2.10 核辐射式检测元件
核辐射三大探测器-半导体
空穴浓度： p NA 受主杂质浓度
2021/3/11
6
Doping with valence 5 atoms Doping with valence 3 atoms
N-type semiconductor P-type semiconductor
2021/3/11
7
2、载流子浓度和补偿效应 1) 载流子浓度
第十章
半导体探测器
Semiconductor
Detector
2021/3/11
1
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。
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)。
方向；
P
IG－ 在结区内由于热运动产 生的电子空穴对；
If
IG gWe
IS－ 少子扩散到结区。
IG，IS的方向为顺内电场方向。
平衡状态时： If IGIS 2021/3/11
N
IG , IS
14
(3于结区电阻率很高，电 位差几乎都降在结区。
反向电压形成的电场与内电场方向一致。 外加电场使结区宽度增大。反向电压越高，结区 越宽。
的半导体称为N 型半导体。
电子浓度： n ND
2021/3/11
施主杂质浓度
5
4)受主杂质(Acceptor impurities)与受主能级
受主杂质为III族元素，其电离电位 EA很低，受主杂质的能级一定很接近禁 带底部(即价带顶部)，室温下价带中电 子容易跃迁这些能级上；在价带中出现 空穴。所以，此时多数载流子为空穴， 杂质原子成为负电中心。掺有受主杂质 的半导体称为P 型半导体。
核辐射检测仪 常见技术
核辐射检测仪常见技术核辐射检测仪是一种用于检测和测量环境中核辐射水平的仪器。
它主要用于核电厂、医院、科研机构等场所，以确保人员和环境的安全。
核辐射检测仪常见技术包括闪烁探测器、电离室、半导体探测器和荧光体探测器等。
一、闪烁探测器闪烁探测器是核辐射检测仪中常用的一种技术。
它利用某些物质在受到核辐射激发后产生闪光的特性来测量辐射水平。
这种探测器通常由闪烁晶体和光电倍增管组成。
当核辐射进入闪烁晶体时，晶体中的原子被激发并产生光子，光子经过光电倍增管放大后被检测。
通过测量闪烁光子的数量和能量，可以确定核辐射的类型和强度。
二、电离室电离室是一种常见的核辐射检测技术。
它利用核辐射与气体分子的相互作用产生离子对来测量辐射水平。
电离室通常由一个带电电极和一个接地电极组成。
核辐射进入电离室后，与气体分子相互作用产生离子对，离子对被电场吸引到电极上，产生电流。
通过测量电离室中的电流大小，可以确定核辐射的强度。
三、半导体探测器半导体探测器是一种利用半导体材料的电导率变化来测量核辐射的技术。
半导体探测器通常由P型和N型半导体材料组成。
当核辐射进入半导体材料时，会激发半导体中的电子和空穴，导致电导率的变化。
通过测量电导率的变化，可以确定核辐射的强度和能量。
四、荧光体探测器荧光体探测器是利用某些物质在受到核辐射激发后产生荧光的特性来测量辐射水平的技术。
荧光体探测器通常由荧光体和光电倍增管组成。
当核辐射进入荧光体时，荧光体中的原子被激发并产生荧光，荧光经过光电倍增管放大后被检测。
通过测量荧光的强度和能量，可以确定核辐射的类型和强度。
以上所述的闪烁探测器、电离室、半导体探测器和荧光体探测器是核辐射检测仪中常见的技术。
它们各自利用不同的物理原理来测量核辐射的强度和能量。
在实际应用中，根据不同的需求和场景，可以选择合适的技术来进行核辐射检测。
这些技术的不断发展和改进，使得核辐射检测仪在核安全和环境保护方面发挥了重要作用。
通过准确测量和监测核辐射水平，可以及时采取相应的防护措施，保障人员和环境的安全。
2.10 核辐射式检测元件
2
γ射线通过物质时强度衰减
I I0e
x
• 为物质对射线的吸收系数。 • 吸收系数随吸收物质的材料和γ射线的能量 而改变，它是三种效应的综合结果 • • 式中为 光电吸收系数；为康普顿吸收系数； 为电子对生成吸收系数。
粒子的性质
带电量 α粒子 β粒子 ＋2e -e 质量 4u 0.00055u 速度 20km/s 电离 贯穿 能力 能力 很强 很弱
200km/s 较弱 较强
γ射线
0
0
光速
极弱 极强
放射源的强度衰减特性
• 放射源的辐射强度随时间按指数定律而衰减，即
I I 0e
t
• • • •
I0：开始时的放射源强度； I：经过时间t后放射源强度； 为放射性衰变常数，与外界条件无关； T0.5:半衰期,放射性同位素的原子核数衰减到一 半时所需时间
电离曲线
β射线的多电极电离室
1、2—端子；
3、4—圆柱电极；
5、6－圆柱电极
2.闪烁计数器
•射线进入闪烁体时，使闪烁体的原子被电离和激发， 受激原子退激时会发光； •光透过闪烁体射到光电倍增管的阴极上，经过光电 倍增管的倍增，在其阳极上形成电流脉冲； •最后通过输出电路进行显示、分析。
探测原理
闪烁体
• 闪烁体是一类能吸收能量，并能在大约一微秒 或更短的时间内把所吸收的一部分能量以光的 形式再发射出来的物质。 • 闪烁体分为无机闪烁体和有机闪烁体两大类， 闪烁体必需具备的性能是：对自身发射的光子 应是高度透明的。 • 常用的几种闪烁体是：⑴无机晶体，主要是含 杂质或不含杂质的碱金属碘化物；⑵有机晶体， 都是未取代的或取代的芳香碳氢化合物；⑶液 态的有机溶液，即液体闪烁体；⑷塑料溶液中 的有机溶液，即固溶闪烁体。
检测核辐射的仪器
检测核辐射的仪器
检测核辐射的仪器主要包括以下几种：
1. Geiger-Muller计数管：一种最常见的核辐射检测仪器，基于放射性粒子碰撞气体产生电离，通过测量放射性粒子引起的电离事件计数来检测核辐射。
2. 闪烁体探测器：使用闪烁体材料，当核辐射通过闪烁体时，闪烁体会发生电离和激发，产生可见光信号，通过测量闪烁体所发出的光信号强度来检测核辐射。
3. 等离子体放射计：使用带正电的粒子形成等离子体，通过测量等离子体的电荷和电流变化来检测核辐射。
4. 电离室：使用电离室中的空气或其他气体，在辐射通过时产生电离，通过测量电离室内的电离事件计数来检测核辐射。
5. 能谱仪：用于测量放射性核素的能量谱的仪器，通过测量电离辐射在物质中沉积的能量来判断放射性粒子的类型和强度。
这些仪器可以用于检测不同类型的核辐射，如阿尔法粒子、贝塔粒子、伽玛射线等。
在核能、医疗、环境监测等领域都有广泛应用。
《核辐射传感器》课件
核辐射传感器应用举例核能及来自射监测用于核电站、核材料处 理厂和辐射实验室等环 境中的辐射监测。
医学
在放射治疗、核医学和 放射诊断中用于辐射剂 量控制和安全监测。
工业和农业
用于辐射危害评估、环 境监测和食品辐射安全 控制等领域。
核辐射传感器的发展
1
技术进展
2
现代核辐射传感器结合了纳米材料、
先进电子技术和数据处理算法等创
《核辐射传感器》PPT课 件
核辐射传感器是用于检测和测量核辐射的装置。本课件将介绍核辐射传感器 的原理、分类、常见类型以及应用举例，并探讨其发展趋势和社会影响。
核辐射传感器介绍
核辐射传感器是一种用于检测和测量核辐射的设备。它通过测量辐射强度来提供关键信息，可应 用于多个领域。
核辐射传感器分类
按测量方式分类
新技术。
3
历史回顾
核辐射传感器起源于20世纪初，随 着核技术的发展逐渐成熟。
发展趋势
未来的核辐射传感器将更加小型化、 高灵敏度和多功能化，满足不断发 展的应用需求。
核辐射传感器总结
核辐射传感器在核能、医学和工业等领域具有重要作用，随着技术进步，其应用前景仍然广阔。
包括计数器、能量测量器和剂量仪等不同 种类的传感器。
按测量介质分类
包括空气、液体和固体等不同介质中使用 的传感器。
常见的核辐射传感器
Geiger-Muller计数管
基于气体电离原理，广泛用 于核能监测和医学领域。
闪烁体探测器
通过闪烁效应检测并量化核 辐射，常用于放射性物质监 测。
半导体探测器
利用半导体材料的电子结构 检测核辐射，可提供高精度 的测量结果。
射线检测的设备和器材简介
射线检测的设备和器材简介1. 引言射线检测是一种非破坏性检测技术，通过利用射线对物体进行检测，可以获取物体内部的结构、组成以及缺陷等信息。
在工业领域，射线检测被广泛应用于材料品质控制、设备检测、安全检查等方面。
本文将介绍射线检测中常用的设备和器材。
2. 射线源射线源是射线检测中的关键部分，它产生并释放射线用于照射待检测物体。
常见的射线源包括：•X射线管：X射线管通过加高压将电子加速到很高的速度，使其撞击目标金属靶产生X射线。
•放射性同位素：如钴-60、铯-137等放射性同位素可作为射线源，其放射性衰变产生γ射线。
3. 辐射探测器辐射探测器用于测量和记录射线通过待检测物体后的强度变化，从而获得物体内部的信息。
常见的辐射探测器有：•闪烁体探测器：闪烁体探测器由闪烁晶体和光电倍增管组成。
当射线照射到闪烁晶体上时，晶体会发出光信号，光信号被光电倍增管读取并转化为电信号。
•气体探测器：气体探测器包括GM计数器和比例计数器。
GM计数器通过检测射线照射到气体中产生的电离效应来测量射线强度。
比例计数器利用气体中的稀有气体与射线相互作用的特性来区分不同能量的射线。
•固态探测器：固态探测器是一种基于半导体材料的探测器，如硅、锗等。
射线入射到固态探测器中会产生电离效应，产生的电荷被探测器读取并转化为电信号。
4. 图像获取系统图像获取系统用于记录辐射探测器获取的电信号，将其转化为可视化的图像。
常见的图像获取系统包括：•透视系统：透视系统是通过将待检测物体置于射线源和辐射探测器之间，记录射线通过物体的强度变化。
透视系统可以实时观察射线通过物体的情况。
•平板探测器：平板探测器是一种将辐射探测器与数字成像技术相结合的系统。
辐射探测器将获取的电信号转化为数字信号，通过图像处理算法得到高分辨率的二维图像。
5. 数据分析与处理数据分析与处理是射线检测的关键一步，它将图像获取系统获得的数据进行处理和分析，提取出待检测物体的内部结构和缺陷信息。
测核辐射的仪器
测核辐射的仪器
以下是常见用于测量核辐射的仪器：
1. Geiger-Muller计数管：这是一种最常见的核辐射测量仪器，用于测量γ射线和X射线的剂量率和累积剂量。
它基于气体
电离的原理，当核辐射通过计数管时，会导致气体离子化，进而触发电荷放大和计数。
计数管显示的读数可以用来估算环境中的辐射水平。
2. 电离室/离子室：电离室是另一种常用的核辐射测量仪器，
可用于测量γ射线、X射线和质子/α粒子的剂量率和累积剂量。
它由一个气体填充的封闭空间和电极组成。
当核辐射通过电离室时，它会离子化气体并生成电荷，测量仪器会测量出所产生的电离电流，并据此计算出辐射剂量。
3. 闪烁体探测器：闪烁体探测器可用于测量γ射线、X射线和
质子/α粒子的剂量率和累积剂量。
它由一个闪烁晶体或液体
以及一个光电倍增管（或光电二极管）组成。
当核辐射与闪烁体相互作用时，会产生光闪烁。
光电倍增管接收并放大这些信号，从而测量辐射水平。
4. 核辐射剂量仪（dosimeter）：核辐射剂量仪是一种个人佩戴的仪器，用于实时测量和记录个人暴露于核辐射的剂量。
它可以是电离室、Geiger-Muller计数管或闪烁体探测器等的组合体，通常佩戴在身体上。
核辐射剂量仪记录器存储戴者的辐射剂量，并可用于监测个人的辐射暴露情况。
这些仪器在核电厂、医疗机构、核辐射研究实验室以及核事故应急响应中得到广泛应用，有助于监测和保护人们免受核辐射的伤害。
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
【华南理工 自动检测技术】10节_核辐射式检测元件
五、核辐射传感器的应用
α射线可实现气体分析，如气体压力、流量测量； β射线可进行带材厚度、密度检测； γ射线可探测材料缺陷、位置、密度与厚度测量。
（1） 测厚
➢ 透射式测厚 ➢透射式测厚常用闪烁探测器，闪烁探 测器记录穿透物体的γ射线的强度，其 输出电流与辐射强度成正比。在辐射穿 过物质时，由于物体吸收作用损失部分 强度，强度按指数规律变化：
定义： 将入射核辐射（粒子）的全部或部分能量
转化为可观测的信号（如电流、电压信号）的装置。
原理： 基于核辐射粒子的电离作用、穿透能力、物体吸 收、散射、反射等物理性质。 应用： 测量物质的密度、厚度；分析气体成分；探测物 体内部结构。
利用辐射可以构成近乎完美的测量方法。射线通 过物体时由于被吸收而减少，只要准确测量出射线的 损失量，就可以由相关物理关系准确推算出被测物的 厚度、吸收系数（CT 值）等参数。
➢ X荧光射线的能量谱和强度与物质的成份、厚度、 密度有关。
➢ 探测器将光信号转换为电脉冲，脉冲幅度与元素 的特征X射线能量成正比，不同元素脉冲幅度不同， 能量E大脉冲幅度越高，通过幅度分析器检测出不同 元素，实现元素的定性分析。
输出
芯线电极（半径r1）
U
r2 圆筒形阴极
放大作用仅限于芯线近旁，所以可得到与放射线的入射区域 无关的一定的放大倍数。由于放大而产生的阳离子迅速离开气体 放大区域而产生输出脉冲。输出脉冲的大小正比于因放射线入射 而产生电子、正离子对的数目，而电子、正离子对数正比于气体 吸收的放射线的能量。因此，正比计数管可以探测入射放射线的 能量。
衰变规律： 放射源的强度是随着时间按指数定理而减低
J J0et
J0——开始时的放射源强度； J——经过时间为t λ——放射性衰变常数。
《核辐射测量方法》课件
《核辐射测量方法》课件一、课件概述本课件旨在介绍核辐射的基本概念、测量方法及其应用。
通过本课件的学习，使学员掌握核辐射的性质、测量原理和常用的测量方法，为核辐射防护和核事故应急处理提供技术支持。
二、课件内容1. 核辐射的基本概念1.1 辐射1.2 核辐射1.3 辐射剂量2. 核辐射的性质2.1 辐射类型2.2 辐射能量2.3 辐射穿透性3. 核辐射测量原理3.1 辐射与物质的相互作用3.2 辐射探测原理3.3 辐射测量仪器4. 核辐射测量方法4.1 放射性核素测量4.1.1 活度测量4.1.2 核素识别4.2 射线辐射测量4.2.1 剂量率测量4.2.2 射线成像4.3 辐射环境监测4.3.1 环境辐射水平监测4.3.2 放射性废物监测5. 核辐射测量技术应用5.1 核能利用5.2 医学诊断与治疗5.3 地质勘探5.4 生物示踪6. 核辐射防护与应急处理6.1 辐射防护原则6.2 辐射防护措施6.3 核事故应急处理三、课件结构1. 课件首页：核辐射测量方法简介2. 章节页面：核辐射的基本概念、性质、测量原理、测量方法、应用、防护与应急处理3. 图片及动画：生动展示核辐射测量过程和防护措施4. 练习题：巩固所学知识四、课件制作要求1. 文字：清晰、简洁、易懂，符合学员阅读习惯2. 图片：选用高质量的图片，具有代表性，便于学员理解3. 动画：生动形象，展示核辐射测量过程和防护措施4. 练习题：具有针对性，帮助学员巩固所学知识五、课件使用建议1. 结合课程安排，合理安排课件内容的学习顺序2. 充分利用课件中的图片、动画等多媒体元素，提高学习兴趣3. 针对课件中的练习题，进行自我测试，巩固所学知识4. 如有疑问，及时与讲师或其他学员沟通交流，提高学习效果核辐射测量方法是核能利用、医学诊断与治疗、地质勘探等领域的重要技术手段。
通过本课件的学习，希望学员能够掌握核辐射的基本概念、性质、测量原理和应用，提高核辐射防护和应急处理能力。
测量环境中核辐射的仪器 标准
测量环境中核辐射的仪器标准测量环境中核辐射的仪器引言：核辐射是指放射源散发出的粒子或电磁波，在空气、土壤、水和人体等物质中的传播。
核辐射对人类和环境健康产生潜在的危害，所以我们需要使用仪器来准确测量环境中的核辐射水平。
本文将介绍几种常用的测量环境中核辐射的仪器，并进行详细的分析和比较。
一、放射性探测器1. Geiger-Muller 层流计数管：Geiger-Muller 层流计数管是最常见的一种放射性探测器。
它是由细玻璃管和加速电位器组成的。
当放射性粒子进入细玻璃管时，会产生电离效应，从而引起电流的变化。
该仪器可以用于测量α、β和γ射线。
Geiger-Muller 层流计数管的优点是结构简单、体积小、便于携带，而且对放射性水平变化非常敏感。
然而，它只能提供放射性粒子的计数，而不能提供它们的能量信息，而且容易发生饱和现象。
2. 闪烁探测器：闪烁探测器是一种测量辐射的高灵敏度探测器。
它由闪烁晶体和光电倍增管组成。
当放射性粒子与闪烁晶体相互作用时，晶体会发出光子。
光子被光电倍增管接收并产生电流，通过测量电流的变化来确定辐射水平。
闪烁探测器具有很高的探测效率，能够测量α、β、γ和中子等各种类型的射线。
此外，它还具有很好的能量分辨能力，因此可以提供射线的能谱信息。
然而，闪烁探测器价格昂贵，而且对物质的辐射响应较强，并需要较长的稳定时间。
二、核计数器核计数器是一种基于统计原理的仪器，用于测量环境中放射性核素的浓度。
它包括气溶胶计数器、沉积核计数器和液体闪烁核计数器等。
1. 气溶胶计数器：气溶胶计数器是一种用于测量空气中核辐射的仪器。
它通过吸入被测空气样品，将其中的放射性物质沉降在收集器中，并通过粒子分析来测定放射性核素的浓度。
气溶胶计数器具有测量范围广、可探测各种类型的射线的优点，但需要经过复杂的样品处理和计数过程，且测量结果受其他因素干扰较大。
2. 沉积核计数器：沉积核计数器是一种用于测量放射性核素沉积在土壤和植物样品中的仪器。
核辐射探测器硕张资料
核辐射探测器硕张资料核辐射探测器是一种先进的科技产品，广泛应用于核电站、医疗、科研等领域。
它的主要功能是检测、记录和报告材料内部的辐射水平。
本文将详细介绍核辐射探测器的原理、分类、应用领域和市场前景等信息。
原理核辐射探测器是利用材料受到放射性元素的辐射所产生的电离效应来测量辐射水平的装置。
一般来说，核辐射探测器由放射性探测器、信号放大器和数据记录系统等组成。
当材料中存在放射性元素时，它会向四周辐射能量，并通过与材料相互作用而产生大量的电离粒子。
这些粒子会在探测器内部产生电离作用，进而导致电流和电压的变化。
通过信号放大器将这些微弱的信号放大，再经过数据记录系统进行处理，最终得到辐射水平的数据结果。
分类根据核辐射探测器的工作原理和检测范围不同，可将其分为以下几类：1.电离室型探测器：本质上是一种电容器，通过测量电离室内电荷的变化来检测辐射水平。
2.闪烁体探测器：利用材料对射线的能量吸收和放出可见光的特性，测量产生的光信号来确定辐射水平。
3.固态探测器：包括半导体探测器和硅悬浮探测器，通过测量载流子的产生和漂移，来检测辐射水平。
这类探测器具有高能量分辨率、灵敏度和快速响应等优点，被广泛应用于核医学和核物理实验等领域。
应用领域核辐射探测器的应用范围非常广泛，主要涉及以下几个领域：1.卫生和医学领域：核医学、医学照射、水质监测等。
2.工业检测领域：辐射处理、辐照杀菌、无损检测等。
3.放射性监测和应急处置领域：核电站、核反应堆、核废料处理等。
4.科学研究领域：核物理、天文学、地球物理学等。
市场前景随着全球对能源、环境等问题不断加强的关注，核辐射探测器作为一种先进的科技产品，其市场前景也越来越广阔。
从2019年到2025年，核辐射探测器市场的复合年增长率预计将达到8.9%。
其中，亚太地区、欧洲和北美地区是核辐射探测器的三大主要市场，受到政府和企业的重视。
未来的市场主要发展趋势包括技术升级、产品智能化和市场定位的精准化等。
核辐射探测器简介和应用
需要保证气体的成分和压力，所以一般电离室均 需要一个密封外壳将电极系统包起来
电离室的大小和形状，室壁和电极的材料以及所 充的气体成分、压强都要根据辐射的性质、实验 的要求来确定。
测量α粒子能量的电离室，须要足够大的容积和 气压，以便使α粒子的径迹都落在灵敏区内。
对γ射线强度作相对测量时，为了提高灵敏度， 室壁材料宜用高原子序数的金属，其厚度略大于 室壁中次级电子的射程。作绝对γ剂量测量时， 须用与空气或生物组织等价的材料作电极和室壁
电离室结构和输出电路示意图
脉冲电离室的输出回路
离子脉冲电离室输出脉冲较宽（因为正离子漂移速 度慢），一般在10-3s量级，这使得它不能用来探 测强度很强的放射源 电子脉冲电离室脉冲宽度小，为10-6s量级满足测 量强得多的入射粒子流，但是对平板型电子脉冲电 离室而言，输出的脉冲幅度不仅取决于产生的离子 对数，还与离子对产生的位置有关。需要采用特殊 的设计来解决（圆柱形电子脉冲电离室与屏栅电离 室）
a
q1
V0
e e i(t)
qq22 b
只有当空间电荷在极板间移动时，在外回路才有 电流流过，此时i(t)= i+(t)+i –(t)，正、负电荷的感 应电流方向相同，在探测器内部从阳极流向阴极 。电荷漂移过程结束，外回路感应电流消失。当 负电荷被收集后，外回路中就只有正电荷的感应 电流
当+e、e电荷在同一位置产生时，它们在极板上 的感应电荷量分别相同；+e、e电荷漂移结束， 流过外回路的总电荷量为e；该电荷量与这一对 电荷的产生位置无关。
电荷转移效应
正离子与中性的气体分子碰撞时，正离子与分子 中的一个电子结合成中性分子，中性气体分子成 为正离子 电荷转移效应在混合气体中比较明显 电荷转移效应可以减小离子的迁移率，降低离子 的漂移速度 复合效应、电子吸附效应、电荷转移效应等，都 不利于电荷收集
核辐射探测器监测描述
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、闪烁体的发光机制
1) 无机闪烁体的发光机制
激活剂
重点分析掺杂的无机晶体，以NaI(Tl)， CsI(Tl),CsI(Na)属于离子晶体等为最典 型，又称卤素碱金属晶体。
(2)能量分辨率的公式是谱仪所达到的分 辨率的极限和理论值。并可检验谱仪的 性能。
(3)能量分辨率的数值是对某一能量而言 的，它与入射粒子能量的关系为 1 E0
2) 电离室的饱和特性曲线
----脉冲幅度h与电离室工作电压V0的关系 影响因素：离子和电子的复合或扩散效应。
饱和特性曲线形成的物理过程：
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；
需要保证气体的成分和压力，所以 一般电离室均需要一个密封外壳将电极 系统包起来。
3、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
指闪烁体将所吸收的射线能量转化为光的比例。
多道测量的脉冲幅度谱：
dn
dn
dE
dh
半宽度
FWHM
E dn dh
E
h
h
能量分辨率： FWHM
h
核辐射探测仪器基本原理及及指标ppt
测量时间
总结词
测量时间是衡量核辐射探测仪器性能的重要指标之一，指探 测器在测量辐射粒子时需要的时间。
详细描述
测量时间越短，探测器的实时监测能力越强，能够更好地捕 捉和记录瞬时变化的辐射状况。这对于需要快速响应和实时 监测的应用场景尤为重要，如核事故应急响应、放射性物料 运输监管等。
详细描述
探测效率通常与探测器的材料、结构、粒子类型、能量范围 等因素有关。高效的探测器能够更好地测量和记录辐射粒子 的数量和类型，为科学研究、工业应用以及安全防护等领域 提供准确的数据。
能量分辨率
总结词
能量分辨率是衡量核辐射探测仪器性能的重要指标之一，指探测器在测量辐 射粒子的能量时，能够分辨的最小能量差值。
核辐射探测仪器的基本结构和工作流程
核辐射探测仪器通常由探测器、信号处理电路、数据采 集系统和显示系统等组成。
探测器是用来接收射线的部件，一般采用半导体材料或 气体电离器件制造。
信号处理电路对探测器输出的信号进行放大、滤波和数 字化处理，以便后续的数据采集和分析。
数据采集系统将处理后的信号转换为计算机可识别的数 字信号，并存储在计算机中。
《核辐射探测仪器基本原理 及及指标ppt》
xx年xx月xx日
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目录
• 核辐射探测仪器概述 • 核辐射探测仪器基本原理 • 核辐射探测仪器的主要指标 • 核辐射探测仪器的应用和发展趋势 • 总结和展望
01
核辐射探测仪器概述
核辐射探测仪器的定义和作用
定义
核辐射的检测方法
核辐射的检测方法嘿，朋友们！咱今天就来聊聊核辐射的检测方法。
你说这核辐射，看不见摸不着的，就像个隐藏的小怪兽，那咱可得有办法把它给揪出来呀！咱先说说最简单的，用盖革计数器。
这玩意儿就像是个小侦探，能听到核辐射发出的“声音”。
你想想，它滴答滴答地响，就好像在告诉你：“嘿，这里有核辐射哦！”是不是挺神奇的？就好像你走在路上，突然有个小精灵在你耳边说：“这边有情况！”还有一种方法，就像是给核辐射拍照片，那就是利用热释光剂量计。
它能把核辐射留下的痕迹给记录下来，等你去查看的时候，就知道这里曾经有没有核辐射来过啦。
这就好比你在沙滩上留下脚印，别人一看就知道你走过一样。
再说说利用辐射变色片吧，这东西可好玩了。
核辐射一来，它就会变色，就像个会变脸的小魔术家。
你一看它变了颜色，就知道大事不妙啦！这就好像你养的小宠物，平时乖乖的，一旦有什么异常情况，它就开始叫唤，提醒你注意呢。
那有人可能会问了，这些方法准不准呀？那当然啦！就像你去称体重，那秤能不准确嘛！这些检测方法都是经过科学家们精心研究和实践的呢。
不过，咱可不能完全依赖这些工具哦，自己也得有点小常识。
比如说，要是你发现周围有什么奇怪的地方，像一些不寻常的光芒啦，或者一些奇怪的气味啦，那可得小心点。
这就好比你看到天上突然掉下一个奇怪的东西，你肯定会好奇去看看，但也得注意安全呀！而且哦，咱平时也得多了解一些关于核辐射的知识，别到时候遇到了都不知道该咋办。
就像你要去一个陌生的地方旅行，总得先做做攻略吧，知道哪里好玩，哪里危险。
总之呢，核辐射虽然可怕，但咱有办法对付它！只要咱掌握了这些检测方法，再加上自己的小心谨慎，就一定能把这个小怪兽给抓住！咱可不能让它在我们身边捣乱，对吧？所以呀，大家都要重视起来，保护好自己和身边的人哟！。
核辐射式检测元件
光电效应 康普顿效应 电子对效应
Β粒子E ↓主要方 式
碰撞：γ光子和原 子碰撞，E→e电 子飞出，自己被吸 收（光子撞击产生 电子）
与频率ν线性，与入射强度无关， Emax=普朗克常量h*入射光频率ν逸出功A0
散射： γ E ↑，与 电子弹性碰撞，自 己偏离，e电子冲 出来，e康
散射光子，反冲电子（外层电子）
半导体探测器
半导体材料，两个电极间，有U 粒子→电子-空穴对
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类 型
原理
特点
收集到的离 子数和U关系
特点
应用
收集前复合 区
上升
射线→气 体→电子 灵敏，体 气 -正离子 积大学形 体 对→││ 状不受限 探 电容U→ 制，无损 测 收集→输 伤或极易 器 出=f（射 恢复，经 线种类和 济可靠 强度）
5 温度影响
t ↑最大B磁感应强度↓ 居里温度50℃ μ、磁化性能 等均受温度影响
6 磁滞特性、弹性滞后、弹性后效、多次加载、老化处理、合理电源（最佳
电源性能参数、环境温度等
频率、稳频恒流、温度补偿等）
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2.10 核辐射式检测元件
ZJU 2011年秋冬学期
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概述
2.10 核辐射式检测元件
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种类
原理
质量
能量
α 原子核→2个带 4.002775u 4-9MeV
正电粒子(2中子 （原子质量
2质子)
单位）
β 中子→质子→1 0.0000549u <2MeV 负电荷电子
速度
特点
应用
2万m/s 2*105m/s
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吸收
• 当射线穿过物质时，会发生电离、激发和散射等 现象，其结果就表现为对射线的吸收。 • 当一平行射线穿过物质层时，其强度衰减规律可 表示为
I I 0e
m x
• 式中 I 为穿过厚度为 x 的物质后的辐射强度； I0 为 m为物质的吸收系数 ； 射入物质前的辐射强度； 为物质的密度。
式中t m为测量时间；f n为射入检 为 测元件的粒子的平均频率；
检测元件的效率
1 r t m f n
思考题
• 如何用核辐射式检测元件实现材料厚度、 液体浓度、成份等的测量？
γ射线和物质的作用
• 光电效应 ：γ光子穿过物质时和物质中的原子 发生碰撞，把自己的能量交给原子核外的一个电 子使其成为自由电子，而γ光子本身被吸收。 • 康普顿效应：随着入射γ光子能量的增加 ，入 射γ光子和物质中的电子发生弹性碰撞，γ光子 偏离它原来的运动方向，失去一部分能量，然后 将能量转移给了电子。使电子从原子内部冲出来。 • 电子对的生成：当γ光子的能量大于所形成的电 子对的静止能量，就在物质中转化成一个正电子 和一个负电子，而γ光子则消失
粒子的性质
带电量 α粒子 β粒子 ＋2e -e 质量 4u 0.00055u 速度 20km/s 电离 贯穿 能力 能力 很强 很弱
200km/s 较弱 较强
γ射线
0
0
光速
极弱 极强
放射源的强度衰减特性
• 放射源的辐射强度随时间按指数定律而衰减，即
I I0e
• • • •
t
I0：开始时的放射源强度； I：经过时间t后放射源强度； 为放射性衰变常数，与外界条件无关； T0.5:半衰期,放射性同位素的原子核数衰减到一 半时所需时间
射线与被测物质的相互作用
激发
电离
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
吸收
散射
核辐射检测器
• 将核辐射信号转换成电信号，检测射 线强度的变化，实现被测参数的检测 • 电流电离室 • 闪烁计数器 • 盖格计数器
1. 电流电离室
1－收集电极
2－高压电极
3－保护电极 4－绝缘层
电离曲线
• Ⅰ段是复合区，电流与电 压成正比； • Ⅱ段是电流饱和区，其值 取决于电离作用所产生的 电子离子对数目，即与射 线的强度有关（工作区）； • Ⅲ段是正比区，电子能量 很大使气体进一步电离N ＝M*N0，M随电压增大； • Ⅳ段是自放电区。
• 放射源（放射性同位素） • 核衰变：放射性同位素的原子核是不稳定 的原子核，在无任何外因作用下，它会自 动衰变变为另外的同位素，同时会放出粒 子或射线。 • 核辐射：核衰变中放出不同的带有一定能 量的粒子或射线的放射性现象。 • 核辐射的种类：α，β，γ和中子辐射
常用的放射性同位素
• 钴(C060) ：γ和x射线 • 锶(Sr90) ：β粒子 • 铯(CS134) ：β粒子及γ射线
ln 2 / T0.5
射线与物质的作用
• 带电粒子和物质的作用 • γ射线和物质的作用
带电粒子和物质的作用
• 电离：当入射粒子靠近原子时和物质中的原子发 生静电作用，使原子中的束缚电子产生加速运动 而变为自由电子 。 • 激发：若入射粒子距原子远，束缚电子所获得的 能量还不够使它逃逸出来时，则原子核由低能级 跃迁到高能级而处于激发状态。 • 散射：带电粒子穿过物质因受原子核的电场作用 而改变运动方向称为散射。
第十节 核辐射式检测元件
• 核辐射式检测元件是利用被测物质对射线的吸收、 散射、反射或射线对被测物质的电离作用而工作 的； • 检测参数：厚度、物位、密度、成分等参数； • 优点：非接触式测量，适合于腐蚀、高温、剧毒、 爆炸性等恶劣环境 • 核辐射式检测元件的组成：
–放射源 –检测器及转换电路
基本术语
光电倍增管
• 闪烁探测器的最重要部件之一。其组成成份是 光阴极和倍增电极，光阴极的作用是将闪烁体 的光信号转换成电信号，倍增电极则充当一个 放大倍数大于106的放大器; • 倍增极的培增系数与所加电压成正比，所以光 电倍增管的供电电源必须非常稳定，保证倍增 系数的变化最小; • 在没有入射的射线时，光电倍增管自身由于热 发射而产生的电子倍增称为暗电流。用光电倍 增管探测低能核辐射时，必须减小暗电流。保 持测量空间环境内较低的室温，是减小光电倍 增管暗电流的有效方法。
电离曲线
β射线的多电极电离室
1、2—端子；
3、4—圆柱电极；
5、6－圆柱电极
2.闪烁计数器
•射线进入闪烁体时，使闪烁体的原子被电离和激发， 受激原子退激时会发光； •光透过闪烁体射到光电倍增管的阴极上，经过光电 倍增管的倍增，在其阳极上形成电流脉冲； •最后通过输出电路进行显示、分析。
探测原理
闪烁体
• 闪烁体是一类能吸收能量，并能在大约一微秒 或更短的时间内把所吸收的一部分能量以光的 形式再发射出来的物质。 • 闪烁体分为无机闪烁体和有机闪烁体两大类， 闪烁体必需具备的性能是：对自身发射的光子 应是高度透明的。 • 常用的几种闪烁体是：⑴无机晶体，主要是含 杂质或不含杂质的碱金属碘化物；⑵有机晶体， 都是未取代的或取代的芳香碳氢化合物；⑶液 态的有机溶液，即液体闪烁体；⑷塑料溶液中 的有机溶液，即固溶闪烁体。
1 E mv 2 h A 2
γ射线通过物质时强度衰减
I I 0e
x
• 为物质对射线的吸收系数。 • 吸收系数随吸收物质的材料和γ射线的能量 而改变，它是三种效应的综合结果 • • 式中为 光电吸收系数；为康普顿吸收系数； 为电子对生成吸收系数。
核辐射式检测元件的误差
• 1. 辐射源强度误差 在时间t内，强度衰减为 I I 0 I ，所以由 辐射源本身核衰变引起的相对误差为
I r 1 e t I
放射性同位素的要求
• 半衰期长 • 发射出的粒子流或射线要达到一定能量
2. 核衰变的统计特性引起的误差
• 由于核衰变产生的粒子数是随机的，它服 从于统计规律，检测器测量到的粒子数的 相对误差可按下式计算