核反應(yīng)堆儀表6

1、School of Nuclear Science and Technology核反應(yīng)堆無論正常運(yùn)行還是出事故時(shí)，都存在核反應(yīng)堆無論正常運(yùn)行還是出事故時(shí)，都存在核輻射和排出一定量的放射性物質(zhì)。核輻射和排出一定量的放射性物質(zhì)。為確保工作人員的安全，需要建立一整套核輻為確保工作人員的安全，需要建立一整套核輻射檢測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)監(jiān)測(cè)輻射場(chǎng)，定量分析排射檢測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)監(jiān)測(cè)輻射場(chǎng)，定量分析排出物的放射性。出物的放射性。第第5章章 核輻射劑量監(jiān)測(cè)儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)儀表School of Nuclear Science and Technology5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表5.2

2、核電廠的輻射劑量監(jiān)測(cè)核電廠的輻射劑量監(jiān)測(cè)第第5章章 核輻射劑量監(jiān)測(cè)儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)儀表School of Nuclear Science and Technology核輻射看不見，摸不著，無色，無味，然而，它對(duì)人體核輻射看不見，摸不著，無色，無味，然而，它對(duì)人體的傷害很大，因此，輻射探測(cè)尤其重要。的傷害很大，因此，輻射探測(cè)尤其重要。如何測(cè)量呢？如何測(cè)量呢？根據(jù)輻射與物質(zhì)的相互作用所呈現(xiàn)出的物理、化學(xué)變化根據(jù)輻射與物質(zhì)的相互作用所呈現(xiàn)出的物理、化學(xué)變化進(jìn)行觀察和檢測(cè)。進(jìn)行觀察和檢測(cè)。核輻射檢測(cè)裝置通常由核輻射探測(cè)器、信號(hào)處理儀器和核輻射檢測(cè)裝置通常由核輻射探測(cè)器、信號(hào)處理儀器和一些附屬設(shè)備組成

3、。一些附屬設(shè)備組成。核輻射探測(cè)器的作用是把進(jìn)入探測(cè)器靈敏區(qū)的核輻射轉(zhuǎn)核輻射探測(cè)器的作用是把進(jìn)入探測(cè)器靈敏區(qū)的核輻射轉(zhuǎn)換成信號(hào)處理儀器能夠覺察出來的信號(hào)，如電信號(hào)、換成信號(hào)處理儀器能夠覺察出來的信號(hào)，如電信號(hào)、光信號(hào)、聲信號(hào)和熱信號(hào)等。光信號(hào)、聲信號(hào)和熱信號(hào)等。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology用的最多的三類探測(cè)器是：氣體探測(cè)器、閃爍探測(cè)器、用的最多的三類探測(cè)器是：氣體探測(cè)器、閃爍探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器。都是把核輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由電半導(dǎo)體探測(cè)器。都是把核輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由電信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行

4、分析和處理。信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行分析和處理。電信號(hào)處理設(shè)備主要是核電子學(xué)儀器（如：放大器、甄電信號(hào)處理設(shè)備主要是核電子學(xué)儀器（如：放大器、甄別器、計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)率計(jì)、脈沖幅度分析器（單道或別器、計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)率計(jì)、脈沖幅度分析器（單道或多道）、符合和反符合單元等）和計(jì)算機(jī)。多道）、符合和反符合單元等）和計(jì)算機(jī)。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology核輻射探測(cè)器是完成輻射測(cè)量任務(wù)的關(guān)鍵部件，整個(gè)測(cè)核輻射探測(cè)器是完成輻射測(cè)量任務(wù)的關(guān)鍵部件，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)首先取決于探測(cè)器。量系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)首先取決于探測(cè)

5、器。探測(cè)器如何測(cè)量輻射？探測(cè)器如何測(cè)量輻射？帶電粒子：使探測(cè)器介質(zhì)中的原子電離，產(chǎn)生電子離子帶電粒子：使探測(cè)器介質(zhì)中的原子電離，產(chǎn)生電子離子對(duì)；電子離子對(duì)在電場(chǎng)作用下做定向移動(dòng)，在探測(cè)器對(duì)；電子離子對(duì)在電場(chǎng)作用下做定向移動(dòng)，在探測(cè)器外部負(fù)載電路中給出電流信號(hào)，稱為探測(cè)器的本征電外部負(fù)載電路中給出電流信號(hào)，稱為探測(cè)器的本征電流信號(hào)。完全取決于核輻射在探測(cè)器內(nèi)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)流信號(hào)。完全取決于核輻射在探測(cè)器內(nèi)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的物理過程。的物理過程。不帶電的不帶電的光子：與探測(cè)介質(zhì)作用產(chǎn)生次級(jí)電子，形成光子：與探測(cè)介質(zhì)作用產(chǎn)生次級(jí)電子，形成離子對(duì)。離子對(duì)。不帶電的中子：與探測(cè)介質(zhì)或轉(zhuǎn)換靶作用產(chǎn)生次級(jí)帶電不帶

6、電的中子：與探測(cè)介質(zhì)或轉(zhuǎn)換靶作用產(chǎn)生次級(jí)帶電粒子，再使探測(cè)介質(zhì)電離產(chǎn)生電子離子對(duì)。粒子，再使探測(cè)介質(zhì)電離產(chǎn)生電子離子對(duì)。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.1 氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器是一個(gè)內(nèi)部充有氣體、兩電極間（高壓極和氣體探測(cè)器是一個(gè)內(nèi)部充有氣體、兩電極間（高壓極和收集極）加有電場(chǎng)的小室，通過收集輻射在氣體中產(chǎn)收集極）加有電場(chǎng)的小室，通過收集輻射在氣體中產(chǎn)生的電離電荷來測(cè)量核輻射的。生的電離電荷來測(cè)量核輻射的。入射帶電粒子通過氣體時(shí)，使氣體分子電離或激發(fā)，并入射帶電粒子通過氣體

7、時(shí)，使氣體分子電離或激發(fā)，并在粒子通過的徑跡上生成大量的離子對(duì)（電子和正離在粒子通過的徑跡上生成大量的離子對(duì)（電子和正離子），離子對(duì)在電場(chǎng)中漂移形成電信號(hào)。子），離子對(duì)在電場(chǎng)中漂移形成電信號(hào)。氣體探測(cè)器有平行板和圓柱形兩種，常見的是兩個(gè)同軸氣體探測(cè)器有平行板和圓柱形兩種，常見的是兩個(gè)同軸的圓柱形電極，兩個(gè)電極由絕緣體隔開并密封于容器的圓柱形電極，兩個(gè)電極由絕緣體隔開并密封于容器內(nèi)。電極間充氣體并外加一定的電壓，如圖所示。內(nèi)。電極間充氣體并外加一定的電壓，如圖所示。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technolo

8、gy5.1.1 氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器在恒定強(qiáng)度的輻射照射下，電極收集的離子對(duì)數(shù)目與外在恒定強(qiáng)度的輻射照射下，電極收集的離子對(duì)數(shù)目與外加電壓的關(guān)系，如下圖所示。曲線明顯分為五個(gè)區(qū)段。加電壓的關(guān)系，如下圖所示。曲線明顯分為五個(gè)區(qū)段。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表 復(fù)合區(qū)復(fù)合區(qū) 飽和區(qū)或電離室區(qū)飽和區(qū)或電離室區(qū) 正比區(qū)正比區(qū) 有限正比區(qū)有限正比區(qū) G GM M區(qū)區(qū)School of Nuclear Science and Technology5.1.1 氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器工作于不同區(qū)就構(gòu)成了電離室、正比計(jì)數(shù)器和工作于不同區(qū)就構(gòu)成了電離室、正比計(jì)數(shù)器和G GM M計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器

9、。基本結(jié)構(gòu)和組成部分是相似的，只是工作電壓不器?；窘Y(jié)構(gòu)和組成部分是相似的，只是工作電壓不同使性能有差別，從而適用于不同的場(chǎng)合，在設(shè)計(jì)上同使性能有差別，從而適用于不同的場(chǎng)合，在設(shè)計(jì)上也有各自的要求。也有各自的要求。電離室：電離室：正比計(jì)數(shù)器：正比計(jì)數(shù)器：5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表WCEeCeNVm0neWEenNI0WCEeMCeNMVm0School of Nuclear Science and Technology5.1.1 氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器正比計(jì)數(shù)器：正比計(jì)數(shù)器：正比計(jì)數(shù)器的工作氣體通常是一些多原子分子氣體，它正比計(jì)數(shù)器的工作氣體通常是一些多原子分子氣體

10、，它們?cè)跉怏w放大過程中會(huì)分解而改變工作氣體成分，使們?cè)跉怏w放大過程中會(huì)分解而改變工作氣體成分，使計(jì)數(shù)器性能變壞。計(jì)數(shù)器性能變壞。(?)(?)流氣式正比計(jì)數(shù)器：讓新的氣體連續(xù)不斷地流過計(jì)數(shù)管流氣式正比計(jì)數(shù)器：讓新的氣體連續(xù)不斷地流過計(jì)數(shù)管的靈敏體積，以保持體成分不變。的靈敏體積，以保持體成分不變。流氣式正比計(jì)數(shù)器主要用于精確的放射性測(cè)量。流氣式正比計(jì)數(shù)器主要用于精確的放射性測(cè)量。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.1 氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器G GM M計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器：當(dāng)當(dāng)M10M105 5時(shí)

11、，電子雪崩持續(xù)發(fā)展成自激放電，此時(shí)增殖時(shí)，電子雪崩持續(xù)發(fā)展成自激放電，此時(shí)增殖的離子對(duì)總數(shù)就與原電離無關(guān)了。的離子對(duì)總數(shù)就與原電離無關(guān)了。不管初電離發(fā)生在管內(nèi)何處，雪崩放電都會(huì)逐漸包圍整不管初電離發(fā)生在管內(nèi)何處，雪崩放電都會(huì)逐漸包圍整個(gè)陽極絲。在陽極絲附近的大量電子很快漂移到陽極個(gè)陽極絲。在陽極絲附近的大量電子很快漂移到陽極而留下大量的正離子包圍著陽極絲，形成一個(gè)而留下大量的正離子包圍著陽極絲，形成一個(gè)“正離正離子鞘子鞘”。它使。它使G GM M計(jì)數(shù)器中心陽極周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度減計(jì)數(shù)器中心陽極周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度減弱，以致于抑制電子增殖，最終使雪崩放電結(jié)束，弱，以致于抑制電子增殖，最終使雪崩放電結(jié)束，G

12、 GM M計(jì)數(shù)器輸出一個(gè)電脈沖。計(jì)數(shù)器輸出一個(gè)電脈沖。G GM M計(jì)數(shù)器內(nèi)每次放電都以管內(nèi)產(chǎn)生大致相同的總電荷計(jì)數(shù)器內(nèi)每次放電都以管內(nèi)產(chǎn)生大致相同的總電荷Q Q而結(jié)束，所以而結(jié)束，所以G GM M計(jì)數(shù)器輸出的脈沖幅度都是相同。計(jì)數(shù)器輸出的脈沖幅度都是相同。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表CQVmSchool of Nuclear Science and Technology5.1.1 氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器G GM M計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)：計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)：1 1）靈敏度高：不論何種類型的射線，如果能在計(jì)數(shù)器的靈敏區(qū)）靈敏度高：不論何種類型的射線，如果能在計(jì)數(shù)器的靈敏區(qū)內(nèi)產(chǎn)生一對(duì)離子

13、，便可能引起放電而被記錄。低輻射場(chǎng)測(cè)量?jī)?nèi)產(chǎn)生一對(duì)離子，便可能引起放電而被記錄。低輻射場(chǎng)測(cè)量2 2）脈沖幅度大：可達(dá)幾伏甚至幾十伏，可以不必經(jīng)放大器或只）脈沖幅度大：可達(dá)幾伏甚至幾十伏，可以不必經(jīng)放大器或只需單級(jí)放大器便能觸動(dòng)記錄電路。需單級(jí)放大器便能觸動(dòng)記錄電路。3 3）穩(wěn)定性高：不受外界電磁場(chǎng)的干擾，而且對(duì)電源的穩(wěn)定度要）穩(wěn)定性高：不受外界電磁場(chǎng)的干擾，而且對(duì)電源的穩(wěn)定度要求不高，一般好于求不高，一般好于1 1即可。即可。4 4）計(jì)數(shù)器的大小和幾何形狀可按探測(cè)粒子的類型和測(cè)量的要求）計(jì)數(shù)器的大小和幾何形狀可按探測(cè)粒子的類型和測(cè)量的要求在較大的范圍內(nèi)變動(dòng)。如，外徑可從在較大的范圍內(nèi)變動(dòng)。如，外

14、徑可從2mm2mm到數(shù)到數(shù)cmcm，長(zhǎng)度可以從，長(zhǎng)度可以從1cm1cm到到1m1m左右。左右。5 5）使用方便、成本低廉、制作的工藝要求和儀器電路均較簡(jiǎn)單。）使用方便、成本低廉、制作的工藝要求和儀器電路均較簡(jiǎn)單。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)可以做得輕巧靈便，適于攜帶。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)可以做得輕巧靈便，適于攜帶。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.1 氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器G GM M計(jì)數(shù)器的缺點(diǎn)：計(jì)數(shù)器的缺點(diǎn)：不能鑒別粒子的類型和能量；不能鑒別粒子的類型和能量；分辨時(shí)間長(zhǎng)，約分辨時(shí)間長(zhǎng)，約10102 2ss，

15、不能用于快速計(jì)數(shù)，測(cè)量強(qiáng)，不能用于快速計(jì)數(shù)，測(cè)量強(qiáng)輻射時(shí)有漏計(jì)數(shù)；輻射時(shí)有漏計(jì)數(shù)；正常工作的溫度范圍較??；正常工作的溫度范圍較??；有亂真計(jì)數(shù)。有亂真計(jì)數(shù)。探測(cè)效率：一個(gè)粒子通過計(jì)數(shù)管的靈敏區(qū)能產(chǎn)生脈沖輸探測(cè)效率：一個(gè)粒子通過計(jì)數(shù)管的靈敏區(qū)能產(chǎn)生脈沖輸出的幾率。出的幾率。G-MG-M計(jì)數(shù)管對(duì)帶電粒子的探測(cè)效率為計(jì)數(shù)管對(duì)帶電粒子的探測(cè)效率為100%100%，對(duì)，對(duì)射線約射線約為為1%1%。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.1 氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器1 1）計(jì)數(shù)曲線與坪特性）計(jì)數(shù)曲線與坪特性探

16、測(cè)器以脈沖工作方式工作時(shí)，通過電子儀器記錄的脈探測(cè)器以脈沖工作方式工作時(shí)，通過電子儀器記錄的脈沖計(jì)數(shù)率隨探測(cè)器所加電壓的變化曲線稱為探測(cè)器的沖計(jì)數(shù)率隨探測(cè)器所加電壓的變化曲線稱為探測(cè)器的坪曲線。坪曲線。坪特性：坪特性：起始電壓、坪長(zhǎng)、起始電壓、坪長(zhǎng)、坪斜：電壓增加坪斜：電壓增加100V100V( (或或1V)1V)，計(jì)數(shù)率增長(zhǎng)的，計(jì)數(shù)率增長(zhǎng)的百分率。百分率。0.1%0.1%5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表%100)(12112VVNNNlSchool of Nuclear Science and Technology5.1.1 氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器2） 死時(shí)間死時(shí)間幾乎

17、在所有的探測(cè)系統(tǒng)中，都存在一個(gè)最小時(shí)限，兩個(gè)幾乎在所有的探測(cè)系統(tǒng)中，都存在一個(gè)最小時(shí)限，兩個(gè)事件之間的時(shí)間間隔大于此時(shí)限才能被分辨開而記錄事件之間的時(shí)間間隔大于此時(shí)限才能被分辨開而記錄為兩個(gè)單獨(dú)的脈沖，這個(gè)最小時(shí)限通常稱為探測(cè)系統(tǒng)為兩個(gè)單獨(dú)的脈沖，這個(gè)最小時(shí)限通常稱為探測(cè)系統(tǒng)的死時(shí)間。的死時(shí)間。死時(shí)間由探測(cè)器本身的過程所決定（如死時(shí)間由探測(cè)器本身的過程所決定（如GM計(jì)數(shù)管），計(jì)數(shù)管），也可能由電子學(xué)線路所決定。也可能由電子學(xué)線路所決定。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表n0=n/(1-n)School of Nuclear Science and Technology5.

18、1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器利用某些物質(zhì)在核輻射作用下會(huì)發(fā)光的特性來探測(cè)核輻利用某些物質(zhì)在核輻射作用下會(huì)發(fā)光的特性來探測(cè)核輻射的探測(cè)器。射的探測(cè)器。這些物質(zhì)稱為閃爍體或熒光物質(zhì)。這些物質(zhì)稱為閃爍體或熒光物質(zhì)。組成？組成？閃爍探測(cè)器是通過輻射打在閃爍體上，使原子（分子）閃爍探測(cè)器是通過輻射打在閃爍體上，使原子（分子）電離、激發(fā)，在退激過程中發(fā)光，經(jīng)過光電器件（如電離、激發(fā)，在退激過程中發(fā)光，經(jīng)過光電器件（如光電倍增管）將光信號(hào)變成可測(cè)的電信號(hào)來測(cè)量核輻光電倍增管）將光信號(hào)變成可測(cè)的電信號(hào)來測(cè)量核輻射。射。閃爍探測(cè)器由閃爍體、光電倍增管和相應(yīng)的電子儀器三閃爍探測(cè)器由閃爍體、光電倍增管和相應(yīng)的電子儀

19、器三個(gè)主要部分組成。個(gè)主要部分組成。 5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器的工作可分為五個(gè)相互聯(lián)系的過程：閃爍探測(cè)器的工作可分為五個(gè)相互聯(lián)系的過程：1）射線進(jìn)入閃爍體，與之發(fā)生相互作用，閃爍體吸收）射線進(jìn)入閃爍體，與之發(fā)生相互作用，閃爍體吸收輻射能量而使原子、分子電離和激發(fā)；輻射能量而使原子、分子電離和激發(fā)；2）受激原子、分子退激時(shí)發(fā)射熒光光子；）受激原子、分子退激時(shí)發(fā)射熒光光子；3）利用反射物和光導(dǎo)將閃爍光子盡可能多地收集到光）利用反射物和光導(dǎo)將閃爍光

20、子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極，由于光電效應(yīng)，光子在光陰極上電倍增管的光陰極，由于光電效應(yīng)，光子在光陰極上擊出光電子；擊出光電子；4）電子在光電倍增管中倍增，數(shù)量由一個(gè)增加到）電子在光電倍增管中倍增，數(shù)量由一個(gè)增加到104109個(gè)，電子流在陽極負(fù)載上產(chǎn)生電信號(hào)；個(gè)，電子流在陽極負(fù)載上產(chǎn)生電信號(hào)；5）此信號(hào)由電子儀器記錄和分析。）此信號(hào)由電子儀器記錄和分析。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器閃爍體按其化學(xué)性質(zhì)可分為兩大類：閃爍體按其化學(xué)性質(zhì)可分為兩大類：一類

21、是無機(jī)晶體閃爍體。一類是無機(jī)晶體閃爍體。通常是含有少量雜質(zhì)（稱為通常是含有少量雜質(zhì)（稱為“激活劑激活劑”）的無機(jī)鹽晶體，）的無機(jī)鹽晶體，常用的有碘化鈉（鉈激活）單晶體，即常用的有碘化鈉（鉈激活）單晶體，即NaI(Tl)；碘；碘化銫（鉈激活）單晶體即化銫（鉈激活）單晶體即CsI(Tl)；硫化鋅（銀激活）；硫化鋅（銀激活）多晶體，即多晶體，即ZnS(Ag)等。等。另一種是玻璃體，如鈰激活鋰玻璃另一種是玻璃體，如鈰激活鋰玻璃LiO22SiO2(Ce)。此外，近年來還開發(fā)了不摻雜的純晶體，如鍺酸鉍（簡(jiǎn)此外，近年來還開發(fā)了不摻雜的純晶體，如鍺酸鉍（簡(jiǎn)稱稱BGO）；鎢酸鎘（）；鎢酸鎘（CdWO4，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)

22、稱CWO）和氧化）和氧化鋇等。鋇等。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器閃爍體分為兩大類：閃爍體分為兩大類：另一類是有機(jī)閃爍體。它們都是環(huán)碳?xì)浠衔?。另一類是有機(jī)閃爍體。它們都是環(huán)碳?xì)浠衔?。又可分為三種：又可分為三種：1)有機(jī)晶體閃爍體。例如蒽、芪、萘、對(duì)聯(lián)三苯等。有機(jī)晶體閃爍體。例如蒽、芪、萘、對(duì)聯(lián)三苯等。2)有機(jī)液體閃爍體。在有機(jī)液體溶劑（如甲苯、二甲苯）有機(jī)液體閃爍體。在有機(jī)液體溶劑（如甲苯、二甲苯）中溶少量發(fā)光物質(zhì)（如對(duì)聯(lián)三苯），稱第一發(fā)光物質(zhì)，中溶少量

23、發(fā)光物質(zhì)（如對(duì)聯(lián)三苯），稱第一發(fā)光物質(zhì)，另外再溶入一些光譜波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換劑（如另外再溶入一些光譜波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換劑（如POPOP化合物）稱化合物）稱為第二發(fā)光物質(zhì)，組成有閃爍體性能的液體。為第二發(fā)光物質(zhì)，組成有閃爍體性能的液體。3)塑料閃爍體。它是在有機(jī)液體苯乙烯中加入第一發(fā)光物塑料閃爍體。它是在有機(jī)液體苯乙烯中加入第一發(fā)光物質(zhì)對(duì)聯(lián)三苯和第二發(fā)光物質(zhì)質(zhì)對(duì)聯(lián)三苯和第二發(fā)光物質(zhì)POPOP后，聚合而成的塑料后，聚合而成的塑料除這兩大類外，還有利用氬、氙等惰性氣體作為氣體閃爍除這兩大類外，還有利用氬、氙等惰性氣體作為氣體閃爍體，常作為記錄裂變產(chǎn)物和重粒子的探測(cè)器。體，常作為記錄裂變產(chǎn)物和重粒子的探測(cè)器。5.1 核輻

24、射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器閃爍體的特性：閃爍體的特性：1）發(fā)光效率）發(fā)光效率C發(fā)光發(fā)光 發(fā)光效率表示閃爍體將所吸收的核輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)光效率表示閃爍體將所吸收的核輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)樗l(fā)射光子的總能量的性能。所發(fā)射光子的總能量的性能。顯然顯然1S表示每產(chǎn)生一個(gè)光子，核輻射所損失的能量表示每產(chǎn)生一個(gè)光子，核輻射所損失的能量相當(dāng)于氣體探測(cè)器和半導(dǎo)體探測(cè)器中的平均電離能。相當(dāng)于氣體探測(cè)器和半導(dǎo)體探測(cè)器中的平均電離能。常用無機(jī)閃爍體常用無機(jī)閃爍體NaI(Tl)的的1S300 eV

25、，它比半導(dǎo)，它比半導(dǎo)體和氣體的平均電離能都大。體和氣體的平均電離能都大。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器閃爍體的特性：閃爍體的特性：2）發(fā)光光譜）發(fā)光光譜 閃爍體受核輻射照射時(shí)所發(fā)射的熒光不是單色的，且閃爍體受核輻射照射時(shí)所發(fā)射的熒光不是單色的，且不同波長(zhǎng)的光子數(shù)目也不一樣。不同波長(zhǎng)的光子數(shù)目也不一樣。光子數(shù)隨波長(zhǎng)的分布曲線稱為閃爍體的發(fā)光光譜。光子數(shù)隨波長(zhǎng)的分布曲線稱為閃爍體的發(fā)光光譜。選用的閃爍體的發(fā)光光譜要與所用光電倍增管的光譜響選用的閃爍體的發(fā)光光譜要

26、與所用光電倍增管的光譜響應(yīng)相匹配，才能在光陰極上產(chǎn)生較多的光電子。應(yīng)相匹配，才能在光陰極上產(chǎn)生較多的光電子。3）發(fā)光衰減時(shí)間）發(fā)光衰減時(shí)間4)光衰減長(zhǎng)度光衰減長(zhǎng)度光子數(shù)衰減到原來光子數(shù)衰減到原來1/e時(shí)時(shí),光子在閃爍體中通過的路程光子在閃爍體中通過的路程長(zhǎng)度稱為光衰減長(zhǎng)度。標(biāo)志著閃爍體所能使用的最大長(zhǎng)度稱為光衰減長(zhǎng)度。標(biāo)志著閃爍體所能使用的最大尺度。尺度。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器閃爍體的選用：閃爍體的選用：1）所選閃爍體的種類和尺寸應(yīng)適應(yīng)于所探測(cè)射線的

27、種類、）所選閃爍體的種類和尺寸應(yīng)適應(yīng)于所探測(cè)射線的種類、強(qiáng)度及能量，也就是說使選用閃爍體在測(cè)量一種射線時(shí)強(qiáng)度及能量，也就是說使選用閃爍體在測(cè)量一種射線時(shí)能排除其它射線的干擾。能排除其它射線的干擾。一般測(cè)量一般測(cè)量強(qiáng)度時(shí)用強(qiáng)度時(shí)用ZnS（Ag）閃爍體或）閃爍體或CsI（Tl）晶體。）晶體。測(cè)量測(cè)量射線和中子時(shí)用有機(jī)閃爍體，大都用塑料閃爍體，射線和中子時(shí)用有機(jī)閃爍體，大都用塑料閃爍體，或液體有機(jī)閃爍體。測(cè)量或液體有機(jī)閃爍體。測(cè)量射線用射線用Nal（Tl）或）或CsI（Tl）晶體，對(duì)低能晶體，對(duì)低能X射線或高能射線或高能則可用則可用BGO。2）閃爍體的發(fā)射光譜應(yīng)盡可能好地和所用光電倍增管的光）閃爍體

28、的發(fā)射光譜應(yīng)盡可能好地和所用光電倍增管的光譜響應(yīng)配合，以獲得高的光電產(chǎn)額。譜響應(yīng)配合，以獲得高的光電產(chǎn)額。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器閃爍體的選用：閃爍體的選用：3）閃爍體對(duì)所測(cè)的粒子有較大的阻止本領(lǐng)，使入射粒）閃爍體對(duì)所測(cè)的粒子有較大的阻止本領(lǐng)，使入射粒子在閃爍體中損耗較多的能量。子在閃爍體中損耗較多的能量。4）閃爍體的發(fā)光效率足夠高，有較好的透明度和較?。╅W爍體的發(fā)光效率足夠高，有較好的透明度和較小折射率以便閃爍體發(fā)射的光子盡量被收集到光電倍增折射率以

29、便閃爍體發(fā)射的光子盡量被收集到光電倍增管的光陰極上。管的光陰極上。5）在作時(shí)間分辨計(jì)數(shù)或短壽命放射性活度測(cè)量中，應(yīng)）在作時(shí)間分辨計(jì)數(shù)或短壽命放射性活度測(cè)量中，應(yīng)選取發(fā)光衰減時(shí)間短及能量轉(zhuǎn)換效率高的閃爍體。選取發(fā)光衰減時(shí)間短及能量轉(zhuǎn)換效率高的閃爍體。6）作為能譜測(cè)量時(shí)，要考慮發(fā)光效率對(duì)能量響應(yīng)的線）作為能譜測(cè)量時(shí)，要考慮發(fā)光效率對(duì)能量響應(yīng)的線性范圍。性范圍。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器光電倍增管光電倍增管光電倍增管主要由光陰極、倍增極和陽極組成，它們都光電倍

30、增管主要由光陰極、倍增極和陽極組成，它們都被密封在高真空度的玻璃管內(nèi)。被密封在高真空度的玻璃管內(nèi)。光陰極是接收入射光子并放出光電子的電極。光陰極是接收入射光子并放出光電子的電極。倍增極用來作光電子的倍增用，要求倍增極有較高的電倍增極用來作光電子的倍增用，要求倍增極有較高的電子收集效率和較高的二次電子發(fā)射率。子收集效率和較高的二次電子發(fā)射率。陽極用來收集從最后一個(gè)倍增極發(fā)射的二次電子，在陽陽極用來收集從最后一個(gè)倍增極發(fā)射的二次電子，在陽極負(fù)載上形成電脈沖信號(hào)。極負(fù)載上形成電脈沖信號(hào)。聚焦極和加速電極。聚焦極用來把光陰極發(fā)射的光電子聚焦極和加速電極。聚焦極用來把光陰極發(fā)射的光電子聚焦到第一倍增極上

31、，增加光電子收集效率，加速電聚焦到第一倍增極上，增加光電子收集效率，加速電極使電子獲得加速，減少電子的渡越時(shí)間。極使電子獲得加速，減少電子的渡越時(shí)間。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器光電倍增管光電倍增管5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器光電倍增管的性能指標(biāo)光電倍增管的性能指標(biāo)1）光陰極靈敏度和光譜響應(yīng)）光陰極靈敏度和光譜響應(yīng)陰極

32、光照靈敏度定義為用標(biāo)準(zhǔn)白光陰極光照靈敏度定義為用標(biāo)準(zhǔn)白光(國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的色溫為定的色溫為2856K的鎢絲白熾燈作光源的鎢絲白熾燈作光源)照射光陰極照射光陰極時(shí)，光陰極產(chǎn)生的光電子流時(shí)，光陰極產(chǎn)生的光電子流(單位單位A)與照射光通量與照射光通量(單位單位lm)之比。之比。量子效率定義為一定波長(zhǎng)的光照射光陰極，光陰極發(fā)射量子效率定義為一定波長(zhǎng)的光照射光陰極，光陰極發(fā)射的光電子數(shù)與入射光子數(shù)之比的光電子數(shù)與入射光子數(shù)之比(用百分?jǐn)?shù)表示用百分?jǐn)?shù)表示)。量子。量子效率實(shí)為光電轉(zhuǎn)換效率效率實(shí)為光電轉(zhuǎn)換效率(又叫量子轉(zhuǎn)換效率又叫量子轉(zhuǎn)換效率)，它是波，它是波長(zhǎng)的函數(shù)。長(zhǎng)的函數(shù)。光陰極的

33、光譜響應(yīng)是指量子效率隨波長(zhǎng)變化的關(guān)系曲線光陰極的光譜響應(yīng)是指量子效率隨波長(zhǎng)變化的關(guān)系曲線5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器光電倍增管的性能指標(biāo)光電倍增管的性能指標(biāo)2）倍增系數(shù)和陽極光照靈敏度）倍增系數(shù)和陽極光照靈敏度倍增系數(shù)定義為在一定工作電壓下，陽極輸出電流和陰倍增系數(shù)定義為在一定工作電壓下，陽極輸出電流和陰極光電子流之比。極光電子流之比。若每個(gè)倍增極的二次發(fā)射系數(shù)均為若每個(gè)倍增極的二次發(fā)射系數(shù)均為，倍增極級(jí)數(shù)為，倍增極級(jí)數(shù)為n，各倍增極電子收集效率為各倍增極

34、電子收集效率為，則倍增系數(shù)，則倍增系數(shù)M=()n。陽極光照靈敏度陽極光照靈敏度(單位單位A/lm)定義為在一定工作電壓下，定義為在一定工作電壓下，用標(biāo)準(zhǔn)白光照射光陰極時(shí)，陽極電流與照射光通量之用標(biāo)準(zhǔn)白光照射光陰極時(shí)，陽極電流與照射光通量之比。比。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器光電倍增管的性能指標(biāo)光電倍增管的性能指標(biāo)3）暗電流）暗電流光電倍增管在完全沒有光照射情況下，在一定工作電壓光電倍增管在完全沒有光照射情況下，在一定工作電壓時(shí)測(cè)得的陽極電流稱為暗電流。時(shí)測(cè)

35、得的陽極電流稱為暗電流。暗電流形成的原因：？暗電流形成的原因：？主要是由于光陰極熱電子發(fā)射，光電倍增管內(nèi)殘余氣體主要是由于光陰極熱電子發(fā)射，光電倍增管內(nèi)殘余氣體電離及激發(fā)、窗材料含有的少量放射性核素、高壓尖電離及激發(fā)、窗材料含有的少量放射性核素、高壓尖端放電等，這些都會(huì)產(chǎn)生噪聲脈沖。端放電等，這些都會(huì)產(chǎn)生噪聲脈沖。低溫使用，減小暗電流。低溫使用，減小暗電流。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器光電倍增管的性能指標(biāo)光電倍增管的性能指標(biāo)4）陽極脈沖上升時(shí)間和渡越時(shí)間）

36、陽極脈沖上升時(shí)間和渡越時(shí)間陽極輸出脈沖前沿部分，從峰值的陽極輸出脈沖前沿部分，從峰值的10上升到峰值的上升到峰值的90所需時(shí)間定義為陽極脈沖上升時(shí)間，簡(jiǎn)稱為脈所需時(shí)間定義為陽極脈沖上升時(shí)間，簡(jiǎn)稱為脈沖上升時(shí)間。沖上升時(shí)間。渡越時(shí)間是指光子到達(dá)光陰極的瞬間到陽極輸出脈沖達(dá)渡越時(shí)間是指光子到達(dá)光陰極的瞬間到陽極輸出脈沖達(dá)到某一指定值之間的時(shí)間間隔。從物理意義上來講，到某一指定值之間的時(shí)間間隔。從物理意義上來講，僅指光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的延遲時(shí)間。僅指光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的延遲時(shí)間。分辨時(shí)間：分辨時(shí)間：10-9s量級(jí)量級(jí)5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nucl

37、ear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器光電倍增管的選用光電倍增管的選用靈敏度高、暗電流小、分辨時(shí)間小、光譜響應(yīng)好、性能靈敏度高、暗電流小、分辨時(shí)間小、光譜響應(yīng)好、性能穩(wěn)定。穩(wěn)定。注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：1）暗盒透光時(shí)，絕不能加高壓。）暗盒透光時(shí)，絕不能加高壓。2）為減小噪聲，在絕對(duì)黑暗中工作，預(yù)加電達(dá)到穩(wěn)定。）為減小噪聲，在絕對(duì)黑暗中工作，預(yù)加電達(dá)到穩(wěn)定。3）磁場(chǎng)影響大，需磁屏蔽。）磁場(chǎng)影響大，需磁屏蔽。4）選取高穩(wěn)定的分壓電阻，焊在管座上。管座絕緣。）選取高穩(wěn)定的分壓電阻，焊在管座上。管座絕緣。5）聚焦式光電倍增管各電極間電壓有確定關(guān)系，電壓）聚焦式

38、光電倍增管各電極間電壓有確定關(guān)系，電壓比要調(diào)節(jié)好，特別是前比要調(diào)節(jié)好，特別是前3個(gè)打拿極。個(gè)打拿極。6）根據(jù)脈沖幅度選擇信號(hào)引出極。）根據(jù)脈沖幅度選擇信號(hào)引出極。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.2 閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器的性能指標(biāo)閃爍探測(cè)器的性能指標(biāo) 1）能量分辨率）能量分辨率閃爍探測(cè)器的能量分辨率取決于熒光光子數(shù)和倍增系數(shù)閃爍探測(cè)器的能量分辨率取決于熒光光子數(shù)和倍增系數(shù)的統(tǒng)計(jì)漲落、光電轉(zhuǎn)換效率的誤差等。的統(tǒng)計(jì)漲落、光電轉(zhuǎn)換效率的誤差等。2）探測(cè)效率）探測(cè)效率3）時(shí)間分辨率）

39、時(shí)間分辨率4）閃爍體輻照損傷：隨著輻照劑量的增加光輸出會(huì)減）閃爍體輻照損傷：隨著輻照劑量的增加光輸出會(huì)減弱。下表給出不同閃爍體抗輻照的性能（光輸出下弱。下表給出不同閃爍體抗輻照的性能（光輸出下降降20%時(shí)）。時(shí)）。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.3 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器的探測(cè)原理與電離室類似，但探測(cè)介質(zhì)是半導(dǎo)體探測(cè)器的探測(cè)原理與電離室類似，但探測(cè)介質(zhì)是半導(dǎo)體。那末，是否只要用一塊半導(dǎo)體材料代替氣體半導(dǎo)體。那末，是否只要用一塊半導(dǎo)體材料代替氣體就行了呢？就行了呢？PN結(jié)

40、結(jié)5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.3 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器輻射產(chǎn)生的電子空穴對(duì)基本上能全部被收集。輻射產(chǎn)生的電子空穴對(duì)基本上能全部被收集。電子空穴對(duì)數(shù)目電子空穴對(duì)數(shù)目N0與入射粒子能量與入射粒子能量E0成正比關(guān)系，則成正比關(guān)系，則輸出電路上產(chǎn)生的電壓脈沖幅度為：輸出電路上產(chǎn)生的電壓脈沖幅度為：如果帶電粒子的全部能量均消耗在結(jié)區(qū)，則通過測(cè)量脈如果帶電粒子的全部能量均消耗在結(jié)區(qū)，則通過測(cè)量脈沖信號(hào)的幅度，就可以測(cè)定帶電粒子的能量。沖信號(hào)的幅度，就可以測(cè)定帶電粒子的能量。5.1 核輻射

41、劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表WCeECeNVm00School of Nuclear Science and Technology5.1.3 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器的工作原理類似于電離室，但它比電離室半導(dǎo)體探測(cè)器的工作原理類似于電離室，但它比電離室有些明顯的優(yōu)點(diǎn)：有些明顯的優(yōu)點(diǎn)：1） 能量分辨率高能量分辨率高半導(dǎo)體的主要優(yōu)點(diǎn)是它的電離能低，硅和鍺的電離能大半導(dǎo)體的主要優(yōu)點(diǎn)是它的電離能低，硅和鍺的電離能大約為約為3eV，而氣體探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)離子對(duì)大約需要？，而氣體探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)離子對(duì)大約需要？eV。因此同樣能量的帶電粒子在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的電。因此同樣能量的帶電粒子在半導(dǎo)

42、體內(nèi)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)是氣體探測(cè)器離子對(duì)的子空穴對(duì)是氣體探測(cè)器離子對(duì)的 倍之多。電子倍之多。電子空穴對(duì)的統(tǒng)計(jì)漲落小得多，半導(dǎo)體探測(cè)器的能量分辨空穴對(duì)的統(tǒng)計(jì)漲落小得多，半導(dǎo)體探測(cè)器的能量分辨率要好得多。率要好得多。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.3 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)半導(dǎo)體探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)2）空間分辨率高）空間分辨率高半導(dǎo)體的密度比氣體密度大許多（三個(gè)數(shù)量級(jí)），半導(dǎo)半導(dǎo)體的密度比氣體密度大許多（三個(gè)數(shù)量級(jí)），半導(dǎo)體探測(cè)器和電離室輸出同樣大小脈沖時(shí)，半導(dǎo)體探測(cè)體探測(cè)器和

43、電離室輸出同樣大小脈沖時(shí)，半導(dǎo)體探測(cè)器體積可小許多。因而可以制成高空間分辨的探測(cè)器。器體積可小許多。因而可以制成高空間分辨的探測(cè)器。3）時(shí)間響應(yīng)快）時(shí)間響應(yīng)快4）測(cè)量電離輻射的能量時(shí)，線性范圍寬。）測(cè)量電離輻射的能量時(shí)，線性范圍寬。半導(dǎo)體探測(cè)器的主要缺點(diǎn)是：半導(dǎo)體探測(cè)器的主要缺點(diǎn)是：1）對(duì)輻射損傷較靈敏，受強(qiáng)輻照后性能變差。）對(duì)輻射損傷較靈敏，受強(qiáng)輻照后性能變差。2）常用的鍺探測(cè)器，需要在低溫（液氮）條件下工作，）常用的鍺探測(cè)器，需要在低溫（液氮）條件下工作，甚至要求在低溫下保存，使用不便。甚至要求在低溫下保存，使用不便。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School o

44、f Nuclear Science and Technology5.1.3 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器的材料主要是硅和鍺。根據(jù)探測(cè)器的制作半導(dǎo)體探測(cè)器的材料主要是硅和鍺。根據(jù)探測(cè)器的制作方法和材料的不同，主要分為三種類型：方法和材料的不同，主要分為三種類型：PN結(jié)結(jié)型型;鋰漂移型；高純鍺型。鋰漂移型；高純鍺型。PN結(jié)型結(jié)型根據(jù)根據(jù)PN結(jié)制造方法的不同，又可以分為面壘型和離子結(jié)制造方法的不同，又可以分為面壘型和離子注入型注入型PN結(jié)半導(dǎo)體探測(cè)器。結(jié)半導(dǎo)體探測(cè)器。常用的面壘型探測(cè)器是金硅面壘探測(cè)器。主要用于測(cè)量常用的面壘型探測(cè)器是金硅面壘探測(cè)器。主要用于測(cè)量帶電粒子能譜。較厚的才可探測(cè)低

45、能帶電粒子能譜。較厚的才可探測(cè)低能X射線。射線。PN結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器的一個(gè)缺點(diǎn)是靈敏區(qū)厚度很難達(dá)結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器的一個(gè)缺點(diǎn)是靈敏區(qū)厚度很難達(dá)到到2mm以上。它在探測(cè)重帶電粒子方面有著廣泛的以上。它在探測(cè)重帶電粒子方面有著廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于穿透力很強(qiáng)的應(yīng)用，但對(duì)于穿透力很強(qiáng)的射線就不適用了。（？）射線就不適用了。（？）5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.3 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器鋰漂移型鋰漂移型鋰漂移型可以很好地解決這個(gè)問題，它的靈敏區(qū)厚度可鋰漂移型可以很好地解決這個(gè)問題，它的靈敏區(qū)厚度

46、可以達(dá)到以達(dá)到10 mm以上。以上。鋰漂移鍺探測(cè)器鋰漂移鍺探測(cè)器 Ge（Li）和鋰漂移硅探測(cè)器）和鋰漂移硅探測(cè)器Si（Li）5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.3 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器鋰漂移型鋰漂移型鍺的禁帶寬度較小，常溫下熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子較多，反鍺的禁帶寬度較小，常溫下熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子較多，反向電流較大，噪聲較大，所以向電流較大，噪聲較大，所以Ge（Li）探測(cè)器必須持續(xù)）探測(cè)器必須持續(xù)地在低溫下儲(chǔ)存和工作。地在低溫下儲(chǔ)存和工作。又由于又由于Ge的表面態(tài)影響比較嚴(yán)重，面電流大，探

47、測(cè)器必須的表面態(tài)影響比較嚴(yán)重，面電流大，探測(cè)器必須保持在壓力低于保持在壓力低于1.333103Pa的真空條件下。的真空條件下。實(shí)際應(yīng)用的實(shí)際應(yīng)用的Ge（Li）探測(cè)器都是密封在真空低溫恒溫器中，）探測(cè)器都是密封在真空低溫恒溫器中，低溫恒溫器與杜瓦瓶中的液氮接觸。低溫恒溫器與杜瓦瓶中的液氮接觸。 Si（Li）探測(cè)器可在常溫下保存，使用時(shí)為提高能量分辨率）探測(cè)器可在常溫下保存，使用時(shí)為提高能量分辨率放置在液氮溫度下。放置在液氮溫度下。杜瓦瓶的尺寸和質(zhì)量都遠(yuǎn)大于探測(cè)器本身，因此移動(dòng)很不杜瓦瓶的尺寸和質(zhì)量都遠(yuǎn)大于探測(cè)器本身，因此移動(dòng)很不方便。已被方便。已被HPGe取代。取代。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和

48、儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.3 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器高純鍺型（高純鍺型（HPGe） 在在20世紀(jì)世紀(jì)70年代研制出來的一種新型半導(dǎo)體探測(cè)器。年代研制出來的一種新型半導(dǎo)體探測(cè)器。這種探測(cè)器本質(zhì)上也是這種探測(cè)器本質(zhì)上也是PN結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器。結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器。目前高純鍺的雜質(zhì)濃度可以降低到（目前高純鍺的雜質(zhì)濃度可以降低到（1091010）原）原子子/ cm3（這就是高純鍺之意），相應(yīng)的電阻率很高，（這就是高純鍺之意），相應(yīng)的電阻率很高，使偏壓不到使偏壓不到1000V時(shí)耗盡深度就可以達(dá)到時(shí)耗盡深度就可以達(dá)到1

49、0mm，所以可獲得較大的靈敏體積。所以可獲得較大的靈敏體積。高純鍺探測(cè)器的基體可以是高純鍺探測(cè)器的基體可以是P型高純鍺，也可以是型高純鍺，也可以是N型型高純鍺。高純鍺。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表CEeCeNVm0School of Nuclear Science and Technology5.1.3 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器高純鍺型（高純鍺型（HPGe） 高純鍺探測(cè)器雖然可以不在低溫下保存，但需要在低溫高純鍺探測(cè)器雖然可以不在低溫下保存，但需要在低溫下工作，以提高能量分辨率。下工作，以提高能量分辨率?；衔锇雽?dǎo)體探測(cè)器化合物半導(dǎo)體探測(cè)器HgI2、CdTe和和Ga

50、As，三種半導(dǎo)體材料的禁帶寬度均，三種半導(dǎo)體材料的禁帶寬度均較大，在室溫條件下熱激發(fā)較小，所以可在室溫條件較大，在室溫條件下熱激發(fā)較小，所以可在室溫條件下工作。下工作。它們的原子序數(shù)和密度都比鍺大，特別是前二者，所以它們的原子序數(shù)和密度都比鍺大，特別是前二者，所以同樣條件下對(duì)同樣條件下對(duì)射線的探測(cè)效率也就更高。射線的探測(cè)效率也就更高。當(dāng)然化合物半導(dǎo)體探測(cè)器也有問題要解決。當(dāng)然化合物半導(dǎo)體探測(cè)器也有問題要解決。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.3 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器特性參數(shù)：特性參

51、數(shù)：1）靈敏度厚度）靈敏度厚度2）結(jié)電容）結(jié)電容Cd應(yīng)用應(yīng)用:和帶電粒子和帶電粒子能譜儀能譜儀5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.4 劑量學(xué)探測(cè)器劑量學(xué)探測(cè)器1）熱釋光探測(cè)器）熱釋光探測(cè)器 輻射產(chǎn)生的電子和空穴在晶格內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過程中，可能被輻射產(chǎn)生的電子和空穴在晶格內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過程中，可能被陷阱俘獲而落入深度不同的陷阱能級(jí)中或落入雜質(zhì)原陷阱俘獲而落入深度不同的陷阱能級(jí)中或落入雜質(zhì)原子在禁帶所形成的能級(jí)（圖中子在禁帶所形成的能級(jí)（圖中F、G 能級(jí)）中。能級(jí)）中。陷阱是指磷光體內(nèi)晶格的不完整性所引

52、起的一些與導(dǎo)帶陷阱是指磷光體內(nèi)晶格的不完整性所引起的一些與導(dǎo)帶底部能距小的能級(jí)（如圖中底部能距小的能級(jí)（如圖中A、B 能級(jí)）。能級(jí)）。這些被俘獲的電子，只有通過熱激發(fā)到達(dá)導(dǎo)帶，才能同這些被俘獲的電子，只有通過熱激發(fā)到達(dá)導(dǎo)帶，才能同發(fā)光中心復(fù)合而發(fā)光。發(fā)光中心復(fù)合而發(fā)光。顯然，提高磷光體的溫度，可以使貯存于其中的輻射能顯然，提高磷光體的溫度，可以使貯存于其中的輻射能加速地釋放出來。這一現(xiàn)象稱為熱釋發(fā)光。加速地釋放出來。這一現(xiàn)象稱為熱釋發(fā)光。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.4 劑量學(xué)探測(cè)

53、器劑量學(xué)探測(cè)器1）熱釋光探測(cè)器）熱釋光探測(cè)器 加熱放出的總光子數(shù)與陷阱中釋放出的電子數(shù)成正比。加熱放出的總光子數(shù)與陷阱中釋放出的電子數(shù)成正比。而總電子數(shù)又與磷光體最初吸收的輻射能量成正比。而總電子數(shù)又與磷光體最初吸收的輻射能量成正比。因此，可以通過測(cè)量總光子數(shù)來探測(cè)各種核輻射。因此，可以通過測(cè)量總光子數(shù)來探測(cè)各種核輻射。加熱磷光體，可以使落在陷阱能級(jí)上的電子釋放出來。加熱磷光體，可以使落在陷阱能級(jí)上的電子釋放出來。在不同的溫度，釋放出來的光能量不同；光強(qiáng)峰值對(duì)在不同的溫度，釋放出來的光能量不同；光強(qiáng)峰值對(duì)應(yīng)的溫度近似地反映了陷阱的深度。應(yīng)的溫度近似地反映了陷阱的深度。圖圖6.24表示了表示了L

54、iF逐漸升溫加熱的發(fā)光強(qiáng)度曲線。逐漸升溫加熱的發(fā)光強(qiáng)度曲線。熱釋光磷光體經(jīng)輻照后，其所貯存的能量在室溫下會(huì)自熱釋光磷光體經(jīng)輻照后，其所貯存的能量在室溫下會(huì)自行衰退。實(shí)際使用可以采取措施，在一定程度上消除行衰退。實(shí)際使用可以采取措施，在一定程度上消除衰退對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。衰退對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.4 劑量學(xué)探測(cè)器劑量學(xué)探測(cè)器1）熱釋光探測(cè)器）熱釋光探測(cè)器 許多天然礦石和人工合成的物質(zhì)都具有熱釋光特性。但許多天然礦石和人工合成的物質(zhì)都具有熱釋光特性。但要作為探

55、測(cè)元件使用，還應(yīng)滿足一定要求：陷阱密度要作為探測(cè)元件使用，還應(yīng)滿足一定要求：陷阱密度高、發(fā)光效率高、在常溫下被俘獲的電子能長(zhǎng)期貯存，高、發(fā)光效率高、在常溫下被俘獲的電子能長(zhǎng)期貯存，即自行衰退性小、發(fā)光曲線比較簡(jiǎn)單、最好是有效原即自行衰退性小、發(fā)光曲線比較簡(jiǎn)單、最好是有效原子序數(shù)低的材料。子序數(shù)低的材料。 ？常用有氟化鋰（常用有氟化鋰（LiF），氟化鈣（），氟化鈣（CaF2），硼酸鋰），硼酸鋰Li2B4O7(Mn)，氧化鈹（，氧化鈹（BeO），硫酸鈣），硫酸鈣CaSO4(Dy)最常用的是最常用的是LiF，它衰退較小，能量響應(yīng)好，但制作工，它衰退較小，能量響應(yīng)好，但制作工藝較復(fù)雜，靈敏度不夠高。藝

56、較復(fù)雜，靈敏度不夠高。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.4 劑量學(xué)探測(cè)器劑量學(xué)探測(cè)器1）熱釋光探測(cè)器）熱釋光探測(cè)器 熱釋光測(cè)量系統(tǒng)組成：熱釋光測(cè)量系統(tǒng)組成：加熱發(fā)光的測(cè)量裝置可分為：加熱部分、光電轉(zhuǎn)換部分、加熱發(fā)光的測(cè)量裝置可分為：加熱部分、光電轉(zhuǎn)換部分、輸出顯示部分。輸出顯示部分。由加熱和光電轉(zhuǎn)換部分組成為測(cè)量探頭。由加熱和光電轉(zhuǎn)換部分組成為測(cè)量探頭。加熱發(fā)光的測(cè)量是通過光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦偶訜岚l(fā)光的測(cè)量是通過光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的，因此，光電倍增管管是探頭的核心部

57、分。對(duì)探號(hào)的，因此，光電倍增管管是探頭的核心部分。對(duì)探頭的要求是：收集磷光體所發(fā)光的效率盡可能高；頭的要求是：收集磷光體所發(fā)光的效率盡可能高；盡可能降低其它因素產(chǎn)生的噪聲，如熱噪聲、光電盡可能降低其它因素產(chǎn)生的噪聲，如熱噪聲、光電倍增管噪聲等；探測(cè)效率穩(wěn)定。倍增管噪聲等；探測(cè)效率穩(wěn)定。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.4 劑量學(xué)探測(cè)器劑量學(xué)探測(cè)器1）熱釋光探測(cè)器）熱釋光探測(cè)器 探頭一般包括以下幾部分：探頭一般包括以下幾部分：（1）加熱盤。通常由厚為）加熱盤。通常由厚為0.2mm左右的不

58、銹鋼片，鉭片左右的不銹鋼片，鉭片或電阻鋼帶按一定形狀沖壓而成。要求加熱盤在高溫下或電阻鋼帶按一定形狀沖壓而成。要求加熱盤在高溫下不變形，不易氧化及金屬表面的光澤基本不變。也可在不變形，不易氧化及金屬表面的光澤基本不變。也可在加熱盤上鍍上一層銀。加熱盤上鍍上一層銀。（2）溫度傳感器。溫度傳感器通常用熱電偶。常用的有鎳）溫度傳感器。溫度傳感器通常用熱電偶。常用的有鎳鉻鉻-鎳鋁，鎳鉻鎳鋁，鎳鉻-青銅或銅青銅或銅-康銅等熱電偶。它通常點(diǎn)烽康銅等熱電偶。它通常點(diǎn)烽在加熱盤下面的中心處。在加熱盤下面的中心處。（3）濾光片。各種波光片具有各自特定的透射光譜曲線，）濾光片。各種波光片具有各自特定的透射光譜曲線

59、，它基本上要與所用的磷光體的發(fā)光光譜一致，使磷光體它基本上要與所用的磷光體的發(fā)光光譜一致，使磷光體發(fā)出的光大部分透過，其它光譜則被濾去。發(fā)出的光大部分透過，其它光譜則被濾去。5.1 核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表核輻射劑量監(jiān)測(cè)方法和儀表School of Nuclear Science and Technology5.1.4 劑量學(xué)探測(cè)器劑量學(xué)探測(cè)器1）熱釋光探測(cè)器）熱釋光探測(cè)器 探頭一般包括以下幾部分：探頭一般包括以下幾部分：（4）光導(dǎo)。光導(dǎo)是用透明的光學(xué)玻璃或有機(jī)玻璃做成。）光導(dǎo)。光導(dǎo)是用透明的光學(xué)玻璃或有機(jī)玻璃做成。它使光電倍增管和加熱致之間有一定距離，以減少加它使光電倍增管和加熱致之間有一定

60、距離，以減少加熱盤的電磁干擾及高溫對(duì)光電倍增管工作的影響，并熱盤的電磁干擾及高溫對(duì)光電倍增管工作的影響，并能使磷光體發(fā)出的光有效地輸送至光電倍增管的光陰能使磷光體發(fā)出的光有效地輸送至光電倍增管的光陰極。極。（5）光電倍增管。）光電倍增管。光電倍增管是探頭的重要部件，其性能好壞和其工作狀光電倍增管是探頭的重要部件，其性能好壞和其工作狀況對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響。因此，一般應(yīng)選擇光電倍況對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響。因此，一般應(yīng)選擇光電倍增管的光陰極應(yīng)具有高的光量子效率、其光譜特性與增管的光陰極應(yīng)具有高的光量子效率、其光譜特性與磷光體的熱釋光光譜相匹配，暗電流要極低。磷光體的熱釋光光譜相匹配，暗電流要極低。5