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什么是輻射探測器？

輻射探測器是利用輻射與物質(zhì)(zhì)相互作用引起的物理、化學(xué)(xué)反應(yīng)(yīng)來間接檢測和測量輻射的裝置。

人類無法用五種感官直接感受到輻射。因此，利用輻射引起的電離和激發(fā)(fā)來進(jìn)(jìn)行檢測和測量。例如，通過產(chǎn)(chǎn)生離子和自由電子，或者通過產(chǎn)(chǎn)生熒光等電磁波，將其轉(zhuǎn)(zhuǎn)換為電流信號。根據(jù)(jù)該電流信號，輻射劑量會顯示在儀表上或發(fā)(fā)出聲音。

此外，還有許多其他應(yīng)(yīng)用，例如應(yīng)(yīng)用電子發(fā)(fā)射的應(yīng)(yīng)用、使用熱量產(chǎn)(chǎn)生的應(yīng)(yīng)用、將中子置于放射性中的應(yīng)(yīng)用以及基于切倫科夫光檢測的探測器。

輻射探測器的應(yīng)(yīng)用

輻射探測器通常用于放射性凈化場所、庭院和工廠。輻射有α射線、γ射線、β射線、X射線等種類，輻射劑量也有高有低，因此需要根據(jù)(jù)情況仔細(xì)(xì)選擇探測器本身。

通過測量空氣劑量率，可以掌握有多少輻射在空間中飛來飛去的情況。另外，通過檢測物體表面發(fā)(fā)出的輻射，可以掌握物體是否被污染的情況，并識別污染源。在該應(yīng)(yīng)用中，它還用于測量暴露劑量，例如人們暴露于輻射的程度。

輻射探測器原理

檢測輻射的方法有兩種：一種是利用輻射效應(yīng)(yīng)使氣體分子電離，另一種是利用物質(zhì)(zhì)（主要是固體和液體）中電子的激發(fā)(fā)效應(yīng)(yīng)。

前者稱為氣體探測器，后者稱為閃爍探測器。

1. 氣體檢測儀

在氣體檢測器中，檢測器充滿惰性氣體或空氣等氣體，當(dāng)(dāng)輻射穿過這種氣體時(shí)，分子被電離，產(chǎn)(chǎn)生正離子和電子。氣體分子的電離用于測量輻射量。期望檢測器包括電離室、GM計(jì)(jì)數(shù)(shù)器、正比計(jì)(jì)數(shù)(shù)器等類型。

電離室
在電離室中，正離子和電子被吸引到電極上并轉(zhuǎn)(zhuǎn)換成電信號進(jìn)(jìn)行測量。由于被放射線的能量電離的正離子和電子的數(shù)(shù)量直接變成電信號，因此可以獲得幾乎與放射線的能量成比例的信號強(qiáng)(qiáng)度。換句話說，可以掌握放射線的能量。但缺點(diǎn)(diǎn)是由于直接觀察電離，因此靈敏度較低。

GM計(jì)(jì)數(shù)(shù)管
GM計(jì)(jì)數(shù)(shù)管與電離室一樣充滿氣體，但通過在電極之間施加高電壓，電離產(chǎn)(chǎn)生的電子高速移動，進(jìn)(jìn)一步電離其他氣體分子。這將確保您獲得強(qiáng)(qiáng)勁的信號。

結(jié)(jié)果，一次電離導(dǎo)(dǎo)致電極之間產(chǎn)(chǎn)生一個(gè)脈沖。可以獲得很強(qiáng)(qiáng)的信號，但缺點(diǎn)(diǎn)是信號是脈沖，因此無法獲得有關(guān)(guān)輻射能量的信息。

在充滿正比反相氣體的檢測器中，如果適當(dāng)(dāng)調(diào)(diào)節(jié)(jié)電極間施加的電壓，其他氣體分子在輻射電離后也發(fā)(fā)生電離，得到強(qiáng)(qiáng)信號，在這些條件下執(zhí)(zhí)行測量的類型是正比計(jì)(jì)數(shù)(shù)器。

2. 閃爍探測器

閃爍探測器利用一種稱為“激發(fā)(fā)”的效應(yīng)(yīng)，其中輻射為核周圍軌道上的電子提供能量，然后電子移動到外軌道。設(shè)(shè)備的一個(gè)示例是閃爍測量儀。

受輻射激發(fā)(fā)后發(fā)(fā)光的物質(zhì)(zhì)稱為閃爍體。碘化鈉（NaI）晶體用作固體晶體閃爍體。當(dāng)(dāng)輻射被閃爍體吸收時(shí)，原子由于電子激發(fā)(fā)而變得不穩(wěn)(wěn)定，然后恢復(fù)(fù)到原來的穩(wěn)(wěn)定狀態(tài)(tài)。此時(shí)，原子以光的形式發(fā)(fā)射能量。

這種微弱的光（光子）被光電倍增管放大并轉(zhuǎn)(zhuǎn)換成電流進(jìn)(jìn)行測量。由于發(fā)(fā)射的光子數(shù)(shù)量與輻射的能量成正比，因此可以使用閃爍探測器獲知輻射的能量。

NaI 晶體具有吸濕性，因此將它們密封以防止其與空氣接觸。另一方面，設(shè)(shè)置入口窗作為輻射進(jìn)(jìn)入的地方。入射窗由非常薄的低原子序數(shù)(shù)金屬制成，例如厚度約為100μm的鈹或鋁。

如何選擇輻射探測器

選擇輻射探測器時(shí)，檢查以下項(xiàng)(xiàng)目很重要。

1. 輻射類型

輻射有多種類型，包括α射線、β射線、中子射線、伽馬射線和X射線。由于輻射探測器可探測的輻射類型和預(yù)(yù)期靈敏度由其結(jié)(jié)構(gòu)(gòu)和原理決定，因此在選擇探測器時(shí)了解這些因素非常重要。

2. 顯示值

考慮顯示值（簡單計(jì)(jì)數(shù)(shù)、1cm劑量當(dāng)(dāng)量等）是否適合使用目的。

3.輻射透明度

了解輻射穿透性可以讓您充滿信心地進(jìn)(jìn)行操作，因?yàn)檁椛潯仨毜竭_(dá)(dá)電離部位（氣體或固體閃爍體）才能被檢測到。例如，NaI 閃爍測量儀用于伽馬射線和 X 射線測量。這是因?yàn)槲鼭裥蚤W爍體必須被封閉和密封，從而無法檢測到無法穿透薄金屬窗口的輻射（α和β射線）。

一些 GM 計(jì)(jì)數(shù)(shù)器能夠測量 β 射線，而另一些則不能。可以使用具有大窗口并使用非常薄的云母作為窗口的類型來測量β射線。貝塔射線可以穿過這個(gè)云母窗口。GM計(jì)(jì)數(shù)(shù)器管可以測量β射線和γ射線，有一個(gè)金屬蓋，但測量β射線時(shí)必須取下金屬蓋。這是因?yàn)?β 射線不能穿透金屬蓋。

有關(guān)(guān)輻射探測器的附加信息

1. 輻射測量的目的

輻射測量大致可分為兩個(gè)目的。

1. 為了控制輻射的處理，我們測量特定于輻射場的輻射劑量，例如輻射的類型和能量，或粒子的數(shù)(shù)量。
2. 測量吸收劑量，它是輻射場中的輻射劑量與輻射與物質(zhì)(zhì)相互作用產(chǎn)(chǎn)生的系數(shù)(shù)的乘積，以了解或利用輻射引起的物理、化學(xué)(xué)和生物效應(yīng)(yīng)。

輻射安全管理是后者的延伸。評價(jià)(jià)輻射對人體的影響，是在后者吸收劑量的基礎(chǔ)(chǔ)上，加上各類輻射的生物效應(yīng)(yīng)和人體對輻射敏感性的評價(jià)(jià)，計(jì)(jì)算出有效劑量。

2. 閃爍式高能X射線探測器

使用固體閃爍體晶體的閃爍探測器用于測量高能 X 射線甚至更高能量的伽馬射線。X射線檢測器的特點(diǎn)(diǎn)是閃爍體有效地接收和檢測X射線，從而能夠進(jìn)(jìn)行與X射線的能量成比例的檢測。

這是與不能接收高能X射線的氣體探測器不同的特點(diǎn)(diǎn)。而且，由于從進(jìn)(jìn)入探測器到轉(zhuǎn)(zhuǎn)換成電信號輸出的時(shí)間很短，因此適合入射X射線光子較多時(shí)的測量。在研究領(lǐng)(lǐng)域，還開發(fā)(fā)了利用閃爍方法獲取二維X射線圖像的位置敏感高能X射線探測器。