射线探测原理与技术重点.ppt

时间响应快： 带电粒子在半导体中形成的电离密度要比在气体中形成的电离密度高，大约3个数量级。 所以，当探测高能电子或γ射线时，半导体探测器的尺寸要比气体探测器小得多，因而可以制成高空间分辨、快时间相应的探测器。 线性范围宽： 在很大的能量范围内，探测器输出脉冲幅度与所测射线的能量成正比。 表4.2 不同探测器能量分辨率的比较 放射源 探测器 能量分辨率 241Am-α 5.486MeV PIPS离子注入表面钝化硅半导体探测器 约0.2% 气体探测器 约1% 60Co-γ 1.33MeV 高纯锗半导体探测器 约0.1% NaI（Tl）闪烁探测器 约8% 55Fe-X 5.9keV Si（Li）半导体探测器 约3% 正比计数器（气体） 约17% NaI（Tl）闪烁探测器 约50～60% 电离室成为探测器必须满足的条件： 没有射线穿过灵敏体积时，不产生信号或信号可以忽略； 带电粒子穿过灵敏体积时，在其中产生离子对； 在电场的作用下，离子在漂向两极的过程中没有明显的损失，在回路中形成的信号能代表原初产生的离子对数。 1） 半导体探测器的基本原理： 与气体探测器类似，核辐射在半导体中，每产生一对电子空穴对，平均损失的能量即平均电离能w 硅 锗 对于能量为E的核辐射，半导体探测器输出脉冲幅度： 探测器的结电容 漂移型： 硅锂漂移探测器 锗锂漂移探测器 高纯材料： 低能γ、x射线 γ射线能谱 高纯锗探测器 HPGe 扩散型： 主要用于测量粒子能谱和粒子计数 扩散结型 面垒型 离子注入型 2）常见的半导体探测器 图4.18 金硅面垒半导体探测器外形 图4.21 液氮致冷冗余设计致冷器和脉冲管电致冷器 4. 中子探测器 1）中子探测的基本原理 由于中子不带电，中子与物质中的电子发生相互作用不能引起直接电离。 因此，中子探测器只能依靠中子与原子核相互作用产生的核反应、核反冲、核裂变和活化等产生的次级带电粒子来测量中子。 中子与原子核的反应过程，以及相互作用截面的大小，依赖于中子的能量和物质的性质。 常用中子探测器主要有：BF3正比计数器、硼电离室、裂变室、闪烁探测器、半导体探测器等。 2）常用中子探测器简介 BF3正比计数器 BF3气体作为探测介质，利用中子和10B发生核反应产生的α粒子和7Li在正比计数器产生的电离效应来达到探测中子的目的。 重带电粒子，射程比较短 BF3计数管主要用于热中子和慢中子的测量，它对快中子的探测效率很低，若探测器外有用石蜡（或聚乙烯）制成的慢化剂，是快中子经慢化后再进入计数管，则BF3计数管也可以用来探测快中子。这样就可以使得测量中子的能量范围更宽，被称为“长计数管”。 硼电离室和裂变室 硼电离室 在电离室的一个电极上涂有10B薄膜，利用核反应产生的α粒子和7Li在电离室产生的电流来测量中子的注量率 裂变室 在电离室的电极上涂裂变物质235U, 利用中子轰击235U产生裂变，记录裂变碎片在电离室中产生的电流来记录中子。一般用于核反应堆控制。 3He气体探测器 ３He气体与中子发生如下反应，也广泛地用作探测中子的介质： ３He + n ? ３H + p + 0.765 MeV 此反应产生的0.765MeV能量分别由反应产物３H（0.191MeV）和p(0.574MeV)获得。 闪烁中子探测器 有机闪烁体 主要用于快中子的测量 硫化锌快中子屏 主要用于快中子的测量 硫化锌慢中子屏 主要用于快中子的测量 锂玻璃闪烁体 主要用于热中子到几百 keV中子的测量 5. 半导体探测器 用某种物质作为辐射体，通过核反应、核反冲和核裂变产生重带电粒子，然后用半导体探测器测量。 图4.22 夹心式6LiF半导体中子谱仪 两个面对面的金硅面垒半导体探测器，中间放入含6Li薄膜，制成“夹心式”中子谱仪， 5.热释光探测器 TLD 1)热释光探测器的基本原理 什么是 “热释光” 辐射照射在某种结晶上之后，将这种结晶体加热，它会放出与受照剂量大致成正比的光来。这种现象成为“热致发光现象”。 电子获得足够的能量，使原子电离电子由价带进入导带 电离 电子获得的能量不足以使它电离，而只能达到激子带 激发 a. 当带电粒子穿过介质时 “激子” 处于激子带的电子和空穴，在晶格中运动，但不导电。 运动过程中，电子和空穴可能被陷阱俘获而落入不同的陷阱能级中，或落入被杂质原子在禁带所形成的能级中。 只有通过热起伏而重新被激发到导带，才能形成的发光中心复合而发光。