制,研制超導(dǎo)探測(cè)器。

radiation detector
將輻射能轉(zhuǎn)換為可測(cè)信號(hào)的器件。探測(cè)器的基本原理是，輻射和探測(cè)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(cè)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?、電能（如光電流和光電壓）、化學(xué)能（感光乳膠中銀顆粒的生成），或者另一種波長(zhǎng)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(cè)量天體的輻射能量。的主要性能是：
①探測(cè)量子效率　指光子和探測(cè)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(cè)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(cè)，所以一般探測(cè)器的量子效率小于1。
②響應(yīng)度　又稱靈敏度，等于探測(cè)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(cè)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(cè)器的靈敏度。它表征探測(cè)器對(duì)不同波長(zhǎng)輻射的響應(yīng)特性。分光響應(yīng)隨波長(zhǎng)變化的探測(cè)器,稱為選擇性的,反之稱為非選擇性的。以探測(cè)器zui敏感波長(zhǎng)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(cè)率　等于探測(cè)器能探測(cè)的zui小輻射功率的倒數(shù)。任何探測(cè)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(cè)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(cè)器能探測(cè)的zui小輻射功率，或稱等效噪聲功率。有時(shí)用探測(cè)率描述探測(cè)器的靈敏度。
天文探測(cè)器要求具有寬敏感波段、高量子效率、高探測(cè)率、高分辨率和快速響應(yīng)度。人眼是zui早的天文探測(cè)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(cè)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(cè)和行星際航行開展以來，核物理研究的各種高能探測(cè)器也相斷應(yīng)用于天文觀測(cè)。