射線探測原理與技術(shù)綜述

1、中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎核輻射探測方法核輻射探測方法陳明焌陳明焌中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎常用射線探測器的工作原理 中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎1.1.氣體探測器氣體探測器共同特點共同特點： 作用介質(zhì)為氣體作用介質(zhì)為氣體 結(jié)構(gòu)相似結(jié)構(gòu)相似 探測依據(jù)探測依據(jù) 射線通過物質(zhì)時的射線通過物質(zhì)時的電離效應電離效應 氣體探測器電離室電離室 （平板型、圓柱型）（平板型、圓柱型）正比計數(shù)器正比計數(shù)器 （圓柱型）（

2、圓柱型）G-M G-M 計數(shù)器（圓柱型）計數(shù)器（圓柱型）中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎1.1 氣體探測器的工作原理 射線射線 氣體（一種物質(zhì)氣體（一種物質(zhì)) ) 相相互作用互作用 傳遞能量傳遞能量 氣體原子（分子）氣體原子（分子）中核外電子獲得能量中核外電子獲得能量 產(chǎn)生產(chǎn)生電離和激發(fā)電離和激發(fā)效效應，產(chǎn)生大量的應，產(chǎn)生大量的電子正離子電子正離子對，射線本身對，射線本身損失能損失能量量而被阻止下來。而被阻止下來。1. 氣體的電離氣體的電離中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎初電

3、離：初電離：入射粒子與氣體原子分子碰撞直接產(chǎn)生入射粒子與氣體原子分子碰撞直接產(chǎn)生正離子和電子。正離子和電子。 次電離：次電離：直接電離時產(chǎn)生的電子中能量特別高的直接電離時產(chǎn)生的電子中能量特別高的那部分，稱為那部分，稱為電子，它們也能使氣體電離。另外電子，它們也能使氣體電離。另外初電離可使原子分子產(chǎn)生內(nèi)殼層空位，則外殼層向初電離可使原子分子產(chǎn)生內(nèi)殼層空位，則外殼層向內(nèi)殼層躍遷時，既可能發(fā)射俄歇電子，也有可能發(fā)內(nèi)殼層躍遷時，既可能發(fā)射俄歇電子，也有可能發(fā)射紫外光或射紫外光或X射線，它們都可能使氣體電離。射線，它們都可能使氣體電離。電離的過程包括：電離的過程包括： 初電離和次電離的總和稱為總電離初電

4、離和次電離的總和稱為總電離。中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎平均電離能平均電離能 帶電粒子在氣體中產(chǎn)生一對電子正離子對需要帶電粒子在氣體中產(chǎn)生一對電子正離子對需要的平均能量的平均能量 W平均電離能平均電離能射線通過氣體時就可形成射線通過氣體時就可形成N N對離子對：對離子對： WEN0 平均電離能平均電離能 W W 最低電離電位最低電離電位 I I0 0中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎幾種氣體的電離能幾種氣體的電離能w w、和最低電離電位、和最低電離電位氣體氣體w w( (

5、) )w w( (X, X, ) )w w( ( ) )I I0 0HeHe46.046.0 0.50.541.541.5 0.40.429.929.9+0.5+0.524.524.5NeNe35.735.7 2.62.636.236.2 0.40.428.628.6 8 821.621.6ArAr26.326.3 0.10.126.226.2 0.20.215.815.8O O2 232.332.3 0.10.131.831.8 0.30.331.531.5 2 212.512.5CHCH4 429.129.1 0.10.127.327.3 0.30.312.812.8C C2 2H H4

6、428.0328.03 0.050.0526.326.3 0.30.312.212.2空氣空氣34.9834.98 0.050.0533.7333.73 0.150.1536.036.0 0.40.4中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎2. 離子的收集和電壓電流曲線離子的收集和電壓電流曲線圖圖4.2 4.2 離子收集裝置示意圖離子收集裝置示意圖中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎圖4.3 、兩種粒子在氣體探測器中產(chǎn)生的總的離子對數(shù)目和電場的關系曲線圖圖4.3 給出了給出了、兩兩種粒子

7、在氣體探測器種粒子在氣體探測器中產(chǎn)生的總的離子對中產(chǎn)生的總的離子對數(shù)目和電場的關系曲數(shù)目和電場的關系曲線明顯分為五個區(qū)域：線明顯分為五個區(qū)域： 在輻射強度恒定的在輻射強度恒定的條件下，隨所加電壓條件下，隨所加電壓與電離電流的關系如與電離電流的關系如圖圖4.3。中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎圖圖 各種類型的氣體探測器各種類型的氣體探測器中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎例：210Po E=5.30MeV cm84.3R 空空氣氣 個個561056. 134103 . 5N 經(jīng)推

8、導和實際測量已知，每一對電子正離子對經(jīng)推導和實際測量已知，每一對電子正離子對都帶有一定電量，大小為：都帶有一定電量，大小為：C.e19106021 中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎圓柱型電離室圓柱型電離室C0VLR+-中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎2. 2. 閃爍探測器閃爍探測器是利用輻射在某些物質(zhì)中產(chǎn)生的是利用輻射在某些物質(zhì)中產(chǎn)生的來探測電離輻射的探測器。來探測電離輻射的探測器。閃爍探測器的主要組成部分：閃爍探測器的主要組成部分： 閃爍體閃爍體 光電倍增管光電倍增管 相應

9、的電子學儀器相應的電子學儀器中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎閃爍體閃爍體光電倍增管光電倍增管( (打拿極打拿極) )反射層反射層管座管座分壓器分壓器高壓高壓多道或單道多道或單道光陰極光陰極陽極陽極熒光熒光光子光子光電子光電子暗盒暗盒窗窗前置放大器前置放大器中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎1）閃爍探測器工作原理（五個相互聯(lián)系的過程）：閃爍探測器工作原理（五個相互聯(lián)系的過程）： 損失能量損失能量 射線進入閃爍題，閃爍體吸收帶電粒子能量，而射線進入閃爍題，閃爍體吸收帶電粒子能量，而

10、使原子、分子使原子、分子電離、激發(fā)電離、激發(fā)。 中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換 受激原子、分子退激發(fā)時，發(fā)射熒光光子。受激原子、分子退激發(fā)時，發(fā)射熒光光子。 發(fā)出光子發(fā)出光子 射線能量的一部分轉(zhuǎn)化為光能。射線能量的一部分轉(zhuǎn)化為光能。中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 收集光子、光電轉(zhuǎn)換收集光子、光電轉(zhuǎn)換 利用反射物和光導將閃爍光子盡可能多地收集利用反射物和光導將閃爍光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應，光子到光電倍增管的光陰極上，由于光電效

11、應，光子在光陰極上打出光電子在光陰極上打出光電子 光能光能電子電子中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 光電子在光電倍增管中倍增，數(shù)量光電子在光電倍增管中倍增，數(shù)量由一個增加到由一個增加到104 109 ， 電子流在陽電子流在陽極負載上產(chǎn)生電信號，輸出幅度幾百極負載上產(chǎn)生電信號，輸出幅度幾百mV V, 在一定的條件下正比于入射在一定的條件下正比于入射粒子損失的能量，脈沖計數(shù)正比與入粒子損失的能量，脈沖計數(shù)正比與入射粒子強度。射粒子強度。 記錄分析記錄分析 中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與

12、安全基礎中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎a. NaI(Tl)a. NaI(Tl)晶體晶體密度大密度大 =3.67g/cm=3.67g/cm3 3原子序數(shù)高原子序數(shù)高 Z=53 (Z=53 (占總重的占總重的85%85%）對對射線探測效率高射線探測效率高輸出脈沖幅度與吸收的能量基本上有線性關系輸出脈沖幅度與吸收的能量基本上有線性關系2）介紹幾種閃爍體）介紹幾種閃爍體中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護

13、與安全基礎中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎b. Zn(Ag)b. Zn(Ag)閃爍體閃爍體優(yōu)點：優(yōu)點：發(fā)光效率極高發(fā)光效率極高 對重帶電粒子阻止本領很大，對重帶電粒子阻止本領很大， 對對 射線不靈敏，射線不靈敏， 適合于在適合于在、本底場中用幅度甄別法測量本底場中用幅度甄別法測量 中帶電粒子中帶電粒子缺點：缺點：ZnSZnS層是半透明的層是半透明的 因此不能用來測量因此不能用來測量 能量，只能用來測量能量，只能用來測量 強度強度中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎c. c. 有機

14、晶體蒽和芪有機晶體蒽和芪具有良好的發(fā)光特性的芳香族化合物具有良好的發(fā)光特性的芳香族化合物蒽：蒽：1014HCZ Z小，小，H H的含量大的含量大探測探測和快中子的好材料和快中子的好材料在在0.130MeV0.130MeV能區(qū)線性好，可測能區(qū)線性好，可測能譜能譜芪：芪：1214HC光輸出是蒽的光輸出是蒽的60%60%，發(fā)光時間，發(fā)光時間-6ns-6ns常用作快計數(shù)常用作快計數(shù)加工困難加工困難 不多用不多用中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎a. 基本原理和構(gòu)造基本原理和構(gòu)造 光電倍增管是利用光電效應將光轉(zhuǎn)換成光電光電倍增管是利用光電效應將光

15、轉(zhuǎn)換成光電子，由光電子形成的電流來記錄微弱閃光的元件。子，由光電子形成的電流來記錄微弱閃光的元件。作用：光電轉(zhuǎn)換、電子倍增、信號輸出作用：光電轉(zhuǎn)換、電子倍增、信號輸出三個基本組成部分三個基本組成部分：光陰極光陰極、次陰極次陰極、陽極陽極3 3）光電倍增管）光電倍增管中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎光陰極光陰極接受光子并放出光電子的電極接受光子并放出光電子的電極作用：作用：光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換次陰極次陰極 陽陽 極極光陰極產(chǎn)生的光電子被加速、聚焦、光陰極產(chǎn)生的光電子被加速、聚焦、倍增倍增作用：作用：電子倍增電子倍增收集經(jīng)倍增放大后所產(chǎn)生的所

16、有電子收集經(jīng)倍增放大后所產(chǎn)生的所有電子作用：作用：信號輸出信號輸出中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎圖4.13 光電倍增管的工作原理中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 C1eMQgFhCAECeMTnCqVkcphnp0ph 設：系統(tǒng)電容為設：系統(tǒng)電容為C , C , 引起陽極上電極電位變化幅度為引起陽極上電極電位變化幅度為: : V E0結(jié)論與啟示結(jié)論與啟示：2. 為了提高，必須增大為了提高，必須增大、A、T 等等phC、cg能量損失率能量損失率平均光電轉(zhuǎn)換效率平均光電轉(zhuǎn)換效率

17、電子收集效率電子收集效率總發(fā)光效率總發(fā)光效率中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎方法：方法：增大增大A , A , 增大閃爍體尺寸。增大閃爍體尺寸。( (提高探測效率提高探測效率) )選選 的閃爍體（高發(fā)光效率）的閃爍體（高發(fā)光效率）提高提高 （光子收集效率）（光子收集效率）調(diào)節(jié)光電倍增管得分壓電阻，提高調(diào)節(jié)光電倍增管得分壓電阻，提高 ( (電子收電子收集效率）集效率）1.1. 閃爍體與光電倍增管相匹配增加閃爍體與光電倍增管相匹配增加 （光電轉(zhuǎn)換效率）（光電轉(zhuǎn)換效率）phFphCcg kQ中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護

18、部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎3. 3. 半導體探測器半導體探測器 工作原理工作原理與氣體探測器類似與氣體探測器類似半導體材料半導體材料 SiSi或或GeGe對輻射損傷較靈敏對輻射損傷較靈敏性能隨溫度變化關系較大性能隨溫度變化關系較大能量分辨率高能量分辨率高時間響應快（時間響應快（1010-9-9秒）秒）線性范圍寬線性范圍寬(300KeV-1.3MeV (300KeV-1.3MeV 線性偏移線性偏移 0.2KeV) 0.2KeV)主要缺點主要缺點主要優(yōu)點主要優(yōu)點探測介質(zhì)探測介質(zhì)中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎時間響應快：時

19、間響應快： 帶電粒子在半導體中形成的電離密度要比在氣帶電粒子在半導體中形成的電離密度要比在氣體中形成的體中形成的電離密度高，大約電離密度高，大約3 3個數(shù)量級個數(shù)量級。 所以，當探測高能電子或所以，當探測高能電子或射線時，半導體探射線時，半導體探測器的尺寸要比氣體探測器小得多，因而可以制測器的尺寸要比氣體探測器小得多，因而可以制成高空間分辨、快時間相應的探測器。成高空間分辨、快時間相應的探測器。線性范圍寬：線性范圍寬： 在很大的能量范圍內(nèi)，探測器輸出脈沖幅度與在很大的能量范圍內(nèi)，探測器輸出脈沖幅度與所測射線的能量成正比。所測射線的能量成正比。中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部

20、培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎表表4.2 不同探測器能量分辨率的比較不同探測器能量分辨率的比較放射源放射源探測器探測器能量分辨率能量分辨率241Am-5.486MeVPIPS離子注入表面鈍化硅半導體探測器離子注入表面鈍化硅半導體探測器約約0.2%氣體探測器氣體探測器約約1%60Co-1.33MeV高純鍺半導體探測器高純鍺半導體探測器約約0.1%NaI（Tl）閃爍探測器）閃爍探測器約約8%55Fe-X5.9keVSi（Li）半導體探測器）半導體探測器約約3%正比計數(shù)器（氣體）正比計數(shù)器（氣體）約約17%NaI（Tl）閃爍探測器）閃爍探測器約約5060%中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人

21、民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎電離室成為探測器必須滿足的電離室成為探測器必須滿足的條件條件：沒有射線穿過靈敏體積時，不產(chǎn)生信號或信號可以忽略；沒有射線穿過靈敏體積時，不產(chǎn)生信號或信號可以忽略；帶電粒子穿過靈敏體積時，在其中產(chǎn)生離子對；帶電粒子穿過靈敏體積時，在其中產(chǎn)生離子對；在電場的作用下，離子在漂向兩極的過程中沒有明顯的損在電場的作用下，離子在漂向兩極的過程中沒有明顯的損失，在回路中形成的信號能代表原初產(chǎn)生的離子對數(shù)。失，在回路中形成的信號能代表原初產(chǎn)生的離子對數(shù)。1） 半導體探測器的基本原理：半導體探測器的基本原理：中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境

22、保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 與氣體探測器類似，核輻射在半導體中，每產(chǎn)生與氣體探測器類似，核輻射在半導體中，每產(chǎn)生一對電子空穴對，平均損失的能量即一對電子空穴對，平均損失的能量即平均電離能平均電離能w eVw76. 3eVw96. 2硅硅鍺鍺 對于能量為對于能量為E的核輻射，半導體探測器輸出脈沖幅度：的核輻射，半導體探測器輸出脈沖幅度： CwEV1 探測器的結(jié)電容探測器的結(jié)電容中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎漂移型：漂移型： 硅鋰漂移探測器硅鋰漂移探測器 鍺鋰漂移探測器鍺鋰漂移探測器高純材料：高純材料：低能低能、x

23、x射線射線射線能譜射線能譜高純鍺探測器高純鍺探測器 HPGeHPGe擴散型：擴散型：主要用于測量粒子主要用于測量粒子能譜和粒子計數(shù)能譜和粒子計數(shù)擴散結(jié)型擴散結(jié)型面壘型面壘型離子注入型離子注入型2）常見的半導體探測器）常見的半導體探測器 中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎圖圖4.18 4.18 金硅面壘半導金硅面壘半導體探測器外形體探測器外形圖4.21 液氮致冷冗余設計致冷器和脈沖管電致冷器中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 4. 4. 中子探測器中子探測器1）中子探測的基本原理）

24、中子探測的基本原理 由于由于中子不帶電中子不帶電，中子與物質(zhì)中的電子發(fā)生相互，中子與物質(zhì)中的電子發(fā)生相互作用作用不能引起直接電離不能引起直接電離。 因此，中子探測器只能依靠中子與原子核相互作因此，中子探測器只能依靠中子與原子核相互作用產(chǎn)生的用產(chǎn)生的核反應核反應、核反沖核反沖、核裂變核裂變和和活化活化等產(chǎn)生的等產(chǎn)生的次次級帶電粒子級帶電粒子來測量中子。來測量中子。 中子與原子核的反應過程，以及相互作用截面的中子與原子核的反應過程，以及相互作用截面的大小，大小，依賴于中子的能量和物質(zhì)的性質(zhì)依賴于中子的能量和物質(zhì)的性質(zhì)。中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防

25、護與安全基礎 常用中子探測器主要有：常用中子探測器主要有：BF3正比計數(shù)器、硼正比計數(shù)器、硼電離室、裂變室、閃爍探測器、半導體探測器等。電離室、裂變室、閃爍探測器、半導體探測器等。2）常用中子探測器簡介）常用中子探測器簡介 BF3正比計數(shù)器正比計數(shù)器 BF3氣體作為探測介質(zhì)，利用中子和氣體作為探測介質(zhì)，利用中子和10B發(fā)生核發(fā)生核反應產(chǎn)生的反應產(chǎn)生的粒子和粒子和7Li在正比計數(shù)器產(chǎn)生的電離在正比計數(shù)器產(chǎn)生的電離效應來達到探測中子的目的。效應來達到探測中子的目的。 LiBnLiBn710*710 中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎重帶電粒

26、子，射程比較短重帶電粒子，射程比較短 BF3計數(shù)管主要用于熱中子和慢中子的測量，它計數(shù)管主要用于熱中子和慢中子的測量，它對快中子的探測效率很低，若探測器外有用石蠟對快中子的探測效率很低，若探測器外有用石蠟（或聚乙烯）制成的慢化劑，是快中子經(jīng)慢化后再（或聚乙烯）制成的慢化劑，是快中子經(jīng)慢化后再進入計數(shù)管，則進入計數(shù)管，則BF3計數(shù)管也可以用來探測快中子。計數(shù)管也可以用來探測快中子。這樣就可以使得測量中子的能量范圍更寬，被稱為這樣就可以使得測量中子的能量范圍更寬，被稱為“長計數(shù)管長計數(shù)管”。 中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 硼電離室和裂

27、變室硼電離室和裂變室硼電離室硼電離室 在電離室的一個電極上涂有在電離室的一個電極上涂有10B薄薄膜，利用核反應產(chǎn)生的膜，利用核反應產(chǎn)生的粒子和粒子和7Li在電離室產(chǎn)生的電流來測量中子在電離室產(chǎn)生的電流來測量中子的注量率的注量率 裂變室裂變室 在電離室的電極上涂裂變物質(zhì)在電離室的電極上涂裂變物質(zhì)235U, 利用中子轟擊利用中子轟擊235U產(chǎn)生裂變，記錄產(chǎn)生裂變，記錄裂變碎片在電離室中產(chǎn)生的電流來裂變碎片在電離室中產(chǎn)生的電流來記錄中子。一般用于核反應堆控制。記錄中子。一般用于核反應堆控制。中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 3He氣體探測器

28、氣體探測器 He氣體與中子發(fā)生如下反應，也廣泛地用作氣體與中子發(fā)生如下反應，也廣泛地用作探測中子的介質(zhì)：探測中子的介質(zhì)：He + n H + p + 0.765 MeV此反應產(chǎn)生的此反應產(chǎn)生的0.765MeV能量分別由反應產(chǎn)物能量分別由反應產(chǎn)物H（0.191MeV）和）和p(0.574MeV)獲得。獲得。 中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 閃爍中子探測器閃爍中子探測器有機閃爍體有機閃爍體 主要用于快中子的測量主要用于快中子的測量 硫化鋅快中子屏硫化鋅快中子屏 主要用于快中子的測量主要用于快中子的測量 硫化鋅慢中子屏硫化鋅慢中子屏 主要

29、用于快中子的測量主要用于快中子的測量 鋰玻璃閃爍體鋰玻璃閃爍體 主要用于熱中子到幾百主要用于熱中子到幾百 keV中子的測量中子的測量 中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎5. 半導體探測器半導體探測器 用某種物質(zhì)作為用某種物質(zhì)作為輻射體輻射體，通過，通過核反應核反應、核反沖核反沖和和核裂變核裂變產(chǎn)生產(chǎn)生重帶電粒子重帶電粒子，然后用半導體探測器測量。，然后用半導體探測器測量。 圖圖4.22 夾心式夾心式6LiF半導體中子譜儀半導體中子譜儀兩個面對面的金硅面兩個面對面的金硅面壘半導體探測器，中壘半導體探測器，中間放入含間放入含6Li薄膜，制薄

30、膜，制成成“夾心式夾心式”中子譜中子譜儀，儀， 中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎5.5.熱釋光探測器熱釋光探測器 TLD TLD 1)1)熱釋光探測器的基本原理熱釋光探測器的基本原理什么是什么是 “熱釋光熱釋光” 輻射照射在某種結(jié)晶上之后，將這種結(jié)晶體加輻射照射在某種結(jié)晶上之后，將這種結(jié)晶體加熱，它會熱，它會放出與受照劑量大致成正比的光放出與受照劑量大致成正比的光來。這來。這種現(xiàn)象成為種現(xiàn)象成為“熱致發(fā)光現(xiàn)象熱致發(fā)光現(xiàn)象”。中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎電子獲得足夠的能量，

31、使原子電離電子由價帶電子獲得足夠的能量，使原子電離電子由價帶進入導帶進入導帶 電離電離電子獲得的能量不足以使它電離，而只能達到電子獲得的能量不足以使它電離，而只能達到激子帶激子帶 激發(fā)激發(fā)a. 當當帶電粒子穿過介質(zhì)時帶電粒子穿過介質(zhì)時“激子激子” 處于激子帶的電子和空穴，在晶格中運動，處于激子帶的電子和空穴，在晶格中運動，但不導電。但不導電。 運動過程中，電子和空穴可能被陷阱俘獲而運動過程中，電子和空穴可能被陷阱俘獲而落入不同的落入不同的陷阱陷阱能級中，或落入被雜質(zhì)原子能級中，或落入被雜質(zhì)原子在禁帶所形成的能級中。在禁帶所形成的能級中。中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻

32、射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 只有通過熱起伏而重新被激發(fā)到導帶，才能只有通過熱起伏而重新被激發(fā)到導帶，才能形成的發(fā)光中心復合而發(fā)光。形成的發(fā)光中心復合而發(fā)光。 顯然：顯然： 提高磷光體的溫度可以使儲存與其中提高磷光體的溫度可以使儲存與其中的輻射能加速地釋放出來。的輻射能加速地釋放出來。這一現(xiàn)象稱為：“熱致發(fā)光現(xiàn)象熱致發(fā)光現(xiàn)象”b. b. 被俘獲后的電子被俘獲后的電子中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎 加熱發(fā)出的總光子數(shù)與陷阱中釋放出來的電子加熱發(fā)出的總光子數(shù)與陷阱中釋放出來的電子數(shù)成正比，而總電子數(shù)又與磷光體最初被吸收的數(shù)成正比，

33、而總電子數(shù)又與磷光體最初被吸收的輻射能量成正比。因此，輻射能量成正比。因此，可以通過測量總光子數(shù)可以通過測量總光子數(shù)來測量各種核輻射。來測量各種核輻射。加熱溫度加熱溫度（）（）)exp(kTsnI 熱釋光強度：在所考慮時刻陷阱能級在所考慮時刻陷阱能級 上的電子數(shù)上的電子數(shù)陷阱能級陷阱能級波爾茲曼常數(shù)波爾茲曼常數(shù)常數(shù) C. 發(fā)光強度曲線發(fā)光強度曲線中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎圖圖4.24 LiF熱釋光發(fā)光熱釋光發(fā)光強度曲線強度曲線 加熱熱釋光材料可以得到熱釋加熱熱釋光材料可以得到熱釋光發(fā)光強度隨溫度的變化曲線，光發(fā)光強度隨溫度的變化曲線，這就是這就是“熱釋光的發(fā)光曲線熱釋光的發(fā)光曲線”。 發(fā)光曲線下的面積叫做發(fā)光總發(fā)光曲線下的面積叫做發(fā)光總額。對同一熱釋光材料若接受的額。對同一熱釋光材料若接受的照射量一定，則發(fā)光總額是一個照射量一定，則發(fā)光總額是一個常數(shù)。因此，常數(shù)。因此，原則上可以用任何原則上可以用任何一個峰的積分強度確定所接受的一個峰的積分強度確定所接受的照射劑量。照射劑量。常用的測量發(fā)光強度的方法有：常用的測量發(fā)光強度的方法有：峰高法峰高法、光和法光和法。中華人民共和國環(huán)境保護部培訓中華人民共和國環(huán)境保護部培訓輻射防護與安全基礎輻射防護與安全基礎加熱發(fā)光裝置的三個主要部分：