辐射探测及常用辐射探测器
三种常用辐射探测器对医用X射线防护监测适用性的讨论
仪、 Ｂ Ｈ ３ １ ０ ３ Ｂ型ｘ 吖剂量率测量仪、 ６ １ ５ ０ ＡＤ ５ ／ Ｈ 型高灵敏 ｘ 、 １ ， 剂量率仪 对于 医用 ｘ 射线防护测量 的适用性 能的
探讨 ， 得 出较适合用于 医用 Ｘ射线防护测量仪器。 关键词 ： 辐射探测器 中图分类号 ： Ｒ１ ４ ４ 医用 Ｘ射线 防护 监测 文献标识码： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ７ － ３ ９ ７ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ０ ９ － １ ５ ２ ・ ０ ２
进行 防护情 况的检测 。
上会收集 到相应 的电荷 ，进而在 外Ｉ Ｕ 路形成 电信号 。在半导 由于治疗时各个病人情况不 同，所需剂量不 同。治疗时 体探测器中，射线产生一个 电子一空穴对所需 消耗 的平均能
诊断机发射射线能量的不同， 曝光 时间也不相同， 所 以在测量 量约为 ３ ｅ Ｖ， 而气体电离室产生一个离子对所需消耗的平均能 应采取相应的仪器 进行监测 ， 才能得到较为准确的监测数据 。 量为 ３ ０ ｅ Ｖ， 因此半 导体探测器比气体 电离探测器 的能量分辨 在选择相应的仪器时， 我们要考虑不同辐射仪器的测量原理 ， 率好得多 。 当电子在靶附近通过时 ， 被 靶核 的库伦场减速时 ， 电予的
最 后 形 成 电 流信 号输 山给 测 量 单 元 。 诱 发 皮肤 癌 、 白血 病 、 放射 性 白 内障 等 ， 妊 娠 期 的妇 女 如 受 到 增管 各 级 不 断 倍 增 ， 大剂 量 的 ｘ 射 线 照射 易造 成胎 儿致 死 、 致畸、 严 重 智 力低 下 等 。 半导体探测器 ， 是在本征 半导体 内添加 “ 施主杂质” 或是
仪器的技术参数（ 如： 能量响应 、 响应 时间、 测量 范围） 等因素 。
在辐射剂量监测中， 由于 探 测器 的探 测 原 理 不 同 ， 其 所探 部分 能量 转 化 为相 等 能量 的 ｘ 射 线 发 射 Ｊ ｛ Ｊ 来， 这 种 射 线 称 之
辐射监测讲义
(1)电离室类监测仪
高气压电离室是测量环境剂量率的王牌仪表，这类 仪器由一个高压电离室探测器和电子线路组成。前者为 一个充高气压(一般为20个大气压以上的氩气 )的不锈钢 球壳，中间密封一个电极。电子线路主要为静电计、二 次放大电路、高低压变换器以及读出线路。
(4)携带式环境γ谱仪
环境γ谱仪采用Nal(T1)或半导体探 测器作为探头，应用ADC和计算机等技术 来获得环境中各种放射性核素的γ谱， 给出各种放射性核素的剂量贡献，能很 快确定污染的来源。该方法的缺点为设 备复杂、价格昂贵，运行技术要求较高， 较难作为一种大环境测量或普查的设备。
2.α、β表面污染监测仪
电离辐射监测
电离辐射监测就是指为了评估和控制电 离辐射或放射性物质的照射，对辐射剂量 或污染所作的测量及对测量结果的分析和 解释。 电离辐射监测在习惯上称放射性监测， 简称辐射监测。
第一节
辐射探测器原理
第二节 辐射监测仪器 现场和实验室常用的辐射监测仪器，以及选择监测 仪器的原则 第三节 辐射监测方法 现场测量、样品采集与管理、 实验室测量分析、数 据处理与监测结果的报告、辐射监测的质量保证
• 不同的监测目的需制定不同的监测方案，有 些可以简化，有些比较简单的监测也可不制 定监测方案，但都必须保证监测过程人员安 全和监测数据准确可靠。
• 编制辐射监测方案的基本原则： • 1.首先明确监测要达到的目的，即明确 为什么要进行监测。 • 2.第二要明确为达到目的应怎样监测， 确定监测的对象、监测项目、监测时间 和监测点位布设、监测手段，必要时应 进行现场调查确定。
第四节 辐射防护监测 个人剂量监测、工作场所监测 第五节 辐射环境监测 辐射环境质量监测、辐射环境污染源监测
辐射探测器与检测技术
气体探测器
四、电离室（ionization chamber） 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。（计数电离室） V=eNi/C 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。 （累积电离室） I=neNi +阳极
++++++++ - - - - - - - 阴极
5.G-M计数管的主要特性
1）坪特性 坪长：V1-V2
坪斜：
(N2-N1) 1/2 (V2-V1) (N2+N1) 有机管坪长150－300V 卤素管坪长100V左右
气体探测器
六、盖革－米勒计数管（Geiger-Muller counter）
5.G-M计数管的主要特性
2）死时间、恢复时间和分辨时间
探测器由下列三部分构成 1.灵敏区 2.结构部分 3数据输出机构 按材料分类 1.气体探测器
核辐射 探测器
2.闪烁探测器
3.半导体探测器
核辐射探测器
气体探测器 闪烁探测器
半导体探测器
径迹探测器
一、气体的电离
带电粒子使气体原子电离而形成负电子和正离子对的现 象称为气体的电离。电离出来的电子称为次级电子，其 中一些能量较大的电子还可以使气体分子电离。通常， 我们把由带电粒子直接产生的电离叫做原电离，而把由 次级电子所产生的电离叫做次电离。原电离和次电离之 和称为总电离。
半导体探测器 Semiconductor detector
半导体探测器是60年代以后迅速发展起来的一种核辐射探 测器，其探测介质是半导体材料。随着半导体材料和低噪 声电子学的发展以及各种应用的要求，先后研制出了P-N结 型探测器、锂漂移型探测器、高纯锗探测器、化合物半导 体探测器以及位置灵敏探测器，内放大半导体探测器等特 殊类型半导体探测器。
探测器类型及选型
2.墙式微波探测器在发射机与接收机之间的微波电磁场形成了一道看不见的警戒线，可以长达几百米、宽2到4米、高3到4米，酷似一道围墙
微波段的电磁波由于波长较短，穿透力强，玻璃、木板、砖墙等非金属材料都可穿透。所以在安装时不要面对室外，以免室外有人通过引起误报。金属物体对微波反射较强，在探测器防范区域内不要有大面积（或体积较大）物体存在，如铁柜等。否则在后阴影部分会形成探测盲区，造成防范漏洞。
安装超声波探测器的空间密封性要求高，不应有大容量的空气流动，不能有过多的门窗且需紧闭。应该避开通风设备及气体的流动。用超声波探测器保护的空间隔音性能要好，以减少外界噪声引起的误报。
超声波对
物体没有穿透性，因此使用时应避免物体的遮挡，玻璃、隔板、房门等对超声波的反射能力较差，因此不应正对安装。
开关型探测器
名称
类型
原理
பைடு நூலகம்特点
安装要点
外形图片
红外探测器
1.主动红外探测器
2被动红外探测器
2.被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警控制器等部分组成。其核心部件是红外探测器件，通过关学系统的配合作用可以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。
1.主动探测器特点是探测可靠性非常高。但若对一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。2.被动式报警探测器由于探测性能好、易于布防、价格便宜而被广泛应用。其缺点是相对于主动式探测误报率较高。
1.吸顶式微波探测器
2.壁挂式双鉴探测器
震动探测器
常用的震动探测器有位移式传感器（机械式）、速度传感器（电动式）、加速度传感器（压电晶体式）等
辐射检测仪有哪些种类
核辐射检测仪又名辐射检测仪。
市场上有辐射报警仪,辐射仪是不带剂量显示的仪器，只能提示佩戴人员当前所在场地射线是不是超标，至于辐射剂量具体是多少，不好确定。
辐射剂量检测仪，这种仪器不仅可以报警，也可以清晰显示当前所在场地的辐射剂量值。
目前按照给出信息的方式，辐射探测器主要分为两类：一类是粒子入射到探测器后，经过一定的处置才给出为人们感官所能接受的信息。
例如，各种粒子径迹探测器，一般经过照相、显影或辐射监测仪化学腐蚀等过程。
还有热释光探测器、光致发光探测器，则经过热或光激发才能给出与被照射量有关的光输出。
这一类探测器基本上不属于核电子学的研究范围。
另一类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。
这一类称为电探测器。
电探测器是应用最广泛的辐射探测器。
这一类探测器的问世，导致了核电子学这一新的分支学科的出现和发展。
能给出电信号的辐射探测器已不下百余种。
最常用的主要有气体电离探测器、半导体探测器和闪烁探测器三大类。
早在1908年，气体电离探测器就已问世。
但直到1931年脉冲计数器出现后才解决了快速计数问题。
1947年，闪烁计数器的出现，由于其密度远大于气体而大大提高了对粒子的探测效率。
最显著的是碘化钠（铊）闪烁体，对γ射线还具有较高的能量分辨本领。
60年代初，半导体探测器的研制成功，使能谱测量技术有了新的发展。
现代用于高能物理、核物理和其他科学技术领域的各种类型探测器件和装置，都是基于上述三种类型探测器件经过不断改进创新而发展起来的。
一般来说购买核辐射检测仪的客户可大概分为4类：1.安全组织, 譬如警察局和消防队、紧急反应组织、环保组织、危险物料处置、金属回收公司、矿山等,他们接触到各种放射性的机率较高。
2.港口、码头、机场等，这些地方因为人员及各类进出口货物流量大，特别涉及到出入境人员受放射线污染的机率较高。
3.五金厂、陶瓷厂、医院、研究机构、实验室、药监局、大学等，他们接触到各种低强度或泄漏放射线的机率较高。
各类探探测器优劣比较
三大类探测器比较（闪烁体、半导体、电离室）（闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点的直线，仅在能量低于几百keV（对电子）和（1~2）MeV（对质子）时才偏离直线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。
因此测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。
NaI(TI)烁体的主要优点是密度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。
另外它的发光效率高，因而能量分辨率也较好。
它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。
碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作激活剂。
铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。
碘化铯的密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。
与碘化钠相比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。
此外，它不易潮解，也不易氧化。
但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。
碘化铯的主要缺点是光输出比较低，原材料价格较贵。
锗酸铋探头：与碘化钠（TI）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。
对0.511MeV γ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的效率和最好的信噪比。
BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。
在低能区（<<0.5MeV）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于0.511MeV的γ射线，BGO的时间分辨为1.9ns，而碘化钠NaI(TI)的的为0.75ns。
BGO的主要缺点是折射率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。
价格高。
硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。
laBr3是新型卤化物闪烁体，其基本性能已经全面超越了传统的碘化钠闪烁体，谱仪具有比碘化钠更好的能量分辨率、峰形和稳定性。
辐射探测设备
辐射探测设备
辐射探测设备是一种用于探测和测量辐射剂量和辐射能量的装置。
它可以用于监测核辐射、天然辐射和人造辐射等环境中的辐射水平。
常见的辐射探测设备包括以下几种：
1. Geiger-Muller计数管：是一种最常见和广泛使用的辐射探测器。
它使用气体放大器和电子计数器来测量辐射剂量，并以每分钟计数率的形式输出结果。
2. 闪烁体探测器：包括闪烁闪光管、闪烁晶体和闪烁纤维。
当辐射粒子与闪烁体相互作用时，会产生可见光或荧光，这些光信号可以被探测器捕获并转换为电信号。
3. 磁谱仪：用于测量辐射的能谱信息，可以确定辐射源和能量分布。
它通常使用半导体探头或闪烁探头。
4. 电离室：是一种较大的探测器，用于测量辐射剂量，并提供较高的灵敏度和准确性。
它通过测量被辐射物质中产生的电离电荷来测量辐射。
5. 高能探测器：用于测量高能辐射，如γ射线和X射线。
常见的高能探测器包括针对不同能量范围的探测器，如闪烁探测器和硅探测器等。
这些辐射探测设备在核能、医疗、环境监测和工业领域等方面
具有重要的应用，可帮助人们了解和控制辐射风险，保护人类和环境的安全。
辐射检测仪原理
辐射检测仪原理辐射检测仪是一种用于测量环境中辐射水平的设备，它在核能行业、医疗领域和环境监测中起着重要的作用。
辐射检测仪的原理是基于辐射粒子与探测器发生相互作用所产生的电信号，通过测量这些信号的强度来评估辐射水平。
本文将详细介绍辐射检测仪的原理及其主要组成部分。
一、辐射检测仪的原理辐射检测仪的原理基于辐射与物质之间的相互作用。
当辐射粒子通过物质时，它们可能会发生电离、散射、俘获或激发等相互作用。
这些相互作用使辐射粒子和物质之间转移了一部分能量，这部分能量可以通过探测器检测到并转化为电信号。
辐射检测仪常用的探测器包括离子化室、闪烁体、半导体和核敏感膜等。
这些探测器可以将辐射与物质相互作用转化为电离、光闪烁、能量释放或电导变化等不同类型的信号。
随后，这些信号经过放大、处理和分析后可得到有关辐射类型和强度的数据。
二、辐射检测仪的主要组成部分1. 探测器：辐射检测仪的核心部分是探测器，它用于与辐射粒子相互作用并转化为电信号。
常见的探测器类型包括离子化室、闪烁体、半导体和核敏感膜等。
不同的探测器适用于不同类型的辐射，如α粒子、β粒子、γ射线等。
2. 信号放大器：探测器产生的电信号非常微弱，需要经过信号放大器进行放大以提高信噪比。
信号放大器可以将微弱的电信号放大为可以测量和处理的合适幅度。
3. 数据处理单元：辐射检测仪的数据处理单元用于采集、处理和分析探测器产生的信号。
它可以将信号转化为数字信号，并进行计数、时间测量、能谱分析等操作，从而提供关于辐射水平的详尽信息。
4. 显示器和报警装置：辐射检测仪配备了显示器和报警装置，用于实时显示和报警辐射水平。
显示器通常显示辐射量的数字值，同时还可以显示辐射类型和单位。
报警装置可以根据事先设定的警戒值发出警报，及时提醒用户环境中辐射水平的变化。
三、辐射检测仪的应用领域1. 核能行业：辐射检测仪在核能行业中被广泛应用，用于核电站、核燃料加工厂和放射性废物处理等场所的辐射监测。
核辐射探测仪器基本原理及及指标课件
这些仪器通过测量放射性药物的分布 和代谢，以及放射性粒子的释放，为 医生提供准确的诊断和治疗方案，提 高治疗效果。
核辐射探测仪器在安全检测领域的应用
核辐射探测仪器在安全检测领域主要用于检测放射性物质、爆炸物和毒品等违禁品，保障公共安全。
研究。
环境监测
用于检测核设施周围的 环境放射性水平，保障
公众健康和安全。
02
核辐射探测仪器基本原理
核辐射基本知识
核辐射定义
核辐射是指由原子核内部 释放出的射线，包括α射 线、β射线和γ射线等。
核辐射来源
核辐射主要来源于放射性 物质、核反应堆、核武器 等。
核辐射特性
核辐射具有穿透性强、能 量高、电离能力强等特点 。
按测量原理分类
可分为计数型和能量型两 类，计数型主要测量射线 的数量，能量型主要测量 射线的能量。
核辐射探测仪器应用领域
医学诊断和治疗
用于检测肿瘤、癌症和 其他疾病，以及放射治
疗中的剂量监测。
工业检测和控制
用于检测产品的放射性 污染、无损检测、工艺
控制等。
科研实验
用于物理、化学、生物 学和医学等领域的实验
核辐射探测仪器基本原理及指标课 件
目录
• 核辐射探测仪器概述 • 核辐射探测仪器基本原理 • 核辐射探测仪器性能指标 • 核辐射探测仪器发展现状与趋势 • 核辐射探测仪器实际应用案例
01
核辐射探测仪器概述
核辐射探测仪器定义
01
核辐射探测仪器是一种用于测量
核辐射的设备，能够检测和测量
放射性物质发出的各种射线，如α
05
放射科用的检测辐射的仪器表
放射科用的检测辐射的仪器表
以下是放射科常用的检测辐射的仪器表：
1. Geiger-Muller计数器：用于检测放射性物质的辐射水平，以计数每秒脉冲数来表示辐射强度。
2. 闪烁体探测器：使用闪烁体材料，当射线入射时，闪烁体会发出可见光或紫外光，通过光电倍增管将光信号转换为电信号来测量辐射水平。
3. 电离室：通过测量辐射粒子或射线穿过气体导致的电离来测量辐射剂量。
4. 核磁共振成像（MRI）：使用强磁场和无线电波来生成人体内部的详细图像，常用于诊断和治疗。
5. 计算机断层扫描（CT）：通过旋转X射线源和探测器来获取横截面图像，可用于检测和诊断病变。
6. 线性加速器：产生高能X射线或电子束，用于肿瘤治疗中的放疗、白血病治疗和科学研究等。
7. 电子显微镜：使用电子束代替光束来观察样品，可提供更高的分辨率和放大倍数。
8. γ射线探测器：用于检测γ射线的强度和能量，并可通过谱学分析来确定放射性物质的类型和质量。
以上仪器表列举了一些常用的放射科检测辐射的仪器，不同的仪器适用于不同的目的和应用领域。
常见探测器总结及区别
红外线探测器的工作原理：红外探测器是靠探测人体发射的红外线来进行工作的。
探测器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。
红外传感器通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。
红外线探测器这种探测器是以探测人体辐射为目标的。
所以辐射敏感元件对波长为10 μm 左右的红外辐射必须非常敏感。
为了对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
红外探测器，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。
而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释电元几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
一旦入侵人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜而聚焦，从而被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。
多视场的获得，一是多法线小镜而组成的反光聚焦，聚光到传感器上称之为反射式光学系统。
另一种是透射式光学系统，是多面组合一起的透镜-菲涅尔透镜，通过菲涅尔透镜聚焦在红外传感器上。
这要指出的是红外面的几束光表示有几个视场，并非红外发红外光，视场越多，控制越严密。
红外线探测器的优点:本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好。
价格低廉红外线探测器的缺点:容易受各种热源、阳光源干扰。
红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收。
易受射频辐射的干扰。
环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
什么是双鉴简明意义上的双鉴，就是两种探测方式的整合，通常是指红外线探测方式和微波探测方式的整合。
1.微波简介.由于微波探测器可以感温，即能“感知”到人体的温度，所以信号的收发稳定可靠，但是微波通常的可探测范围只有2-3 米，探测角度也相应较小，45°角，所以如果需要探测的空间较大，只用微波是不够的。
1.2红外探测器简介.红外探测器容易受到光照等带有移动物体的影响，所以具有误报的可能，而且在32 ℃~ 40 ℃时，灵敏度大幅度下降。
核辐射探测的原理
核辐射探测的原理一、核辐射的基本原理核辐射是指放射性物质在衰变过程中释放出的能量或粒子。
常见的核辐射有α粒子、β粒子和γ射线。
核辐射具有穿透力强、能量高等特点，对人体和环境具有一定的危害性。
二、核辐射的探测方法1. 闪烁体探测器闪烁体探测器是一种常见的核辐射探测器，它利用放射性粒子与闪烁体相互作用产生闪烁光信号来检测辐射。
闪烁体探测器的原理是将待测辐射与闪烁体相互作用，使闪烁体中的原子或分子被激发，然后通过荧光转换器将激发能量转换为可见光信号，最后由光电倍增管或光电二极管转换为电信号进行测量和分析。
2. 电离室探测器电离室探测器是利用电离室原理测量核辐射的一种设备。
它由一个金属外壳和一个中心电极组成，内部充满了气体。
当核辐射穿过电离室时，会产生电离效应，使气体中的离子和电子产生。
通过测量电离室中的电离电流大小，可以间接测量核辐射的强度。
3. 半导体探测器半导体探测器是利用半导体材料的电离效应测量核辐射的仪器。
常见的半导体探测器有硅探测器和锗探测器。
当核辐射穿过半导体材料时，会与材料中的原子或分子发生相互作用，产生电子空穴对。
通过测量半导体材料中的电流变化，可以确定核辐射的能量和强度。
4. 闪烁体探测器+光电倍增管闪烁体探测器结合光电倍增管可以提高探测灵敏度。
闪烁体探测器将辐射能量转换为闪烁光信号，然后通过光电倍增管放大光信号，最后转换为电信号进行测量。
5. 电离室探测器+放大器电离室探测器结合放大器可以提高测量精度。
电离室探测器测量的是电离电流信号，通过放大器对电离电流信号进行放大和处理，可以提高测量的灵敏度和精确度。
三、核辐射探测的应用核辐射探测技术广泛应用于核工业、医疗、环境监测等领域。
在核工业中，核辐射探测用于核电站的安全监测和辐射防护；在医疗领域，核辐射探测用于医学影像学、癌症治疗等；在环境监测中，核辐射探测用于监测环境中的放射性物质，保障公众的健康和安全。
总结：核辐射探测的原理是基于核辐射与物质相互作用的特性，通过测量辐射与探测器的相互作用所产生的效应，来间接测量核辐射的能量和强度。
核辐射三大探测器-气体
2、电子与离子在气体中的运动
当不存在外加电场的情况下，电离产 生的电子和正离子在气体中运动，并和气 体分子或原子不断地碰撞，处于平衡状态。 其结果会发生以下物理过程：
Diffusion； Electron Attachment； Recombination；
二次电子发射： 雪崩区产生的正离子经过~103sec到达器壁， 并可能在器壁上打出二次电子。 二次电子又可以引起新的雪崩。
B、气体放大
非自持放电： 雪崩从产生到结束，只发生一次。 自持雪崩： 通过光子的作用和二次电子发射，雪崩 持续发展。也叫自持放电。
I : 复合区
II : 饱和区
E1
III : 正比区 N N0 M IV: 有限正比 区 N N 0 V: G-M工作区 VI: 连续放电区
如果在电场中同一点引入一负电荷 e ， 它将在ab两极板上分别感应一定的正电 荷，分别为 q1 和 q2 。当负电荷沿电场 反方向运动时，则a极板上感应电荷 q1 增加，而b极板上感应电荷 q2 减少。整 个过程中，流过外回路的总电荷量为：
q q2
相应在外回路流过电流为 i ( t )，电流 方向与 i ( t ) 相同。
e0 2 Mv
0为离子在气体中单位气压下的自由程；
v 乱运动的平均速度。
由于离子的平均动能基本上不随电场而变化， 则 近似为常数，这样离子的迁移率近似 v 为常数。
对于自由电子： 电子与气体分子发生弹性碰撞时，每次损 失的能量很小，因此，电子在两次碰撞中 由外电场加速的能量可积累起来。直到使 它的弹性碰撞能量损失和碰撞间从电场获 得的能量相等，或发生非弹性碰撞为止。 达到平衡状态时，即损失能量等于从电场 获得的能量时，电子的平均能量为: 1 3 2 me v e kT 2 2
辐射探测仪器原理
辐射探测仪器原理一、引言辐射探测仪器是用于检测和测量辐射的设备，广泛应用于核能、医疗、环境监测等领域。
辐射探测仪器的原理主要涉及辐射与物质相互作用、辐射的探测和测量等方面。
本文将从这些方面详细介绍辐射探测仪器的原理。
二、辐射与物质相互作用辐射包括电磁辐射和粒子辐射两种形式。
电磁辐射是由电磁波构成，包括可见光、紫外线、X射线、γ射线等。
粒子辐射则是由各种带电粒子组成，如α粒子、β粒子、中子等。
当辐射与物质相互作用时，会发生一系列的物理和化学过程，这些过程决定了辐射探测仪器的工作原理。
三、辐射的探测和测量辐射探测仪器主要包括辐射探测器和信号处理系统两个部分。
辐射探测器是用来探测和测量辐射的装置，而信号处理系统则负责将辐射探测器采集到的信号进行放大、滤波、数字化等处理，以便得到准确的辐射测量结果。
四、辐射探测器的原理1. 闪烁体探测器闪烁体探测器是一种常用的辐射探测器，其原理是利用辐射与闪烁体相互作用，使其发生光闪烁，并通过光电倍增管等光电转换器件将光信号转换为电信号。
闪烁体探测器可以测量各种类型的辐射，如γ射线、X射线等，并具有灵敏度高、时间分辨能力强等优点。
2. 半导体探测器半导体探测器是基于半导体材料的电子和空穴对辐射的响应进行测量的装置。
当辐射经过半导体材料时，会产生电离和激发效应，从而形成电子空穴对。
这些电子空穴对会在半导体中引起电流的变化，通过测量电流的变化来确定辐射的强度和能量。
3. 电离室电离室是一种应用广泛的辐射探测器，其原理是利用辐射与气体相互作用，产生电离效应。
当辐射通过电离室时，会使气体分子电离产生正负离子对，这些离子对会在电场的作用下形成电流。
通过测量电流的变化，可以得到辐射的强度和能量。
五、信号处理系统的原理信号处理系统是辐射探测仪器中至关重要的部分，其主要功能是将探测器采集到的微弱信号进行放大、滤波、数字化等处理，以得到准确的辐射测量结果。
信号处理系统通常由前置放大器、滤波器、模数转换器等组成。
核医学常用仪器
Basic principle of scintillation detector
闪烁荧光 photoelectric effect 电子数倍增 电子流(电位降) 一个入射光子 产生一个闪烁事件 产生一个脉冲
二、应用
主要应用于血、尿等各类组织样品及体外分析标本的放射性测量
第三节 功能测定仪
功能测定仪由一个或多个探头、电子线路、计算机和记录 显示装置组成。其对射线的探测原理见上述 闪烁探测器。
（一）甲状腺功能测定仪
采用带张角型准直器的 闪烁探头和定标器组合的装置。
a：正常志愿者 b：甲亢 c：甲亢高峰前移 d：甲低
应用
甲状腺摄碘功能测定。
（二）肾图仪
肾图仪由带铅屏蔽壳和准直器的闪烁探头和计数率 仪的微机组成。 将检查时获得肾图曲线相应计数率和参数结果记录 并打印在报告纸上。
图像融合 是指不同图像(SPECT, PET, CT, MRI)之间的空
间配准或结合。利用各种成像方式的特点，为不同的影像提供 互补信息，增加图像质量，以期对临床诊断和治疗的定位、观 察提供有效的方法。
SPECT配置高能准直器
一种单光子探测方式。主要用于心肌锝[99mTc]-MIBI 心肌血流灌注和氟[18F]-FDG心肌代谢断层显像。
• • •
GE HawkEye
多探头接收 电子准直 符合窗时间
二、应用
SPECT功能和半衰期较长的正电子符合探测断层显像
符合线路SPECT AC方法
放射源技术（铯[137Cs]、钡[133Ba]） X-CT 技术 X-CT 技术可进行同机解剖结构与功能代谢图像融合， （fusion imaging）对病灶可做出精确定位诊断。
如何测量辐射值是否正常值
如何测量辐射值是否正常值辐射是指物体或波源向周围环境传输能量的过程。
在日常生活中，辐射可以来自许多不同的源，包括太阳、电磁辐射设备以及放射性物质等。
然而，长时间暴露在高辐射水平下可能对人体和环境造成危害。
因此，测量辐射值是否正常非常重要，以确保人们的健康和安全。
测量辐射的主要方法是使用辐射测量仪器。
以下是一些常见的辐射测量仪器：1.电离室：电离室是一种常见的辐射测量仪器，利用空气中带电粒子形成电离的原理测量辐射水平。
它包括一个带有电极的密闭空间，并且当辐射靠近时，带电粒子会产生和净离子对，进而引起电流变化。
通过测量这个电流变化，可以确定辐射水平。
2.遥测辐射监测系统：这类仪器常用于室外环境监测。
它们可以通过放置在地面、建筑物和其他重要设施的位置上的传感器，准确地测量环境中的辐射水平。
这些传感器将数据传输到中央控制系统，然后根据预定的参数来评估辐射水平是否正常。
3.个人剂量仪：个人剂量仪是专门用于测量个人长期或短期辐射接触水平的仪器。
它们可以佩戴在衣服上或固定在工作区域内，以便根据个人辐射接触情况监测辐射水平。
当剂量仪接收到辐射时，它会记录并存储辐射计数，然后通过连接到计算机进行数据分析。
1.依据参考值：通过比较测得的辐射值与国际和国家标准的参考值，可以判断辐射是否超过了安全水平。
这些参考值通常是由相关机构根据科学研究和实证数据制定的。
2.比较基线：将同一位置的辐射水平与基线值进行比较，基线值是在正常情况下测得的辐射水平。
如果测量结果明显高于基线值，则可能存在异常的辐射条件。
3.频繁监测：定期监测辐射水平是识别异常辐射值的有效方法。
通过频繁测量辐射值，可以确定辐射水平是否稳定或出现变化。
需要注意的是，测量辐射值是否正常并不是一个简单的过程。
辐射的性质复杂多变，同时还受到环境和人体的影响。
因此，必须根据具体情况选择适当的测量方法和仪器，并参考相关标准和专家的建议。
此外，注意个人和环境的辐射防护是非常重要的，可以通过减少辐射暴露时间、增加距离、使用屏蔽设备等方式来降低辐射风险。
辐射探测仪器原理
辐射探测仪器原理一、引言辐射是指电磁波或粒子从一个物体传递到另一个物体的能量传递过程。
辐射的探测对于环境监测、辐射防护以及核能安全等领域具有重要意义。
辐射探测仪器是用于测量和监测辐射水平的设备，其原理和工作方式决定了其性能和应用范围。
二、辐射探测仪器的分类辐射探测仪器可以根据其探测对象和工作原理进行分类。
常见的辐射探测仪器包括辐射剂量仪、辐射监测仪、辐射警报仪等。
1. 辐射剂量仪辐射剂量仪是用于测量辐射剂量率或累积剂量的仪器。
其工作原理基于辐射粒子与探测器之间的相互作用。
当辐射粒子穿过探测器时，会引起探测器中的电离作用。
通过测量电离作用产生的电流或电荷，可以确定辐射剂量的大小。
常见的辐射剂量仪包括Geiger-Muller 计数管、电离室、半导体探测器等。
2. 辐射监测仪辐射监测仪是用于监测环境中辐射水平的仪器。
其原理是利用辐射探测器对环境中的辐射进行实时测量，并通过显示屏或报警器等方式向操作人员提供辐射水平信息。
辐射监测仪可以实时监测γ射线、X射线以及α、β粒子等辐射。
常见的辐射监测仪包括γ射线计数器、多道分析仪等。
3. 辐射警报仪辐射警报仪是用于及时发出辐射警报的仪器。
其原理是通过辐射探测器对周围环境中的辐射进行监测，当辐射水平超过设定的阈值时，警报仪会发出声音或光信号以提醒人们采取相应的防护措施。
辐射警报仪广泛应用于核电站、医院、实验室等场所，用于提醒人们避开辐射源或进行防护措施。
三、辐射探测仪器的原理辐射探测仪器的原理基于辐射与物质相互作用的特性。
辐射可以通过电离、激发或相互作用过程而与物质发生相互作用。
辐射探测仪器通常利用这些相互作用过程来测量和监测辐射水平。
1. 电离作用辐射粒子在物质中穿过时，会与物质中的原子或分子发生碰撞，引起电离作用。
这种电离作用会产生自由电子和正离子，进而形成电离电流。
辐射剂量仪利用电离作用测量辐射剂量，通过测量电离电流的大小来确定辐射剂量的大小。
2. 闪烁效应某些物质在受到辐射激发后会发生闪烁效应，即发出可见光或紫外光。
核辐射三大探测器-半导体
在外加反向电压时的反向电流：
少子的扩散电流，结区面积不变，IS 不变； 结区体积加大，热运动产生电子空穴多，IG 增大； 反向电压产生漏电流 IL ，主要是表面漏电流。
即在使结区变宽的同时，IG 增加, IS不变，If减小， 并出现IL，此时表现的宏观电流称为暗电流。
2) P-N结半导体探测器的特点
载流子寿命--载流子在俘获以前，可在晶体中自由运
动的时间。只有当漂移长度 L E 大于灵敏体积的 长度才能保证载流子的有效收集。对高纯度的Si和Ge ～10-3s，决定了Si和Ge为最实用的半导体材料。
高的电阻率和长的载流子寿命是组成半 导体探测器的关键。
10和 NA 分别代表施主杂质和受主杂质浓度； a,b则代表空间电荷的厚度。一般a,b不一定相等，取 决于两边的杂质浓度，耗尽状态下结区总电荷为零， 即ND a＝NA b。
电场为非均匀电场：
E( x) E( x) 4 eN D 4 eN A
0
( x a)
( a x 0)
对N型半导体，电子的漂移速度为 un n E 对P型半导体，空穴的漂移速度为u p p E
由于 电子迁移率n 和 空穴迁移率p 相近，与 气体探测器不同，不存在电子型或空穴型半导体 探测器。 电场较高时，漂移速度随电场的增加较慢，最 后达到载流子的饱和速度～107cm/s。
(2) 探测器和电子学噪声
探测器的噪声由P-N结反向电流及表面漏电 流的涨落造成； 电子学噪声主要由第一级FET 构成，包括：零电容噪声和噪声斜率。
采用扩散工艺——高温扩散或离子注入； 材料一般选用P型高阻硅，电阻率为1000； 在电极引出时一定要保证为欧姆接触，以 防止形成另外的结。
核辐射防护常用仪器仪表的使用方法
核辐射防护常用仪器仪表的使用方法核辐射是一种无形无味的危险，对人体健康造成严重威胁。
为了保护人们免受核辐射的伤害，科学家们研发了各种仪器仪表，用于检测和测量辐射水平。
在本文中，我们将介绍几种常用的核辐射防护仪器仪表的使用方法。
1. 辐射剂量仪辐射剂量仪是用于测量辐射剂量的仪器。
它可以测量辐射的总剂量，即人体在一定时间内接收到的辐射能量。
使用辐射剂量仪时，首先需要打开仪器，然后将其放置在需要测量的区域。
仪器会自动开始测量，并显示辐射剂量的数值。
在使用过程中，要确保仪器的探测器与辐射源保持一定的距离，以避免误差。
2. 辐射监测仪辐射监测仪是一种用于监测辐射水平的仪器。
它可以实时监测环境中的辐射水平，并发出警报，提醒人们采取相应的防护措施。
使用辐射监测仪时，需要将其放置在需要监测的区域，并确保仪器处于工作状态。
仪器会自动检测辐射水平，并在超过设定阈值时发出警报。
在使用过程中，要定期校准仪器，以确保准确性和可靠性。
3. 核辐射防护服核辐射防护服是一种特殊的服装，用于保护人体免受核辐射的伤害。
它由防护材料制成，可以有效地阻挡辐射粒子的穿透。
在使用核辐射防护服时，首先需要穿上服装，并确保其完全覆盖身体。
然后，要检查服装是否有破损或漏洞，以确保其完整性。
在接触辐射源时，要避免与其直接接触，以减少辐射的暴露。
4. 辐射监测仪器校准装置辐射监测仪器校准装置是用于校准辐射监测仪器的设备。
它可以模拟不同辐射水平，并与监测仪器进行比对，以确保其准确性和可靠性。
在使用辐射监测仪器校准装置时，首先需要将监测仪器连接到装置上，并按照装置的操作说明进行操作。
装置会发出特定的辐射信号，监测仪器会根据信号进行测量，并进行校准。
5. 辐射防护屏蔽器辐射防护屏蔽器是一种用于屏蔽辐射的设备。
它可以阻挡辐射粒子的穿透，减少辐射的暴露。
使用辐射防护屏蔽器时，需要将其放置在需要防护的区域，并确保其完整性和稳定性。
在使用过程中，要定期检查屏蔽器是否有损坏或松动，以确保其有效性。
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P-N结区(势垒区)的形成：
多数载流子扩散，空间电荷形成内电场并 形成结区。结区内存在着势垒，结区又称为 势垒区。势垒区内为耗尽层，无载流子存在，
实现高电阻率，达 101，0远 c高m 于本征电阻
率。
n-type
p-type
+++++ +++++ +++++
-------------------------------
电荷分布
2.高纯锗半导体探测器特点
1) P区存在空间电荷，HPGe半导体探测器 是PN结型探测器。 2) P区为非均匀电场。
3) P区为灵敏体积，其厚度与外加电压 有关，一般工作于全耗尽状态。
4) HPGe半导体探测器可在常温下保存， 低温下工作。
1－0.8mm不锈钢丝；2 －玻璃钢支柱；3－活性 炭；4－内胆；5－镀铝 涤纶薄膜；6－真空室外 套；7－多孔套管；8－ 活性炭；9－导冷棒；10 －外壳；11－定位器和 套卡；12－前置电极； 13－导线螺钉；14－晶 体台；15－电极支架； 16－下电极；17－晶体； 18－屏蔽罩；19－真空 罩；20－氟橡胶密封圈； 21－真空室外壳；22－ 液氮注入管道；23－内 胆颈管；24－液氮。
一般用N型高阻硅，表面蒸金50～100g/cm2
氧化形成P型硅，而形成P-N结。工艺成熟、 简单、价廉。
3.应用
重带电粒子能谱测量-- 谱仪
（三）高纯锗半导体探测器
1.P-N结的构成 一般半导体材料杂质浓度为~1015原子/cm3。
采用高纯度的 P型Ge单晶，杂质浓度为 1010 原子 cm3 。因为杂质浓度极低，相应的电阻 率很高。空间电荷密度很小，P区的耗尽层厚 度大。
(3) 根据电子倍增系统 聚焦型
非聚焦型
具有较快的响应 时间，用于时间 测量或需要响应 时间快的场合。
电子倍增系数较 大，多用于能谱 测量系统。
直线结构 环状结构
百叶窗结构 盒栅型结构
2. PMT主要性能 1) 光阴极的光谱响应
光阴极受到光照后，发射光电子的概率是 入射光波长的函数，称作“光谱响应”。
第五节 辐射探测及常用辐射探测器
为什么需要辐射探测器？
对于辐射是不能感知的，因此人们必须 借助于辐射探测器探测各种辐射，给出辐 射的类型、强度(数量)、能量及时间等特性。 即对辐射进行测量。
辐射探测器的定义：利用辐射在气体、 液体或固体中引起的电离、激发效应或 其它物理、化学变化进行辐射探测的器 件称为辐射探测器。
关。
计数及测 量入射粒
子能量
计数及测 量入射粒
子能量
仅用作计 数
二. 闪烁探测器
利用辐射在某些物质中产生的闪光，产生荧光
光子来探测电离辐射的探测器。
荧光 光子 光电倍增管 反射层 窗 (打拿极) 分压器
前置放大器
多道或单道
高压
闪烁体
光电子 光阴极
阳极
管座
暗盒
闪烁探测器的工作过程：
(1) 辐射射入闪烁体使闪烁体原子电离或 激发，受激原子退激而发出波长在可见光 波段的荧光。
离子和电子在外加电场中的漂移
离子和电子除了与作热运动的气体分 子碰撞而杂乱运动和因空间分布不均匀造 成的扩散运动外，还有由于外加电场的作 用沿电场方向定向漂移。
这种运动称为“漂移运动”，定向运 动的速度为“漂移速度”。它是形成输出 信号的基本过程。
工作气体：
气体探测器的工作介质为气体，工作 气体充满电离室内部空间；
（三）闪烁探测器的应用
主要用于构成 谱仪
多道脉冲 幅度分析
器
源 闪 光电 射极 烁 倍增 输出 体管 器
线性脉冲 放大器
单道脉冲 幅度分析
器
高压电 源
图3-1
示波器
Nal(T1)闪烁谱仪装置示意图
打印机
自动定标 器
线性率表
三. 半导体探测器
半导体探测器的基本原理是带电粒子在半导 体探测器的灵敏体积内产生电子－空穴对，电子 －空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。
纯晶体 Bi4Ge 3O12
BGO
2) 有机闪烁体：有机晶体——蒽晶体等； 有机液体闪烁体及塑料闪烁体.
3) 气体闪烁体：Ar、Xe等。
2. 闪烁体的物理特性
1) 发射光谱
特点：发射光谱为连续谱。各种闪烁体都存在 一个最强波长；要注意发射光谱与光电倍增管 光阴极的光谱响应是否匹配。
2) 发光效率与光能产额
电场较高时，漂移速度随电场的增加较慢，最 后达到载流子的饱和速度～107cm/s。
3. 电阻率与载流子寿命
半导体电阻率：
1
e n n p p
cm
本征电阻率： S i 2.3105 cm Ge 50 ~ 100 cm
掺杂将大大降低半导体的电阻率，对硅来说掺杂对电
阻率的影响比锗显著得多。当半导体材料被冷却到液氮
a
0
b
ND a NA b
2、P-N结半导体探测器的类型
1) 扩散结(Diffused Junction)型探测器
采用扩散工艺——高温扩散或离子注入； 材料一般选用P型高阻硅，电阻率为1000； 在电极引出时一定要保证为欧姆接触，以 防止形成另外的结。
2) 金硅面垒(Surface Barrier)探测器
半导体中的平均电离能与入射粒子能量无 关。在半导体中消耗能量为E时，产生的载流 子数目N为：
N E/w
载流子的漂移
对N型半导体，电子的漂移速度为un nE
对P型半导体，空穴的漂移速度为up p E
由于 电子迁移率n 和 空穴迁移率p 相近，与
气体探测器不同，不存在电子型或空穴型半导体
探测器。
nt n0et nph et
τ为发光衰减时间，即发光强度降为1/e所
需时间。
（二）. 光电倍增管
1. PMT的结构——光电倍增管为电真空器件。
1) PMT的主要部件和工作原理
半透明光阴极 光电子轨迹
入射光
真空壳
聚焦电极 打拿极
阳极
2) PMT的类型
(1) 外观的不同
(2) 根据光阴极形式
2) 光照灵敏度 光阴极的光电子流
阴极灵敏度
Sk ik F
A / Lm
阳极电流
光通量
阳极灵敏度
SA iA F
A Lm
阳极接受到的电子数 PMT增益 M 第一打拿极收集到的电子 数
M SA iA g n 106 108
SK iK 打拿极间电子传输效率
3) PMT 暗电流与噪声
当工作状态下的光电倍增管完全与光辐射隔 绝时，其阳极仍能输出电流(暗电流)及脉冲信 号(噪声)。
E1
E2 E3
I : 复合区 II : 饱和区 III : 正比区
N NA IV: 有限正比区
N N V: G-M工作区
VI: 连续放电区
工作区 输出信号 域
用途
电离室
正比计数 器
G-M 计数管
饱和区
正比区
G-M工 作区
h Ee W C0
h Ee A W C0
形成正离子 鞘，与入射 粒子能量无
我们把气体探测器中的电子－离子对、闪烁 探测器中被 PMT第一打拿极收集的电子 及半导 体探测器中的电子－空穴对统称为探测器的信息 载流子。产生每个信息载流子的平均能量分别为 30eV(气体探测器)，300eV(闪烁探测器)和3eV(半 导体探测器)。
半导体探测器的特点：
(1) 能量分辨率最佳； (2) 射线探测效率较高，可与闪烁探测器 相比。
常用的辐射探测器按探测介质类型及作用机制 主要分为：
气体探测器；
闪烁探测器；
半导体探测器。
一. 气体探测器
气体探测器是以气体为工作介质，由入 射粒子在其中产生的电离效应引起输出电信 号的探测器。由于产生信号的工作机制不同， 气体电离探测器主要有电离室、正比计数器、 G-M计数器等类型。它们均有各自的特点以 及相应的适用领域。
Y ph
n ph E
E ph hv
1 E
C np hv
以NaI(Tl)为例
对1MeV的β粒子，发射光子平均能量 h 3eV
Y ph
0.13 3eV
4.3 104
光子数 MeV
3) 发光衰减时间
受激过程大约 109 1011 Sec 退激过程及闪烁体发光过程按指数规律
对于大多数无机晶体，t时刻单位时间发 射光子数：
射线与物质相互作用的分类
Charged Particulate Radiations
Heavy charged particles
, p, d,T , f
Fast electrons
e
Uncharged Radiations
Neutrons
X-rays and rays
辐射探测的基本过程：
➢ 辐射粒子射入探测器的灵敏体积； ➢ 入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积 能量； ➢ 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的 输出信号。 ➢对非带电粒子通过次级效应产生次电子或重带电粒 子,实现能量的沉积。
同的倍增过程和飞行距离，反映了 飞行时间的涨落，是决定闪烁计数 器分辨时间的限制因素。
5) PMT 的稳定性
稳定性是指在恒定辐射源照射下，光电倍增管 的阳极电流随时间的变化。
包含两部分：
短期稳定性，指建立稳定工作状态所需的时间。 一般在开机后预热半小时才开始正式工作。
长期稳定性：在工作达到稳定后，略有下降 的慢变化，与管子的材料、工艺有关，同时 与周围的环境温度有关。长期工作条件下， 须采用“稳峰”措施。