辐射探测器

工作原理：辐射探测器的工作原理基于粒子与物质的相互作用。当粒子通过某种物质时，这种物质就吸收其全部或部分能量而产生电离或激发作用。

如果粒子是带电的，其电磁场与物质中原子的轨道电子直接相互作用。（库仑力）

如果是γ射线或X射线，则先经过一些中间过程，发生光电效应、康普顿效应或产生电子对，把部分或全部能量传给物质的轨道电子（二次电子），再产生电离或激发。

对于不带电的中性粒子，例如中子，则是通过核反应产生带电粒子，然后造成电离或激发。

辐射探测器就是用适当的探测介质作为与粒子作用的物质，将粒子在探测介质中产生的电离或激发，转变为各种形式的直接或间接可为人们感官所能接受的信息。探测器接收到入射粒子后，立即给出相应的电信号，经过电子线路放大、处理，就可以进行记录和分析。

工作过程:

入射粒子射入探测器，与探测器中的介质作用致使其激发或电离，在这个过程中入射粒子的能量发生损耗，这部分能量称为沉积能量，探测器通过某种机制将沉积能量转化为输出信号，从而反映辐射信息。

如果入射粒子不带电（如γ射线、X射线、中子），则利用其与探测介质作用产生二级电子或重带电粒子，从而实现能量的沉积。

入射带电粒子与物质原子的轨道电子发生库仑相互作用而损失能量，轨道电子获得能量。

• 电离：电离的结果形成一对正离子和自由电子。若内壳层电子被电离后，该壳层留

下空穴，外层电子跃迁来填补，同时放出特征x 射线或俄歇电子。

• 激发：当电子获得能量较少，不足以克服原子核的束缚成为自由电子，将跃迁到较

高的能级。处于激发态的原子不稳定，作短暂停留后，将从激发态跃迁回到基态，退激时，释放的能量以荧光的形式发射出来。

利用电离或激发效应来记录入射粒子是绝大多数探测器的物理基础。它们的差别在于记录方式不同，大致分为：

（1） 收集电离电荷的探测器主要收集电离效应产生的大量正负离子，记录它们

的电荷所形成的电压或电流脉冲。这类探测器必须加上适当的工作电压，形成电场以有效收集电荷。如气体探测器、半导体探测器。

（2） 收集荧光的探测器被带电粒子激发的原子退激时发出荧光。由于荧光很弱，

需要通过一定的转换放大，即把光脉冲转换成较大的电脉冲——光电倍增管。如闪烁计数器等。

γ射线探测基本原理：

γ射线与物质的相互作用主要有三个过程：光电效应、康普顿散射和电子对效应。在三种效应中，每个γ光子都是在一次作用中就损失其全部能量或相当大部分能量，并发射出电子。正是这些电子使得探测γ射线成为可能。

中子探测基本原理：

中子与物质相互作用主要是中子与原子核的强相互作用，即核反应。探测中子就是探测中子与原子核核反应产生的次级粒子。

• 核反冲法是记录中子与原子核弹性散射后的反冲核。反冲核具有电荷，可以作为带

电粒子记录。记录了反冲核，就探测到中子。该方法主要用于探测快中子。

反冲核越小获得的能量越，实际中测量沿入射中子束方向张角为±10度的反冲质子，此时探测器接收到的质子数较多，反冲质子的能量粗略地等于入射中子能量。

核反冲法探测中子时应选择轻核物质做靶材料。

• 核反应法主要用于测量慢中子通量。

a(入射粒子)+A(靶核)→b(出射粒子)+B(剩余核)

都是放热反应，反应放出的能量变成次级粒子的动能。σ0是热中子的反应截面，都

很大。实际应用最广的是反应。因为硼材料比较容易得到，气态可选用BF 3气体，固态有氧化硼、碳化硼等。天然硼中10B 含量较高，易浓缩。

• 核裂变法就是通过记录中子与重核作用产生的裂变碎片来探测中子的方法。裂变放

出能量200MeV ，两个裂变碎片带走170MeV 的能量。入射中子能量远小于它，故该法不能测量中子能量，主要测中子通量。

224cos ()n n n m M E E m M ϕ=+反冲2224cos cos (1)n n A E E E A ϕαϕ∴==+反冲333300.764532710(,)n He p T MeV He n p T

σ+→++±，＝靶， 636304.7809414,)n Li T MeV Li n T ασα+→++=±，靶， （10710702.79238379,)n B Li MeV B n Li ασα+→++±，＝靶， （107(,)B n Li

α

带电粒子通过气体时，与气体原子核外电子发生库仑作用，入射粒子损失部分能量，气体原子则电离或激发。轨道电子获得的能量足以克服原子的束缚成为自由电子，形成电子－离子对。

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。

电流电离室：

记录大量粒子平均效应，主要用于测量X、g、b 和中子的强度或通量。