核探测器
一、核探测器的分类
1、按探测器的辐射物理过程分类
1）电离型探测器
如：电离室、G-M管、正比计数器、半导体、核径迹
2）发光型探测器
如：闪烁体、热释光、火花室
2、按探测器材料和工作原理分类
1）气体探测器
电离室、正比计数器、G-M计数器、多丝室正比室、漂移室
2） 闪烁体探测器
NaI(Tl)、CsI(Tl)、ZnS(Ag)、玻璃、液体、塑料体、有机晶体
3）半导体探测器
结型、势垒型、HPGe、Si-PIN、PN结金硅面垒型半导体探测器
4）其它探测器：核径迹、热释光
二、各核探测器的工作原理
1、气体探测器
气体电离探测器是以气体作为带电粒子电离或激发的介质，在气体电离空间置有两个电极，外加电场并保持一定的电位差，当带电粒子穿过气体时与气体分子轨道上的电子发生碰撞，使气体分子产生电离而形成离子对，在电场中电子向正极移动，正离子向负极移动，最后到达二极而被收集起来，使电子线路上引起瞬时电压变化（电压脉冲）而由后续的电子仪器记录。气体中电子与离子的运动规律决定探测器的基本特性。
电离室分类
1）脉冲电离室，记录单个辐射粒子，主要用于测量重带电粒子的能量和强度。
2）电流电离室和累计电离室，分别记录大量辐射粒子平均效应和累计效应，主要用于测量X，β，γ 和中子的照射量率或通量、剂量或剂量率，它是剂量监测和反应堆控制的主要传感元件。
正比计数器的工作原理：
气体探测器工作于正比区，在离子收集的过程中将出现气体放大现象，即被加速的原电离电子在电离碰撞中逐次倍增（雪崩现象）。于是，在收集电极上感生的脉冲幅度 V∞将是原电离感生的脉冲幅度的M倍，处于这种工作状态下的气体探测器就是正比计数器。采用不同的结构，充不同的气体，可以设计出测量不同射线：α、β、γ、X、n的正比计数管。
G-M计数器的工作原理：
1）射线进入计数管内，引起管内惰性气体电离，形成正负离子对。在电场作用下，正离子
向负极，电子向正极移动。射线引起的电离称为原电离。
2）当电子靠近阳极电场强度越大，受到作用也大，运动速率加快，又碰撞到阳极附近的惰性气体分子引起次级电离。多次的新的次级电离，使得阳极附近在极短时间内，产生大量次级电子，这种现象称为雪崩。
3）沿整个阳极金属线引起雪崩的结果，大量的电子跑到阳极上，阳极产生放电，产生脉冲电压，记录即可测得射线的放射线活度。
4）惰性气体正离子这时在阳极丝周围形成正离子鞘
5）惰性气体正离子与猝灭气体发生电子交换，恢复成中性。猝灭气体正离子移动到阴极通过解离（分解成小分子）释放能量，抑制连续放电。
G-M计数管的性能特性
1、坪曲线是衡量G-M计数管性能的重要标志。其主要参数是：
1）起始电压。当工作电压超过起始电压后，输出脉冲不再与原电离有关。
2）坪斜。在坪区，计数率仍随电压升高而略有增加，表现为坪有坡度，称为坪斜。
2、死时间
入射粒子进入计数管引起放电后，形成了正离子鞘，使阳极周围的电场削弱，终止了放电。这时，若再有粒子进入就不能引起放电，直到正离子鞘移出强场区，场强恢复到足以维持放电的强度为止。这段时间称为死时间。
3、恢复时间
经过死时间后，雪崩区的场强逐渐恢复，但是在正离子完全被收集之前是不能达到正常值的。在这期间，粒子进入计数管所产生的脉冲幅度要低于正常幅度，直到正离子全部被收集后才完全恢复，这段时间称为恢复时间。
采用不同的结构，充不同的气体，可以设计出测量不同射线：α、β、γ、X的G-M计数管，主要测量β粒子。
2、闪烁探测器的工作原理
1）入射粒子进入闪烁体，损失能量，闪烁体分子(原子)被电离或激发
2）受激或电离复合处于激发态的分子（原子）退激释放光子
3）光子通过光耦合、光导系统传输至光电器件中，部分光子损失
4）光子在光电器件中转换为光电子，传输至倍增极
5）光电子经多次倍增极放大，在阳极被收集，形成脉冲
无机闪烁体，常见的有用铊激活的NaI和CsI晶体，它们对电子、伽马辐射灵敏，发光效率高；用银激活的硫化锌主要用来探测α粒子；锗酸铋晶体密度大，发光效率高，对高能电子、伽马辐射探测十分有效；玻璃闪烁体可以测量α粒子、低能X辐射
ZnS(Ag)对伽马射线极不灵敏，很适合在β、γ本底场中用幅度甄别方法测量重带电粒子α、P，不能用来测量α能量，只能做α强度测量。
3、半导体探测器工作原理
1）入射粒子损失能量，传递给半导体原子的电子
2）次级粒子与半导体物质相互作用，产生载流子（电子-空穴对），对于带电粒子则直接电离
3）载流子在耗尽层内电场作用下向两级运动，在电极上产生感应电荷，形成电脉冲信号。
金硅面垒探测器，由于耗尽层厚度较薄，主要用于探测带电重粒子(如α、P等)，亦可用作能谱测量，探测效率近于100％。也可用于β射线测量，对γ射线不灵敏。
HPGe在低温下工作,主要测量γ射线和X射线；
模拟示波器与数字示波器的对比
1、模拟示波器只能观察简单重复信号（正弦波，方波，三角波等）和复杂的重复信号（电视信号），而不能观察数字信号。像测电源开与关一瞬间的电压上升时间如果用用模拟示波器是很难办到的而用数字示波器就很简单。利用数字示波器的单次捕捉功能就OK；
2、模拟示波器只有边沿（电平）触发功能而数字示波器不紧有边沿触发功能还具有视频触
发、脉冲触发、逻辑触发、摆幅触发等这样捕捉波形的能力就比模拟示波器强；
3、数字示波器能捕捉触发之前的事件和触发之后的事件而模拟示波器是不能观察到，模拟信号更能反映信号的事实性
4、模拟示波器的某些特点，却是数字示波器所不具备的：
操作简单——全部操作都在面板上，波形反应及时，数字示波器往往要较长处理时间。
垂直分辨率高——连续而且无限级，数字示波器分辨率一般只有8位至10位。
数据更新快——每秒捕捉几十万波形，数字示波器每秒捕捉几十个波形。
实时带宽和实时显示——连续波形与单次波形的带宽相同，数字示波器的带宽与取样率密切相关，取样率不高时需借助内插计算，容易出现混淆波形。
垂直分辨率高——连续而且无限级，数字示波器分辨率一般只有8位至10位。
数据更新快——每秒捕捉几十万波形，数字示波器每秒捕捉几十个波形。
实时带宽和实时显示——连续波形与单次波形的带宽相同，数字示波器的带宽与取样率密切相关，取样率不高时需借助内插计算，容易出现混淆波形。
参考文献：
《核辐射测量方法》 葛良全、周四春编
《核辐射探测器与核电子学》 赖万昌编yuzheng
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