辐射探测器

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简介

辐射探测器的开发始于晶体管的发明。最近的探测器利用量热计来计算探测到的辐射能量。照相底片被用来识别原子核相互作用留下的痕迹。照相底片可以放置在放射性物质或射束的路径上。

当底片冲洗后，可以观察到或认为是辐射照射引起的雾影。在早期，验电器是主要使用的放射性探测器。它们主要用作一对金箔，这些金箔可以通过辐射引起的电离过程带电并相互排斥。

什么是辐射探测器？

辐射探测器是指能够评估辐射能量谱的测量仪器。它主要用于识别正在释放辐射的特定放射性物质（Chen 等，2020）。这些设备被用作调查仪器来识别放射性物质。

图 1：辐射探测器

辐射探测器至关重要，因为它有助于增强人们对放射性应用领域的认识，确定放射性区域的界限或简化放射性传播的沟通（Roy 等，2021）。

人体吸收的辐射剂量通常使用传统的单位拉德或戈瑞 (Gy)（SI 单位）来计算。

辐射探测器的原理

检测原理之所以有效，是因为地球除了中微子之外，对所有元素都起到了屏蔽作用。辐射测量是一项重要工作，它基于物质与辐射之间相互作用的原理。当辐射穿过探测器时，它会使气体原子电离，从而将原子分解成正电子和离子。

分离出的正离子和电子会连接到电极上，导致电流流动（Xie 等，2020）。这被转换为电信号，然后计算为辐射量。大多数硅辐射探测器的工作原理是将硅条变窄，将其制成二极管，然后反向偏置。

辐射探测器的类型

辐射探测器的特征在于它们被设计用于检测的辐射类型或其基本工作原理。从功能的角度来看，辐射探测器包括辐射光谱仪、计数器和剂量计。主要的辐射探测器类型包括：

闪烁辐射探测器 - 这种类型的辐射探测器利用辐射与物体相互作用时产生的光能水平来最终实现辐射水平的测量。闪烁体的光在短时间内反射，这使得设备能够在最短的时间内捕获大量粒子。

图 2：闪烁辐射探测器

自由电子被光电倍增管中下一个极板的最高正电势强烈吸引。然后，它导致更多电子向下流经该管到连续的倍增极。

该过程再次重复，在每个倍增极处发射的电子数量得到放大。闪烁辐射探测器中的光能与进入探测器的辐射能量成正比。

气体填充辐射探测器 - 这种类型的辐射探测器的工作原理是基于辐射通过空气或特定气体时发生的电离效应。如果在包含空气的容器上施加高压电位差，则电离辐射可能会导致产生自由电子和带正电的离子，这些离子是从气体原子中剥离出来的。

图 3：气体填充辐射探测器

电位差会导致正离子积累在自由电子和阴极上，并在探测器的阳极处收集（Hennig & Hoover，2021）。带电粒子的积累导致产生微弱电流，探测器可以感知或显示该电流作为信号输出。

固态辐射探测器 - 这种类型的探测器利用半导体器件内部的电离原理工作。它主要包含两种类型，包括 p 型和 n 型（Xie 等，2020）。这些材料包含具有电荷载体的原子，这些电荷载体被认为是空穴或电子，即电子的缺失。

图 4：固态辐射探测器

当半导体材料与这种辐射探测器连接时，电子从 n 区迁移到 p 区会导致臭氧耗竭。入射辐射击中半导体材料并产生空穴和自由电子，电子-空穴对的数量与辐射水平成正比。

辐射探测器的应用

• 辐射探测器用于探测、跟踪或识别来自人工或自然来源（如 X 射线、核衰变和宇宙辐射）的高能粒子。

• 在气体填充探测器中，通过在正负电极之间施加电压差，在气体中产生电场。

• 闪烁探测器用于在各种应用中测量辐射，例如医学成像、核安全以及监测环境和人员的放射性污染。

结论

辐射探测器通常被称为粒子探测器，是一种有助于识别和探测高能粒子的装置。根据设备的配置，照相底片可以配置为测量 β 或 α 粒子，这对于早期涉及放射性事实的研究来说是一种宝贵的工具。闪烁材料可以是固体或液体，当发射的辐射击中物体时，光子会被发射到称为光电倍增管的装置中。

常见问题

Q1. 固态辐射探测器的用途是什么？

固态辐射探测器通过累积电荷在粒子穿过半导体时释放的电荷来提供信号。特别是，合适的植入电极中的条带施加电漂移场，其中电离电荷是可检测的信号。

Q2. 闪烁体中真空管的作用是什么？

闪烁体是一种辐射探测器。在闪烁体中，真空管有助于将光转换为电脉冲。

Q3. 辐射的独特分类是什么？

辐射被定义为从源头发出并以光速穿过空间的能量。α、β 和 γ 是主要的辐射分类。

Q4. 如何检测房屋中的辐射？

通常建议使用紧凑型家用剂量计进行检测。它广泛用于人类辐射防护以及工业和医疗目的的测量。