南华大学船山学院毕业设计(论文)
题目基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟专业名称核工程与核技术
指导教师廖伶元
指导教师职称讲师
班级核技01班
学号20109530164
学生姓名张健新
2014年 5 月 16 日
南华大学船山学院
毕业设计（论文）任务书
专业：核工程与核技术
题目：基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟起止时间：2013.12.20-2014.5.25
学生姓名：张健新
班级：核技01班
指导老师：廖伶元
系/室主任：王振华
2013 年 12 月 20 日
论文(设计) 内容及要求：
一、毕业设计（论文）原始依据
MCNP程序能运用蒙特卡罗方法模拟计算三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子/光子/电子输运问题，我们通过MCNP对高纯锗探测器进行建模模拟，并对所模拟的高纯锗探测器的探测效率进行模拟计算并与实际实验数据相比较。
二、毕业设计（论文）主要内容
1、介绍γ射线及其探测方法的基本理论
2、对半导体探测器的基本工作原理进行介绍，重点介绍高纯锗探测器的工作原理
3、运用MCNP对厂家给出数据进行对高纯锗探测器进行建模，模拟出其探测效率，并与实验得出探测效率相比较
4、数据分析，得出结论；
三、毕业设计（论文）基本要求
1、根据设计任务书设计内容，作出设计进度安排，写出开题报告；
2、撰写毕业设计（论文），篇幅不少于1.5万字，图表数据完整；
3、收集查找资料，参考资料不少于六本；
4、按毕业设计（论文）规范要求，打印装订成册两本；
四、毕业设计（论文）进度安排
1、2014年1月到2014年3月搜集，阅读文献。
2、2014年4月学习使用MCNP并进行模拟
3、2014年5月完成论文
五、主要参考文献
[1] 凌球郭兰英编著.核辐射探测[M].北京:原子能出版社,2002
[2] 张虎,罗降,张全虎,何彬. 核探测器的发展和现状[A]. 第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（1）[C]. 2008
[3] 张建芳 . 高纯锗探测器探测效率的MCNP模拟[A]. 2009
指导老师：
年月日
南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟设计（论文）题目来源其它
设计（论文）题目类型软件仿真起止时间2013年12月-2014年5月
一、设计（论文）依据及研究意义：
MCNP程序能运用蒙特卡罗方法模拟计算三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子/光子/电子输运问题。高纯锗探测器具有能量分辨率大，探测效率高，制作周期较短等特点，并且克服了传统半导体探测器必须在低温下工作这一致命缺陷，因此高纯锗探测器具有良好的发展前景。本论文致力于通过MCNP 对高纯锗探测器进行建模模拟，并对所模拟的高纯锗探测器的探测效率进行模拟计算并与实际实验数据相比较，证明MCNP程序仿真能为现实实验提供科学的参考，甚至在一定程度下能代替现实实验，推动科学实验的发展
二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）
1、主要研究内容：
1、学习研究γ射线及其探测方法的基本理论
2、对半导体探测器的基本工作原理进行介绍，重点介绍高纯锗探测器的工作原理
3、运用MCNP对厂家给出数据进行对高纯锗探测器进行建模，模拟出其探测效率，并与实验得出探测效率相比较
4、数据分析，得出结论；
2、预期目标：
12月20日-1月15日收集相关资料，学习γ射线、半导体探测器方面相关知识
2月15日-3月15日翻阅文献，对高纯锗探测器及探测效率进行深入学习3月15日-4月15日收集相关资料，学习并掌握使用MCNP,并对高纯锗探测器进行MCNP模拟，得出数据
4月12日-5月25日完成报告。
三、设计（论文）的研究重点及难点：
重点：1、学习高纯锗探测器的基本原理
2、外国所生产的高纯锗探测器的尺寸数据的获得；
3、运用MCNP对所得的数据进行建模，并运行所编写程序，得出与相关数据
四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：
1、研究方法：
通过阅读相关文件与运用MCNP进行程序仿真相结合的方法，研究问题。
2、步骤：
12月20日-1月10日收集资料，完成开题报告；
3 月1日-3 月5日完成题纲；
3月6日-4月15日参考资料，完成论文框架；
4月16日-5月5日完成论文初稿；
5月6日-5月25日完成论文定稿、装订。
五、进行设计（论文）所需条件：
1、参考资料：
[1] 凌球郭兰英编著.核辐射探测[M].北京:原子能出版社,2002
[2] 张虎,罗降,张全虎,何彬. 核探测器的发展和现状[A]. 第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（1）[C]. 2008
[3] 朱传新,陈渊,郭海萍,牟云峰,王新华,安力. 高纯锗探测器探测效率研究[J]. 核电子学与探测技术. 2006(02)
[4] 张建芳 . 高纯锗探测器探测效率的MCNP模拟[A]. 2009
2、通过维普网、中国知网等文献库获取资料。
六、指导教师意见：
签名：年月日
基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟
摘要：本文从最基本的开始，先对γ射线及其探测方法的基本理论进行了简单的介绍，然后对各种探测器包括闪烁探测器、气体探测器、半导体探测器的产生、发展过程进行了简单的介绍并对半导体探测器的基本工作原理进行了探讨。接下来对本文需要重点研究的高纯锗探测器进行了原理讲解和对ORTEC公司所生产的P型单端同轴型高纯锗探测器的结构材料尺寸数据进行整理，最后对MCNP基础和其程序运行原理进行介绍。这些种种的理论介绍都为我们后面所进行的模拟提供依据。接下来通过厂家给出的结构材料尺寸数据进行运用MCNP对高纯锗探测器进行模拟，并运用源峰探测效率对我们需要研究的探测效率进行计算。通过模拟得出数据后通过对数据的分析整理，得出结论但同时也存在误差，文章最后还对误差进行了分析和提出了自己的假设。
关键词：高纯锗探测器；探测效率；MCNP模拟
The MCNP Simulation of HPGe Detector Efficiency
Abstract：In this paper, starting from the most basic, the first basic theory of gamma rays and its detection method is introduced. And then in this paper introduces the production and development process of the detector and introduces the basic principle of semiconductor detector. This paper mainly introduces the basic principle of the high parity germanium detectors and sorts out the data of the ORTEC company’s P-type coaxial HPGe detector. Finally, introduced the foundation of MCNP and this program principle. The introduction of these theories provide a basis for the next simulation. Then through the structure and size of material’s data from the manufacturers to uses are the MCNP to simulate the HPGe detector. Then Using the source peak detection efficiency to calculate the detection efficiency what our need. We reached the conclusion through the collation of data and find the mistake. Finally, the errors are analyzed and we put forward some hypothesis.
Key words：high parity germanium detectors；detection efficiency ；MCNP simulation
目录
1 研究的背景及其基本概述 (1)
1.1研究的背景与意义 (1)
1.2如今的研究现状 (2)
1.3.本研究工作的任务和目标 (2)
2 γ射线的探测原理 (4)
2.1光电效应(Photoelectric effect) (4)
2.2康普顿散射（Compton scattering） (5)
2.3电子对效应（Electronpaireffect） (6)
3 高纯锗探测器的基本原理 (7)
3.1半导体探测器的基本原理 (7)
3.2高纯锗探测器的基本原理 (9)
3.3探测效率的意义 (10)
4 MCNP的基础 (12)
4.1MCNP的基础 (12)
4.2 MCNP的程序结构运行 (12)
5 高纯锗探测器的MCNP模型建立与探测效率的模拟 (14)
5.1MCNP模型的建立 (14)
5.2 MCNP模型建立与计算 (15)
5.3输入文件inp的编写与分析 (16)
6 数据的处理与分析 (20)
6.1数据的处理 (20)
6.2数据的分析和问题的假设 (23)
7 结论 (25)
参考文献 (26)
致谢 (27)
附录一 (28)
MCNP程序能运用蒙特卡罗方法对三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子、电子光子等输运问题进行模拟计算。高纯锗探测器具有能量分辨率大，探测效率高，制作周期较短等特点，并且克服了传统的半导体探测器必须在低温下工作这一致命缺陷，使高纯锗探测器的适用范围广度得到了很大的提高，因此高纯锗探测器具有良好的发展前景。本论文致力于通过MCNP对高纯锗探测器进行建模模拟，并对所模拟的高纯锗探测器的探测效率进行模拟计算，得出其探测效率并与实际实验数据所求的探测效率相比较，得出结论。通过结论证明高纯锗的探测效率能通过MCNP进行求解，从而进一步证明MCNP程序仿真能为现实实验提供科学的参考，甚至在一定程度下能代替现实实验，推动科学实验的发展。
1 研究的背景及其基本概述
1.1研究的背景与意义
半导体探测器是上个世纪60年代发展迅速起来的一种新型的核辐射探测器，半导体探测器的探测介质也就是其探测灵敏区域为半导体材料，尽管其采用了更加先进的新型半导体探测介质，但是半导体探测器的基本工作原理与闪烁探测器和气体探测器基本相同。[1]
时间在推移，半导体探测器在时间的长河中快速的研制与发展，先后研制出PN结型半导体探测、锂漂移型半导体探测器、高纯锗探测器、化合物半导体探测器和特殊类型半导体探测器等等。[2]基于半导体探测器的特殊探测介质和其与其他探测器工作原理的不尽相同，半导体探测器比闪烁探测器和气体电离探测器的能量分辨率都高得多。半导体探测器与闪烁探测器和气体探测器有所不同，半导体探测器中的探测灵敏区为半导体，并且一般定义为理想的半导体，所谓的理想的半导体，就是不含其他杂质的半导体，可是，根据现今的科学技术水平，得出理想的半导体暂时是比较困难的，因此为了提高半导体探测器的探测效率等技术指标，必须对其探测介质及其中半岛体进行晶体的进一步提纯和对杂质进行处理。同时，早期的半导体探测器还存在着工作条件苛刻、生产制作周期过长等不可忽略的缺陷，这些缺陷在一定程度上制约了半导体探测器的发展，因此，我们迫切发展和研究一种新型的半导体材料探测器，这种探测器要保留着传统探测器的能量分辨率高的优点意外，还要对生产周期过长、需要低温保存等缺陷进行克服改
进。在这个背景下，通过科学的研究高纯锗（HPGe）探测器诞生了。
1.2如今的研究现状
半导体探测器中因为两极间加有反向的偏置电压，因而在半导体中产生了场强。当带电粒子或者其他核辐射进入到探测介质后，它们的能量有所亏损，进而形成电子-空穴对。这些产生的电子空穴对在反向偏压产生的电场的作用下，分别漂移向半导体两端的电极，收集电极上就会感应出电荷，经过外电路的放大器的处理下，产生电压脉冲，这就是半导体探测器的基本工作原理。γ射线具有穿透力强这一特性，对γ射线进行探测时要求探测器有更宽大的探测灵敏区。PehI的研究证实了锂离子的漂移，为研究制造更高的探测分辨率的Ge（Li）探测器提供了理论依据。但是，这种探测器存在着需要在液氮低温下工作才能对γ射线和X射线进行探测这一缺陷。后来HPGe探测器的诞生，因为它可以液氮低温和室温之间反复循环、在室温中保存和运输，所以HPGe探测器取代了传统的Ge（Li）探测器。同时，HPGe探测器还有工艺简单，制造周期短，耐中子辐射损伤等这些优点，因此，HPGe探测器得到了很快的发展和更加广泛的应用。[3]高纯锗探测器适用范围广，在高能物理、天体物理、安全检测、核医学、工业和军事等各个领域都有着广泛的利用。过去的几十年间，有许多国家的许多实验室都对高纯锗探测器进行了研究。近几年，我国的高纯锗探测器的研究和制作工艺技术也走向成熟，慢慢赶上了世界的先进化水平。我国在新型高纯锗探测器在粒子物理、天体物理领域特别是高纯锗探测器在暗物质直接探测、双β衰变等极地本底的重要基础前缘研究方面的应用都取得了很大的成果。我国就在最近建成了世界最深的垂直岩石覆盖的中国锦屏地下实验室，并且在这地下实验室进行了一系列的相关地下实验。
近日我国自主研制的最新型高纯锗探测器谱仪在我国第十三届核工业展览会上成功面世。这一探测器谱仪的成功面世标志这我国在这一方向研究领域的研究获得新的突破，将改变我国在高端核测量仪器的生产制作方面长期依赖国外公司的局面。同时，就算我们能在外国高纯锗探测器方面买来产品，但是外国对其生产技术和参数都会有所保留，因此该产品的研制成功，将是对我国高性能高纯锗探测器的研究发展产生巨大的贡献。
1.3.本研究工作的任务和目标
高纯锗探测器主要对γ射线和X射线进行探测与测量，高纯锗探测器具有探测效率高、能量分辨率高和探测射线范围较广等特点，在各个实际领域中都得到较广泛的利用。
我们对一个高纯锗探测器的好与坏进行衡量，高纯锗探测器的探测效率是一个极为重要的技术指标。探测效率是指在一定的条件下，探测器所探测到的辐射粒子数与在这一时间段内放射源所发射的辐射粒子数之比。探测效率反映了辐射源发出的粒子被探测器探测到的几率，关系到探测器的物理探测的结果的准确程度，所以一个探测器的探测效率关系到一个探测器的好坏，具有很大的研究意义。
通常来说，我们要对一个探测器的探测效率进行研究，会通过现实实验从而得到其全能峰效率的。但是在现实实验的过程中，难免会有一些现场干预因素而产生误差。所以在实验中得出的数据后，我们还需要进行后期数据处理和误差排除处理理论计算，这无疑是一项非常复杂和繁琐的工作。同时在经过后处理的数据也难免有一些无法排除的误差，无法精确求解。因此，我们可以通过蒙特卡罗的方法和采取一些实验建模的方法进行模拟计算，再与实验得出的数据进行分析和比较，同时根据科学的理论判断运用这个模拟方法在进行探测器的探测效率的计算是否可行，并对存在于两者之间的误差进行分析讨论研究。通过这样的计算机实验建模的方法，能够对现实实验中那些不稳定的干扰因素和不可避免的干扰因素进行了排除，使实验在理想的工况下进行，从而得出的数据更加准确，更加具有科学性。在模拟过程中，我们还能对一些现场条件不允许的条件进行模拟，对实验的危险性进行了规避，降低了实验的风险，推动了科学实验的发展。
在本项研究当中，运用MCNP的建模模拟，对高纯锗探测器的探测效率进行模拟。模拟当中，按照探测器生产厂家给出的探测器尺寸和材料数据转变为MCNP的输入文件并通过MCNP进行建模，并且使研究探测器探测效率时的所实验的实验环境和实验条件尽可能地在MCNP中得到重现。在本研究中，先在现实实验中用高纯锗探测器对距离探测器探测窗15cm的标准γ放射源进行探测，得出其全能峰谱图，求出峰面积，并计算出源峰的探测效率。然后，运用MCNP进行建模，在相同的条件下进行模拟，同样测出源峰探测效率，画出能谱图，计算源峰探测效率。最后把这两种探测方法所得出的探测效率进行比较分析，得出结论。
2 γ射线的探测原理
在各种核跃迁中，从原子核中发出的各种核辐射，包括α辐射、β辐射、γ辐射和中子辐射等都统称为核辐射。其中，γ辐射和X 辐射都是电磁辐射，γ辐射是核跃迁或者粒子湮没过程中发出的电磁辐射。它们通常被称为光子，具有明显的粒子性。通常应用的γ射线是由γ放射源而产生的，γ辐射大多数都是母体进行了α或者β衰变后，原子核仍然处于较高的激发态，然后这些较高激发态的原子核不能长期为此高激发态而退激到较低态或者基态时发出的。X 射线其根本属性为电磁辐射，这些电磁辐射是由原子核核外电子从较高的能级跃迁到低能级是产生的，这些产生的电磁辐射就叫特征X 射线。γ辐射和X 辐射都通常被称为光子，根据电动-量子力学知识，光子的能量为：
(2-1)
在使用探测器对γ射线和X 射线进行探测时，因为γ射线和X 射线自身的特殊性从而γ射线和X 射线不能跟物质发生直接的电离和激发效应，所以γ射线和X 射线不能像带电粒子那样被直接探测到。为了使γ射线和X 射线能被探测到，我们需要使他们所发生光电效应、康普顿散射、电子对的产生而产生次级电子，通过这些次级电子与物质进行电离或激发效应，从而使γ射线和X 射线被探测到。[4]
2.1光电效应(Photoelectric effect)
当光子通过物质时，光子跟物质发生相互作用，光子被原子吸收后而发射出轨道电
子的现象，就叫光电效应。光电效应是由德国物理学家赫兹在1887年所发现，后来经物理学家爱因斯坦进行正确解释。光电效应的示意图如下图：
图2.1 光电效应的示意图
hv E
根据光子能量的公式，光子的能量只与光子的频率有关，并成正比。当物体发生光电效应时，光子进入到物体内，物体的自由电子吸收了一个光子的能量，如果光子的能量大于或者等于这一物体的相关能量的阈值（称为逸出功），则这自由电子就有了一定的能量，从而从物质中逃脱逸出，称为光电子。如果光电子的能量比逸出功小，自由电子无法逃逸，电子会把从光子中吸收的能量重新给会光子，电子能量回到吸收光子能量前，电子不逸出。电子会吸收光子的能量，但在吸收的过程中遵循一个非全有即全无的判据，即光子的能量全部被电子吸收用来进行逸出，如果电子吸收的能量能克服的逸出功，则大于剩下的能量将成为光电子射出后电子的动能，所以根据能量守恒定律，得到光电子的能量为：
e i E hv B =- （i=K,，L ，M ，…） (2-2)
式子中B i 为第i 壳层的电子的结合能，其数值可按以下公式进行计算
对于K 层 2
(1)K B hcR z ∞=-
对于L 层 21
(5)4L B hcR z ∞=
- (2-3) 对于M 层 21
(13)9
M B hcR z ∞=-
2.2康普顿散射（Compton scattering ） 入射γ
光子的能量hv 接近或者超过m e c 2时，γ光子与轨道电子相碰，γ光子被电
子所散射，使其的运动方向发生改变，并且损失能量，电子获得能量从而从原子中飞出去，这就叫康普顿散射。从原子中获得能量而飞出去的电子风味康普顿电子。康普顿散 射示意图如下图：
图2.2 康普顿散射示意
康普顿散射发生概率最大是在束缚力较小的外层电子，这些外层电子的结合能与γ光子的能量hv 相比之下远小得多，可以忽略，因此可以认为这些电子为“自由电子”。同时，这些电子外轨道上的运动速度远小于光速，因此康布顿散射可以近似看作γ光子与静止的“自由电子”之间发生弹性碰撞，利用动量能量守恒定律，可以得到康普顿散射所涉及的方程：
(2-4)
式中/,v c v β=为反冲电子速度，21/2(1)γβ-=-。
2.3电子对效应（Electronpaireffect ）
当入射的γ光子能量足够大时（大于1.02MeV ）, γ光子经过与其相互作用的物质
的原子核的附近时，在核库伦场的作用下，与原子核发生电磁相互作用，γ光子消失从而产生一个电子和一个正电子（称为电子对），这种过程就叫电子对效应。
根据能量守恒和动量守恒定律，γ光子与原子核发生电子对效应时，因为原子核的质量相对来说很大，所以反冲能量很小，可以忽略。因此入射光子的能量的一部分转化为电子和正电子的静止质量能（2 m e c 2=1.02MeV ）外，其余就转化为电子的动能[5]，即
(2-5) 其中，电子之间的动能是任意分配的，它的动能从0到（hv-2 m e c 2）之间都是有可能的。
22e e e hv E E m c -=++
3 高纯锗探测器的基本原理
3.1半导体探测器的基本原理
半导体探测器是上个世纪60年代发展迅速起来的一种新型的核辐射探测器，半导体探测器的探测介质也就是其探测灵敏区域为半导体材料。一般的物质根据导电性能来分，可以分为绝缘体、半导体、导体。半导体的存在形式一般是以晶体形式存在的，而如今一般把晶体分为单晶体和多晶体。单晶体是指晶体中的原子都是按照一定的规律整整齐齐地紧密排列起来的，而多晶体跟单晶体不一样，多晶体是由一些小晶体没有规律地堆放在一起形成的，半导体探测器中的灵敏区域所用的半导体一般是采用单晶体。
在孤立的原子中，电子只能存在于固定的能级中，能级与能级间不能存在电子，称为禁带。而在单晶体中，原子与原子之间因为规律整齐地紧挨着排列，原子与原子互相之间存在电磁力的作用，所以相应于孤立原子之间的能级就能分裂成许多十分靠近的新能级。由于晶体内原子数目非常多，它们之间也是紧紧挨着排列着，所以这些分裂的能级也是紧紧挨着，可以看作是连续的，这些连续的能级形成一个能带。上面所说的禁带，就是电子不能存在的地方，而禁带的宽窄，对物体的导电性有着直接的影响。由于导体之间不存在禁带，所以电子能自由移动，导电性能良好，绝缘体的禁带最宽，导电性能最差。而半导体的禁带相对来说比较窄，所以其导电性跟导体相比下较差，跟绝缘体相比较好。用于半导体探测器中的半导体材料的性能如下表:
材料原子
序数
介
电
常
数
密度
(g/cm3)
禁带
宽度
（ev）
平均
电离能
（ev）
少数载流
子
寿命
（us）
俘获
长度
（mm）
迁移率
电子空穴
Ge 32 15.7 5.33 0.665（300k）
0.74（77K）2.80（300K）
2.96（77K）
1031033900 1900
Si 14 11.7 2.33 1.16(77K)
1.12(300K) 3.76（300K）
3.62（77K）
1031031350 480
CdTe 48,52 1.45 4.46 6 1 1000 100 GaAs 31,33 12.5 5.30 1.45 4.35 0.1 1 8500 1000 HgI280,53 8.8 3.20 2.13 4.3 25 1 100 4
不含任何杂质的理想的半导体在没有外界的作用下，由于热激发作用下，导带中会产生电子而满带中会产生空穴，其中所产生的电子的数目严格等于所产生的空穴的数目，这样子的半导体称为本征半导体。当半导体受到外界的作用时，如加热，光照，辐射等作用下，满带中的电子就会获得能量从满带激发穿越禁带到达导带，这些电子就跟自由电子一样，可以参与导电，这样就称为电子型导电。因为满带中的电子受到了激发进入了导带，满带中失去电子留下了空穴，这些空穴又很容易被相邻的电子所占据，电子的失去代表着又一个新的空穴的产生，这样子的效应一个接着一个发生在原子当中，产生的空穴就好像在移动，这样子空穴的移动也是电荷的定向移动，这就是所谓的空穴型导电。电子与空穴都被称为载流子，仅仅由热激发产生的载流子被称为本征载流子。
因为在本证半导体中电子与空穴的数量不多，这导致了本征半导体的导电性能较差，即使在受到一些外界作用因数下也不能算强，这样子的半导体不能很好地适用于我们的半导体探测中。因此我们为了使半导体的导电性能增加，会在半导体当中加入一定量的三价或者五价杂质，从而产生电子型半导体（N型半导体）或者空穴型半导体（P型半导体）。就是因为这些少量的杂质的加入，使半导体的导电性能得到本质性的改变，使其导电性能得到大幅的增加。通常来说，P型半导体所加入的杂质为五价的磷，而N型半导体加入的杂质为三价的硼。半导体中所加入五价的磷，会为半导体的导电贡献电子，这些杂质称之为“施主杂质”，而半导体当中加入三价的硼，硼会接受满带的电子而留下空穴，这些杂质称之为“受主杂质”。对于这些加入了杂质的半导体，除了本征的电子-空穴对外，还有施主杂质提供的电子和受主杂质提供的空穴，因此，电子与空穴之间的浓度不再相等，而且相差很大。虽然这些加入的杂质的含量不高，但是它的能隙很小，也就是说只需很小的能量就可以产生大量的电子和空穴，也就是说杂质所提供的载流子远远多于本征载流子，所以半导体的导电能力得到了大幅度的加强。
有了以上的这些基础知识，这就对下面的半导体探测器的基本工作原理的介绍，提供了很大的理论方便依据了。半导体探测器的工作原理类似于一般的气体电离室探测器。但是由于半导体探测器的灵敏区不是气体探测器的气体，而是掺入了一定杂质的半导体，根据半导体的粒子排列比气体的粒子排列紧密得多，也就是当辐射粒子进入到半导体介质中，遇到半导体粒子的几率比在气体中遇到气体粒子的几率大得多，所以与辐射粒子相互作用的几率也大大增加。在气体中，通过30eV的平均电离能才能产生一个电子-空穴对，而在半导体中就仅仅只需消耗3ev的能量就能产生一个电子-空穴对，相
比之下，半导体中产生一个电子空穴对所用的能量比气体中产生一个电子空穴对所用的能量少了一个数量级，这也是半导体探测器的能量分辨率能够远远大于气体探测器的其中基本原理了。同时，如果一辐射例子的能量为E ，其能量完全损失在半导体探测器的探测介质内，所产生的电子空穴对数目为：
(3-1) 半导体探测器在工作时，还需要在探测器外加一电压，电压的方向使半导体探测器得到反向偏置，所以这电压也叫反向偏压。加入了反向偏压，半导体当中就存在了一定量的电场。当没有辐射粒子进入探测介质并与其作用时，由于电阻较大，漏电流很小。但是当需被探测的辐射粒子进入到探测器的灵敏区时，辐射粒子与探测器中的探测介质发生相互作用，辐射粒子的能量发生亏损，介质内就形成电子-空穴对，在外电场的作用下，电子和空穴分别向两电极发生漂移运动，从而在电极上面产生感应电荷，电荷在电容C 的作用下形成电压脉冲，也就是探测器所探测到辐射粒子从而产生输出信号了。这就是半导体探测器的基本工作原理。
当然，半导体探测器的能进行正常工作也是必须满足一定的条件的，要使探测器正常工作，必须满足一下几个条件的：①探测介质本身必须有较高的电阻率，因为这样子在没有外界探测粒子进入探测介质并外加反向偏压，在强电场的作用下，漏电流比较小。当有辐射粒子进入探测介质中并与其发生相互作用后，产生的电流与漏电流相差较大，这就增大了探测器的探测灵敏度②探测介质必须有足够长的载流子漂移长度，以便载流子能成功通过灵敏区达到电极产生感应电荷而不会在期间发生复合与俘获。
3.2高纯锗探测器的基本原理
高纯锗探测器，也称之为HPGe 探测器，它能对γ射线和X 射线进行探测。HPGe 探测器跟一般的半导体探测器的工作原理基本相同，简单来说，当带电粒子或者其他核辐射进入到探测介质后，它们的能量有所亏损，进而形成电子-空穴对。这些产生的电子空穴对在反向偏压产生的电场的作用下，分别漂移向半导体两端的电极，产生感应电荷。这些感应电荷通过外电路的处理形成电压脉冲，这些电压脉冲的输出也就是其输出信号了[6] 。HPGe 探测器就相当于加了反向偏压的巨大二极管，HPGe 探测器的等效电路图如下图：
W E N /
图3.1 HPGe探测器的等效电路图
HPGe探测器根据探测介质的不同可以分为P型和N型，而根据结构特点的不同又可以分为平面型、双端同轴和单端同轴。平面型的高纯锗探测器一般能对中高能的带电粒子和300～600KeV的X射线和低能γ射线进行探测，因为平面型探测器的灵敏区的厚度为1mm～5mm之间，所以对γ射线的探测，就不够了。因此，经过研究，制作成了同轴型的高纯锗探测器。同轴型的探测器的灵敏区能做到400cm3，就可以对能量低于10MeV 的γ射线进行探测了。又因为单向同轴型能避免前表面漏电这一复杂问题，所以一般的高纯锗探测器生产厂家，大多都是生产P型单向同轴型高纯锗探测器，本文也主要对这种探测器进行模拟和研究。下图为P型单向同轴型探测器的几何形状示意图：
图3.2 P型单向同轴型探测器集合形状示意图
3.3探测效率的意义
一个探测器的好与不好，一般需要根据两个重要的技术参数指标，这两个技术参数指标分别为探测器的能量分辨率和探测器的探测效率。而探测效率，一般来说，对于不同的探测目的有不同的理解。总的来说分为两大类：源的探测效率和本征探测效率。源的探测效率的定义为: [7]
s εγ=
记录的脉冲数
放射源发射的粒子数（或光子数）
(3-2)
从定义来看，源的探测效率为记录数与发射数的比值，也就是说，探测效率受到了γ射线在发射源到探测面之间的路程的一些干预因数的影响，同时，也与探测器的接受面大小，接收面和源点之间的夹角的关系的影响。
通常我们为了保证科学的严谨性，为了更加好地对探测器的性能进行的研究，我们需要本征探测效率。本征探测效率的定义为：
in εγ=
记录的脉冲数
射到探测器灵敏体积的粒子数（或光子数）
(3-3)
从定义看，本征探测效率跟源探测效率比，本征探测效率就不受发射源跟探测器的几何关系影响了，因此，也更有严谨性。
同时，根据探测的记录事件的性质的不同进行分类，探测效率也可以分为总效率和峰探测效率。总效率换而言之就是探测器输出的全部脉冲，但是这常常存在着噪声和干扰，而这些噪声和干扰常常会给我们的实验带来不小的误差，因此我们在测量γ射线的探测效率，我们常常只记录全能峰对应的计数，这样子不但方便了探测，也可以较好地去除在探测期间周围事物所引起的噪声的干扰。峰探测效率也可以分为源峰探测效率和本征峰探测效率，他们的定义分别为：
sp εγ=
全能峰内计数
发射源发射的粒子数
(3-4)
inp εγ=
全能峰内计数
射到探测器灵敏体积的粒子数
(3-5)
我们所研究的高纯锗探测器具有良好的能量分辨率，并且γ射线的全能峰也非常尖锐，十分清晰，也就是说，就算当同时有很多不同组的γ射线射入时，它们的全能峰也能很清晰地分辨，分成独立的一道道，然后峰面积也比较好求，这为我们的探测器探测效率的研究计算提供了巨大的方便，因此，我们在下文的探测器探测效率研究和MCNP 建模模拟时，我们所用的是源峰探测效率。
半导体（高纯锗和Si（Li））探测器拥有精锐的能量分辨率，由其组成的γ和X射线能谱测量技术与产品，不仅是核结构、分子物理、原子碰撞等核物理与核反应研究的重要工具，而且在核电、环境、检验检疫、生物医学、天体物理与化学、地质、法学、考古学、冶金和材料科学等诸多科学与社会领域得到了越来越广泛的应用。 四十多年来，ORTEC 探测器种类不断丰富、性能不断提高，在探测效率上，能提供相对效率200%的P型同轴探测器、175%效率的P型优化（“宽能”）同轴探测器和100%效率的N型探测器。 一、探测器机理与各指标的简要意义 放射性核素产生的γ光子和X射线，其能量一般在keV至MeV范围。由于其不带电荷，通过物质时不能直接使物质产生电离，不能直接被探测到，因此γ和X射线的探测主要依赖于其通过物质时与物质原子相互作用，并将全部或部分光子能量传递给吸收物质中的一个电子。这种相互作用表现出光子的突变性和多样性，在吸收物质中主要产生三种不同类型的相互作用：光电效应、康普顿效应或电子对效应，而产生的次级电子（光电子）再引起物质
的电离和激发，形成电脉冲流，电脉冲的幅度正比于γ和X射线的能量。三种效应中，光电效应中γ光子把全部能量传递给光电子而产生全能峰，是谱仪系统中用于定性定量分析的主要信号；而康普顿效应和电子对效应则会产生干扰，应尽可能予以抑制。 在谱仪中，探测器（包括晶体、高压和前置放大器）实际上是一个光电转换器，将光子的能量转变成幅度与其成正比的电脉冲。然后通过谱仪放大器将该脉冲成形并线性放大，再送入模数变换器即ADC中将输入信号根据其脉冲幅度转变成一组数字信号，并将该数字信号送入多道计算机数据获取系统，由相关软件形成谱图并进行分析。 以下简要阐明所涉及的相关物理概念： 1、相对效率、绝对效率与实际效率 相对探测效率（即标称效率）的定义：按ANSI/IEEE Std. 325-1996定义，Co-60点源置于探测器端面正上方25cm处，对1.33MeV能量峰，半导体探测器与3"×3" NaI探测器计数率的比值，以%表示。绝对效率：Co-60点源置于探测器端面正上方25cm处，1.33MeV 能量峰处所产生的实际探测效率（3"×3"NaI探测器，此绝对效率为0.12%）。实际探测效率：取决于感兴趣核素所在能量峰、探测器的晶体结构、实际样品的形状、体积及探测器与样品间的相对位置关系等因素。 针对低活度样品的测量，通过提高实际探测效率以提高测量灵敏度是选择探测器的出发点。 2、能量分辨率（FWHM）：探测器或系统对不同能量γ和X射线在探测中的分辨能力，通常以半高宽（FWHM，全能峰高度一半处所对应的能量宽度）表示。比如对于1.33MeV 能量峰，按ANSI/IEEE Std. 325-1996定义，Co-60点源置于探测器端面正上方25cm处，在计数率为1kcps时的全能半高宽。由于高纯锗探测器的分辨率本身已经相当精锐，除了在中子活化、超铀元素分析等少数应用中，能量分辨率已不是首要考虑的因素。更加实际的分辨率问题是在高计数率和计数率动态变化（如中子活化、裂变产物、在线监测、现场测量）情况下，如何保证分辨率尽可能的稳定。 3、康普顿效应与峰康比 γ光子与探测器中的半导体原子的电子相互作用时，将部分能量传递给电子，剩余能量的γ光子以一定的角度散射出去，成为康普顿散射。康普顿效应的结果会导致在低能部分的全能峰下方形成康普顿坪，成为相关能量峰的本底或甚至淹没此能量峰。 峰康比：对1.33MeV能量峰，指其全能峰的中心道计数与1.040MeV至1.096MeV区间内康普顿坪的平均道计数之比。 4、峰形 表征全能峰对称性之指标，通常以FTWH（十分之一全高宽）与FWHM（半高宽）之比表示。为严格定义峰形，ORTEC对部分探测器同时提供F.02WH（五十分之一全高宽）与FWHM（半高宽）之比。 二、ORTEC所有同轴探测器全面严格保证能量分辨率、峰康比和峰形指标。 1、ORTEC HPGe与Si（Li）探测器的分类与特点： GEM系列: P型同轴HPGe探测器 GEM Profile系列: P型优化同轴HPGe探测器 同一型号的探测器采用相同的晶体结构和尺寸，从而保证了相当一致的效率曲线； GEM-M系列：专门设计适用于马林杯状样品的测量，探测器端窗直径与晶体有效厚度一致；GEM-F系列：采用扁平结构晶体（直径>长度），对于滤纸、滤膜等薄层样品的测量能获得最理想的实际探测效率； GEM-FX系列：有着-F系列类似的晶体结构，但采用超薄的接触极和碳纤维端窗，能量响应范围10keV至10MeV；还可作为超铀元素测量的理想选择；提供15%，20%和50%三种探测效率选择；
西南科技大学2010-2011-1学期 《核辐射探测学》本科期末考试试卷(B卷) 课程代码 2 4 3 1 4 0 9 8 0 命题单位国防科技学院辐射防护与环境工程教研室 一．填空题（每空2分，共30分） 1.带电粒子的射程是指__________________，重带电粒子的射程与其路程_________。 2.根据Bethe公式，速度相同的质子和氘核入射到靶物质中后，它们的能量损失率之比是 _________ 3.能量为2.5 MeV的γ光子与介质原子发生康普顿散射，反冲电子的能量范围为_________， 反冲角的变化范围是_________。 4.无机闪烁体NaI的发光时间常数是430 ns，则闪烁体被激发后发射其总光子数目90%的光 子所需要的时间是_________。 5.光电倍增管第一打拿极的倍增因子是20，第2~20个打拿极的倍增因子是4，打拿极间电 子传输效率为0.8，则光电倍增管的倍增系数为_________。 6.半导体探测器中，γ射线谱中全能峰的最大计数率同康普顿峰的最大计数率之比叫做____。 7.电离电子在气体中的运动主要包括_________、_________、_________。 8.探测效率是指___________与进入探测器的总的射线个数的比值。 9.若能量为2 keV的质子和能量为4 keV的α粒子将能量全部沉积在G-M计数器的灵敏体积 内，计数器输出信号的幅度之比是_________。 10.当PN结探测率的工作电压升高时，探测器的结电容_________，反向电流_________。 二．名词解释（每题4分，共16分） 1.湮没辐射 2.量子效率 3.电子脉冲电离室 4.分辨时间 三．简答题（每题8分，共32分） 1.电离室的工作机制？屏栅电离室相比一般的平板电离室有什么优点？ 2.有机闪烁体中“移波剂”、无机闪烁体中“激活剂”，他们的作用分别是什么？ 3.简述PIN结探测器的结构和工作原理，和PN结探测器相比它有什么优点？ 4.气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器各有什么优点？用于α粒子探测的主要是哪类探 测器，为什么？ 四．计算题（共22分）
南华大学船山学院毕业设计(论文) 题目基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟专业名称核工程与核技术 指导教师廖伶元 指导教师职称讲师 班级核技01班 学号20109530164 学生姓名张健新 2014年 5 月 16 日
南华大学船山学院 毕业设计（论文）任务书 专业：核工程与核技术 题目：基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟起止时间：2013.12.20-2014.5.25 学生姓名：张健新 班级：核技01班 指导老师：廖伶元 系/室主任：王振华 2013 年 12 月 20 日
论文(设计) 内容及要求： 一、毕业设计（论文）原始依据 MCNP程序能运用蒙特卡罗方法模拟计算三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子/光子/电子输运问题，我们通过MCNP对高纯锗探测器进行建模模拟，并对所模拟的高纯锗探测器的探测效率进行模拟计算并与实际实验数据相比较。 二、毕业设计（论文）主要内容 1、介绍γ射线及其探测方法的基本理论 2、对半导体探测器的基本工作原理进行介绍，重点介绍高纯锗探测器的工作原理 3、运用MCNP对厂家给出数据进行对高纯锗探测器进行建模，模拟出其探测效率，并与实验得出探测效率相比较 4、数据分析，得出结论； 三、毕业设计（论文）基本要求 1、根据设计任务书设计内容，作出设计进度安排，写出开题报告； 2、撰写毕业设计（论文），篇幅不少于1.5万字，图表数据完整； 3、收集查找资料，参考资料不少于六本； 4、按毕业设计（论文）规范要求，打印装订成册两本； 四、毕业设计（论文）进度安排 1、2014年1月到2014年3月搜集，阅读文献。 2、2014年4月学习使用MCNP并进行模拟 3、2014年5月完成论文 五、主要参考文献 [1] 凌球郭兰英编著.核辐射探测[M].北京:原子能出版社,2002 [2] 张虎,罗降,张全虎,何彬. 核探测器的发展和现状[A]. 第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（1）[C]. 2008 [3] 张建芳 . 高纯锗探测器探测效率的MCNP模拟[A]. 2009 指导老师： 年月日
金属和矿产— 有色金属A
公司背景 云南临沧鑫圆锗业股份有限公司（云南锗业）是我国锗行业龙头企业之一，公司业务覆盖锗矿开采冶炼，以及下游锗系列产品深加工。 公司上游锗矿资源量处于全国龙头和全球领先地位。公司目前拥有2座含锗褐煤矿山和3处探矿权（其中一处探矿权尚在申请中），锗金属保有储量近689.5吨，占全国上表储量的19.7%。此外公司正积极着手整合公司主要锗矿基地——临沧当地另3处锗矿。 公司长期以来重视对产业链下游——锗深加工领域的持续投入，并在技术和人员这两方面取得了深厚的积累，目前公司已位居我国锗产业链最为完整的企业之一。2010年公司通过IPO方式积极募集资金投入处于锗产业链价值顶端的红外光学锗镜头和高效太阳能电池用锗单晶项目。2010年11月底，公司积极盘活超募资金，联合光纤龙头企业建设光纤四氯化锗项目，力争巩固公司锗深加工多领域领先优势。 当前公司利润主要来自于区熔锗锭等传统锗初级产品（区熔锗锭和二氧化锗）。公司现有金属锗初级产品年产能39吨，此外大寨矿区尚有年产能8.6吨金属锗扩建工程正在按期建设中。2010年上半年公司区熔锗锭营收占比为63.8%，毛利占比为66.3%。 公司控股股东东兴集团直接和间接共持有45.85%的公司股权。公司实际控制人为包文龙。
图表2.公司股权和主要控股公司结构图 图表3. 2010年上半年销售收入构成图表4. 2010年上半年毛利润构成 红外锗单晶 加工 锗镜片 高纯二氧化 10.1% 11.4% 锗 9.8% 66.3% 红外锗单晶 资料来源：公司数据资料来源：公司数据
锗是我国具有资源禀赋优势的战略稀贵金属 锗是一种全球储量极为稀少的稀贵金属。锗普遍伴生于赤铁矿、铅锌矿和煤矿。此外在一定条件下锗还可以超常富集，形成独立的矿床。 全世界已上储量表的锗保有储量约为8,600金属吨，基本为铅锌伴生，而褐煤中锗储量基本未上储量表。我国已探明锗矿产地约35处，上储量表的保有储量3,500金属吨（褐煤含锗均未上表），占全球上表保有储量的40.70%，而远景储量更高达约9,600金属吨。 与稀土相似，我国锗提纯加工产量位居全球首位。根据USGS 数据，2009年我国锗金属加工量高达100吨，全球占比高达71.43%。 我国目前已探明锗主要分布在全国12个地区，其中广东、云南、内蒙、吉林、山西、广西和贵州等地区储量较多，约占全国锗总上表储量的96%。 云南省锗资源中已上储量表的有12处，保有储量为1,182金属吨，占全国上表储量的33.77%。除铅锌伴生锗以外，更加吸引我们注意的是云南省目前所掌握褐煤中锗的资源储量已超过其铅锌伴生锗资源储量总数，褐煤中伴生锗资源远景储量可达2,000-3,000金属吨。 锗的化合物广泛应用于光纤通信、红外光学、太阳能电池以及PET催化剂等领域。在通信“光进铜退”、红外光学加速民用化以及太阳能新能源产业蓬勃发展的推动下，我们相信锗的下游应用领域拥有极为诱人的发展潜力。综合锗资源的稀缺性和下游旺盛需求，我们认为锗的战略资源地位将愈发凸显。
核技术 核探测复习材料 一、简答题： 1．γ射线与物质发生相互作用有哪几种方式？（ 5分） 答：γ射线与物质发生相互作用（1）光电效应 （2）康普顿效应（得2分）（3）电子对效应（得2分） 2．典型的气体探测器有哪几种？各自输出的最大脉冲幅度有何特点，试用公式表示。（5分） 答：典型的气体探测器有（1）电离室（得1分）（2）正比计数管（得1分）（3）G-M 计数管（得1分） 脉冲幅度：（1）电离室：C e w E v = （得1分）（2）正比计数管：C e w E M v ?= （得0.5分）（3）G-M 计数管 最大脉冲幅度一样（得0.5分） 3．简述闪烁体探测器探测γ射线的基本原理。（5分） 答：γ射线的基本原理通过光电效应 、 康普顿效应和电子对效应产生次级电子（得1分），次级电子是使闪烁体激发（得1分），闪烁体退激发出荧光（得1分），荧光光子达到光电倍增管光阴极通过光电效应产生光电子（得1分），光电子通过光电倍增管各倍增极倍增最后全部被阳极收集到（得1分），这就是烁体探测器探测γ射线的基本原理。 注：按步骤给分。 4．常用半导体探测器分为哪几类？半导体探测器典型优点是什么？（5分） 答：常用半导体探测器分为(1) P-N 结型半导体探测器（1分）(2) 锂漂移型半导体探测器；（1分）(3) 高纯锗半导体探测器；（1分） 半导体探测器典型优点是(1) 能量分辨率最佳；（1分）(2)射线探测效率较高，可与闪烁探测器相比。（1分） 5．屏蔽β射线时为什么不宜选用重材料？（5分） 答：β射线与物质相互作用损失能量除了要考虑电离损失，还要考虑辐射损失（1分），辐 射能量损失率 2 22NZ m E z dx dE S rad rad ∝??? ??-= 与物质的原子Z 2成正比（2分），选用重材料 后，辐射能量损失率必然变大，产生更加难以防护的x 射线（2分）。故不宜选用重材料。 注：按步骤给分。 6．中子按能量可分为哪几类？中子与物质发生相互作用有哪几种方式。（5分） 答案要点：第1问：快中子、热中子、超热中子、慢中子 答对3个以上得1分 第2问：中子的弹性和非弹性散射（1分）、中子的辐射俘获（1分）、中子核反应（1分）、中子裂变反应（1分） 二、证明题：（共10分） 1． （5分）试证明γ光子只有在原子核或电子附近，即存在第三者的情况下才能发生电 子对效应，而在真空中是不可能的。 答： 答：对γ光子能量 νγh E =；（1分）动量c h P ν γ=。（1分） 由能量守恒，有
四、实验装置 高纯锗探测器×1；高压电源×1；电脑（数据处理系统）×1；放射源152Eu（已知活度A=2.75×104Bq)；放射源241Am（未知活度） 五、实验步骤 1、高纯锗探测器的效率曲线图 利用已知活度的放射源152Eu测量高纯锗探测器的效率曲线图： （1）将放射源152Eu置于高纯锗探测器中间，关闭好铅室门，在探测系统中点击“Acquire”，找到“MCB Properties”项，设置工作高压为2000V，测量时间Live time为600.00s（即10min），点击开始测量 （2）找出放射源152Eu各个能量谱线的峰值和对应的分支比。 （3）待测量系统显示测量时间Live time达到设置值，找出放射源152Eu各个能量谱线的峰值对应的全吸收峰净面积S并记录。 （4）根据c=S/ ε η t ，单位：(Bq?s-1) 计算出每个能量谱线的峰值所对应的探测效率ε，做出探测器探测效率与能量的关系曲线。 2、计算得出放射源241Am的比活度 （1）将放射源241Am置于高纯锗探测器中间，关闭好铅室门，探测器参数参见1部分步骤无需更改（测量时间：10min)，点击开始测量。 （2）找出放射源241Am的能量谱线峰值以及相应的分支比。 （3）待测量系统显示测量时间Live time达到设置值，找出放射源241Am能量谱线的峰值对应的全吸收峰净面积S并记录。 （4）根据所测得高纯锗探测器的效率曲线图找到241Am能量谱线的峰值能量对应的探测效率ε，根据c=S/ ε η t ，单位：(Bq?s-1) 计算出放射源241Am的放射性活度A.。 六、实验数据记录及问题分析 1、高纯锗探测器的效率曲线图 表1：放射源152Eu各项参数值 根据上表数据，以能量为横坐标，探测效率为纵坐标，用Excel做出高纯锗探测器的效率曲线图，如图1：
1、核子仪是一种测量装置，它由一个带屏蔽的可发射射线的（）和一个（）组成。放射源辐射探测器 2、核子仪的特点主要有： 不直接接触被检测对象，是一种（）的检测工具。非破坏性 3、核子仪一般由放射源、核辐射探测器、电转换器及二次仪表等组成。其中（）和（）是其核心部件。放射源 核辐射探测器 4、核子仪所用探测器 半导体探测器：主要包括（） A高纯锗探测器 B电离室 C正比计数器 D盖革计数器 5、核子密度计的测量工作原理是：据出的初始强度为I0 的( )进入被测物质中，物质密度越大，射线衰减越多，探测器探测到的强度 Ix就会越少γ射线 6、核子密度湿度计内部装有( )放射源两种 7、透射式测厚仪工作原理与核子密度计类似，是利用放射性同位素所放出的( ) γ射线 8、核子秤是利用放射性同位素发射出来的射线通过被测物料时，局部被吸收作用实现对被测物料( )的称量。质量 9、核子料位计对堆积密度小的物料（如泡沫塑料）或少量物料（如管中牙膏）的测量，一般用 ( ) β 射线源 10、X射线荧光分析仪用（）（又称X光管）产生原级X射线的X荧光分析仪称为管激发仪器。X射线发生器 11、核子仪和测井仪按控制区、监督区、非限制区分区管理5CM当量率H控制值uSv/h为（）250《H《1000 12、对辐射工作人员应进行个人监测的人员（）这题多选 ①任何在控制区工作的工作人员②其职业照射剂量可能大于5mSv/a的工作人员 13、核子仪事故报告内容（） A现场人员状态，伤亡及撤离情况 B事故概况核处理情况 C应急计划情况 D事故发生时间和地点 E 以上都对 多：含密封源的源核子仪源容器的存储满足（） A 建立领取回收借出安全状态检查剂量测量制度 B具有防盗防火防腐蚀防潮 C按安全保卫要求设置防盗等安全措施 D由专人负责管理建立台账定期清点制度 E没有要求 单：一般情况，脉冲辐射场剂量率不适合用GM管测量，因为（） A GM管死时间长
高纯锗探测器的广泛应用和自主研制进展 发表时间：2017-03-28T10:25:02.147Z 来源：《电力设备》2017年第2期作者：郑鹏[导读] 在本文中，将就高纯锗探测器的广泛应用和自主研制进展进行一定的研究。（山东核电有限公司 265116）摘要：高纯锗探测器是现今物理探测工作中经常应用的设备类型，具有较为广泛的应用价值。在本文中，将就高纯锗探测器的广泛应用和自主研制进展进行一定的研究。关键词：高纯锗探测器；广泛应用；自主研制； 1 引言 高纯锗探测器是应用在粒子物理、天体物理以及核物理方面实验研究的重要设备，在微量元素分析、材料科学研究方面具有重要的作用，具有探测效率高、稳定强以及分辨率好的优点。近年来，我国也针对其开展了较为广泛的应用与研究，并获得了一定的成果。 2 物理研究作用 2.1 暗物质探测在目前天体物理以及宇宙学研究当中，我们所能够观测到的物质仅仅为全部物质的4%，有23%左右物质是无法观测的，而是以暗物质形式出现，该类物质具有自身的质量，但不会发光。在暗物质研究中，其质量则同弱作用中性粒子具有较为密切的关联。近年来，寻找暗能量以及暗物质存在证据、对其性质进行研究成为了物理领域当中的一项重点内容。在具体研究中，国际上所使用的方式也各有不同，主 要有粒子探测以及天文探测等方式，其中，高能量分辨率的高纯锗探测器则成为了其中的一项重要工具类型。在暗物质探测工作中，高纯锗探测器同液氩探测器以及液氙探测器相比具有更高的灵敏度以及能量阈，非常适合应用在10GeV以下暗物质粒子的探测工作当中。其在实际探测中的原理，即当暗物质粒子打在锗原子核后，将形成反冲作用，并给出电、热信号。目前，所使用的锗探测器类型有两种：一种在常规温度下工作，而另一种则在及低温度下工作，无论是哪一种方式，锗探测器自身都具有较小的电容与噪声。 2.2 76Ge无中微子双β衰变在近年来的物理研究当中，中微子一直是较为热门的研究话题，根据物理标准模型理论，其为无质量的，但在中微子振荡实验中，却可以发现中微子质量实际上并不为0。该种发现的获得，也为标准模型理论的扩展提供了重要的实验基础。为了能够在多种扩展理论当中实现物理机制的确定，物理学家也以较多方式实现中微子质量信息的量测，以此实现理论预期情况的甄别以及量化。其中，无中微子双β衰变实验则是研究当中经常使用的一种方式。在普通双β衰变中，其将对一对正负电子以及正反中微子进行发射，其中，中微子质量为0，而无中微子双被β在衰变当中并不会发射中微子。而在扩展理论当中，则有一种majorana起到作用，该种中微子同其反粒子具有相同的特征，质量可以不为0，当获得该同位素衰变半衰期后，则能够对该中微子的质量上限获得。在锗5种天然同位素中，76Ge是其中的一种，对此，在具体实验中的第一步，即需要对其实现同位素浓缩处理，在经过提纯之后形成具有较高纯度的锗单晶，在将其制作成探测器之后开展实验研究。 目前，国际上有IGEX、HM以及GERDA等已经开展了该项实验，其中，GERDA是由美国、中国以及欧洲部分国家联合开展的实验项目，其处于1400m深度位置，使用了21 kg 含76Ge浓缩度达 86% 的高纯锗探测器阵列。在经过一定实验后，其获得了以下方面结果：76Ge无种子微子双β衰变的半衰期下限在1.1×10a25以上。而为了能够获得更为准确的中微子质量上限，在部分实验中，则对76Ge探测器进行了一定的扩充，即使其达到100kg级别。为了对该计划进行实现，则需要在高纯锗单晶拉制、76Ge同位素分离以及探测器制备方面不断应用新工艺，在降低生产成本的基础上实现研究目标。化学角度方面，已经有学者以能谱分析方式通过高纯锗探测器的应用对放射性元素铀、钍、镭进行探测，以β测量方式的应用作为铀的测量道。在现今高纯锗探测器技术不断提升的情况下，使用高纯锗探测器进行上述放射性元素的测定能有效降低复杂γ谱的影响，通过标准γ射线谱特征同样品间净面积的比较，即能够获得三项元素的含量。 3 高纯锗单晶和高纯锗探测器研制进展对高纯锗探测器来说，其原材料纯度为12-13N，对此，要想实现高纯锗探测器的制作，就需要先做好高纯锗单晶的研制。为了实现该目标，从上世纪80年代开始，我国相关单位就已经开展了该方面的尝试，并在不断的研究当中获得了以下成果：第一，掌握了高纯锗单晶制备技术，能够拉制出直径在20-50cm、纯度为12N的锗单晶；第二，对高纯锗探测器的制备关键技术具有掌握，且通过高纯锗单晶材料的应用制备出同轴高纯锗探测器在探测效率以及探测分辨率方面都能够满足公司产品指标。同时，通过独立拉制12N高纯锗材料已经制作出了平面高纯锗探测器。在该制作过程中，其使用的工艺流程为：首先，对GeCl4原料进行多次精馏提纯以及特殊化学处理，以此在对材料当中杂质含量大幅度降低的情况下将区熔过程中难以去除的As、B以及P等杂质进行去除。在对该原料反复提出后，再在清洁环境下还原、水解处理，在区熔后得到5-6N的锗锭。之后，使用自主创新工艺设备，包括有特殊尺寸高频线圈以及净化、涂层工艺等，并在区熔中做好各类参数的优化，最终获得12N高纯锗多晶。最后，使用以自主创新方式研发的直控高频感应单晶路，使用高纯石英作为炉体，并通过特殊石墨石英封装技术的应用避免杂质出现扩散情况，始终保持炉体具有较高的真空度，并通过高纯气体的应用实现单晶高纯度的保证。同时，在具体调试以及设计当中保证炉体具有好的热场，以此获得小位错高纯锗，在此不断探索当中逐渐掌握最佳成晶条件，逐渐实现拉晶自动化程度的提升；第四，自主建立了先进高纯锗测试以及制备系统，通过进口高纯锗单晶材料的应用实现同轴高纯锗探测器以及P型平面型高纯锗的制备，即在反复实践中做好制备关键技术的掌握。同时，对工艺流程进行不断的改善，在腐蚀、镀膜、离子扩散方面做好把关创新，在做好新工艺检验的情况下形成自身特色，同时，在离子注入过程中掌握了优化离子注入能量以及分布均匀度的方式，有效实现产品品质的提升。 4 结束语作为核物理方面实验研究的重要设备，高纯锗探测器的研制应用十分关键。在不断的研究当中，我国在高纯锗探测器自主研发方面也获得了一定的成果，并以同国际合作以及加强研究等方式逐渐向着更高的方向发展，在上文中，我们对高纯锗探测器的广泛应用和自主研制进展进行了一定的研究，对高纯锗探测器的研究发展具有重要的意义。参考文献：
红外探测器 设计研发部-平 一、红外探测器市场以及应用领域 红外探测技术目前主要分为近红外、中红外和远红外三种研究领域。其中，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，应用最为广泛，研究也最为成熟；远红外的主要优点就是其穿透性，可用于探测、加热等，应用也比较广泛。近红外，由于其包含氢氧键、碳氢键、碳氧键等功能键的特征吸收线。大气中的水气、二氧化碳、大气辉光等也集中在这个波段。特有的光谱特性使得短波红外探测器可以在全球气候监测、国土资源监测、天文观测、空间遥感和国防等领域发挥重大作用。红外探测器广泛应用于军事、科学、工农业生产和医疗卫生等各个领域，尤其在军事领域，红外探测器在精确制导、瞄准系统、侦察夜视等方面具有不可替代的作用。随着红外探测技术的飞速发展，红外探测器在军事、民用等诸多领域都有着日益广泛的应用。作为高新技术的红外探测技术在未来的应用将更加广泛，地位更加重要。 小型红外探测器是受价格驱动的商品市场，而中型和大型阵列探测器则是受成本和性能驱动的市场，并且为新产品提供了差异化的空间。但是在每种红外探测器技术（如热电/热电偶/微测辐射热计）之间存在着巨大的障碍。由于这些技术都是基于不同的制造工艺，如果没有企业合并或收购，很难从一种技术转换到另外一种技术。 红外探测器已进入居民日常安防中，其中主动式红外探测器遇到
树叶、雨、小动物、雪、沙尘、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。主动红外探测器技术主要采用一发一收，属于线形防，现在已经从最初的单光束发展到多光束，而且还可以双发双收，最大限度地降低误报率，从而增强该产品的稳定性，可靠性。据美国相关公司市场调研分析师预测，全球军用红外探测器需求额有望在2020年达到163. 5亿美元，复合年均增长率为7. 71%。 红外探测器按探测机理可分为热探测器和光子探测器，按其工作中载流子类型可以分为多数载流子器件和少数载流子器件两大类，按照探测器是否需要致冷，分为致冷型探测器和非致冷型探测器。非致冷探测器目前主要是非晶硅、氧化钒和InGaAs等探测器，致冷型探测器主要包括碲镉汞三元化合物、量子阱红外光探测器Ⅱ类超晶格等。在过去的几十年里，大量的新型材料、新颖器件不断涌现，红外光电探测器完成了第一代的单元、多元光导器件向第二代红外焦平面器件的跨越，目前正朝着以大规模、高分辨力、多波段、高集成、轻型化和低成本为特征的第三代红外焦平面技术的方向发展。 二、焦平面红外探测器应用现状 热探测器的应用早于光子探测器。热探测器包括热释电探测器、温差电偶探测器、电阻测辐射热计等。热探测器具有宽谱响应、室温工作的优点，但是它响应时间较慢、高频时探测率低，目前主要应用于民用领域。光子探测器是基于光电效应制备的探测器，通过配备致冷系统，具有高量子效率、高灵敏度、低噪声等效温差、快速响应等优点。在军事领域，光子探测器占据主导地位。常用的光子探测器有
高纯锗能谱仪认识实验报告 一、实验目的 1、了解半导体γ谱仪及相应数据采集软件的一般操作使用方法； 2、了解天然放射性核素铀、镭、钍、钾和人工放射性核素137Cs、60Co等的特征γ射线谱； 3、了解能量刻度方法； 4、理解低本底相对法γ谱定量分析原理。 二、实验内容 认识137Cs单能源的仪器谱（复杂谱） 学习用152Eu放射源进行探头能量刻度的方法； 采集并观测226Ra的γ射线谱，认识镭组γ射线谱的主要成份，学习伽马谱定性分析原理；采集混合体标准源谱线，了解伽马谱定量分析原理。 三、实验仪器 高纯锗伽马能谱仪组成：探测器（HPGe)探头(晶体＋前置放大器＋低温装置)；多道脉冲幅度分析器（MCA) (一般大于4000道，现在一般都带有数字稳谱功能)；计算机(谱解析软件及定量分析软件) 示意图： 探测器（HPGe)探头(晶体＋前置放大器＋低温装置) 1、探测器结构：高纯锗伽马能谱仪探测器分为N型和P型。所有高纯锗探测器本质上就是一个大的反转二极管。为了放大信号，需要连接二极管和进行信号处理的电子学线路，在晶体上做出两个接触极。晶体上的电接触具有两极：较厚的锂扩散极，即N+接触极（几百微米）；较薄的离子注入极，即P+极（几百纳米）。锂接触极较厚，因为此极是金属锂扩散到晶体中所形成的，厚度可控制在几百微米的量级，晶体能够被切割成任意形状。然而，晶体（二极管）内部的电场分布很重要，这点使得具有实用价值的晶体形状被限制成带有中心圆孔的圆盘状或圆柱体状。圆柱体探测器的一端是封闭的，又称为同轴探测器；而圆盘状的探测器一般称为平面探测器。 根据所用材料类型的不同(N型或者P型)，接触极是不同的。对于P型探测器，较厚的锂扩散极在探测器的外表面而薄的离子注入极在内表面。对于N型探测器，接触极和P型恰好
高纯锗探测器的选择 针对实际测量条件选择最适合的高纯锗(HPGe)探测器，主要依据以下几条简单的原则。这些原则均是基于基础的核物理原理，如探测过程如何实现、γ光子如何穿透材料以及γ能谱仪的工作原理等。未经仔细选择的高纯锗探测器，将不会对谱仪系统的整体表现产生很好的优化。本文主要协助用户轻而易举的做出明智而实用的选择。 1、高纯锗探测器的类型及其特点 所有高纯锗探测器本质上就是一个大的反转二极管。高纯锗材料分为N型和P型，由晶体中施主和受主的浓度来决定。为了放大信号，需要连接二极管和进行信号处理的电子学线路，在晶体上做出两个接触极。晶体上的电接触具有两极：较厚的锂扩散极，即N+接触极（几百微米）；较薄的离子注入极，即P+极（几百纳米）。锂接触极较厚，因为此极是金属锂扩散到晶体中所形成的，厚度可控制在几百微米的量级，晶体能够被切割成任意形状。然而，晶体（二极管）内部的电场分布很重要，这点使得具有实用价值的晶体形状被限制成带有中心圆孔的圆盘状或圆柱体状。圆柱体探测器的一端是封闭的，又称为同轴探测器；而圆盘状的探测器一般称为平面探测器。 根据所用材料类型的不同(N型或者P型)，接触极是不同的。对于P型探测器，较厚的锂扩散极在探测器的外表面而薄的离子注入极在内表面，ORTEC称之为GEM。对于N型探测器，接触极和P型恰好相反，ORTEC称之为GMX。P型平面HPGe探测器，ORTEC 称之为GLP；N型短同轴探测器，ORTEC称之为LO-AX探测器。图1给出了两种P型探测器晶体的示意图，GEM和GLP；图2给出了两种N型探测器晶体的示意图，GMX和 LO-AX。整体而言，同轴探测器晶体大，探测效率高而能量分辨率较差；平面探测器晶体小，能量分辨率好而探测效率低。 图1. P型高纯锗探测器几何结构示意图。
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%。
X荧光光谱仪主要使用领域 X荧光光谱仪原理 仪器是较新型X射线荧光光谱仪，具有重现性好，测量速度快，灵敏度高的特点。能分析F(9)～U(92)之间所有元素。样品可以是固体、粉末、熔融片，液体等，分析对象适用于炼钢、有色金属、水泥、陶瓷、石油、玻璃等行业样品。无标半定量方法可以对各种形状样品定性分析，并能给出半定量结果，结果准确度对某些样品可以接近定量水平，分析时间短。薄膜分析软件FP-MULT1能作镀层分析，薄膜分析。测量样品的最大尺寸要求为直径51mm,高40mm. 仪器类别： 0303040903 /仪器仪表 /成份分析仪器 /荧光光度计 指标信息： 1.发射源是Rh靶X光管，最大电流125mA，电压60kV，最大功率3kW2.仪器在真空条件下工作，真空度<13pascals 3.5块分析晶体，可以分析元素周期表F～U之间所有元素，含量范围是ppm～100%4.分析软件是Philips公司(现为PANalytical)最新版软件，既可作半定量，也可定量分析。精密度：在计算率N=1483870时，RSD=0.08% 稳定性计算率Nmax=6134524,Nmin=6115920,N平均=6125704,相对误差为0.03% 附件信息：循环水致冷单元，计算机 P10气体瓶空气压缩机 分析对象主要有各种磁性材料(NdFeB、SmCo合金、FeTbDy)、钛镍记忆合金、混合稀土分量、贵金属饰品和合金等，以及各种形态样品的无标半定量分析，对于均匀的颗粒度较小的粉末或合金，结果接近于定量分析的准确度。X荧光分析快速，某些样品当天就可以得到分析结果。适合课题研究和生产监控。 X射线荧光光谱仪分为波长色散、能量色散、非色散X荧光、全反射X荧光。 波长色散X射线荧光光谱采用晶体或人工拟晶体根据Bragg定律将不同能量的谱线分开，然后进行测量。波长色散X射线荧光光谱一般采用X射线管作激发源，可分为顺序式(或称单道式或扫描式)、同时式(或称多道式)谱仪、和顺序式与同时式相结合的谱仪三种类型。顺序式通过扫描方法逐个测量元素，因此测量速度通常比同时式慢，适用于科研及多用途的工作。同时式则适用于相对固定组成，对测量速度要求高和批量试样分析,顺序式与同时式相结合的谱仪结合了两者的优点。
2 GammaVision γ射线谱分析软件 2.1软件安装 运行GammaVision 安装程序中Disk1的 setup.exe 文件，根据向导提示即可完成软件安装。 其中要注意选择正确的谱仪连接方式，如下图所示。 其中 1“Attach Detector toPC interface card”适用于DSP EC/DSPEC-PLUS 系列、TRUMP卡等； 2“Attach Detector to printer port”适用于 NOMAD、DART等； 3“serial port”已很少使用，第四项microBASE为 NaI 选用； 4“USB”包括DSPEC-jr 用USB 连接的系列谱仪。 软件成功安装后会提示重启系统。 2.2操作程序描述 2.2.1 开关机顺序 打开仪器的顺序是：打开数字化谱仪电源→数字化谱仪自检→计算机主机→显示器→进入GammaVision 软件→进入MCB→加高压→测量。 关机的顺序是：关闭高压→退出MCB→关闭GammaVision→计算机主机→显示器→关闭数字化谱仪电源 打印机在打印数据时打开，不打印时请关闭。 注：在长时间的测量过程中，计算机可以关闭，但数字化谱仪切勿关闭。 在GammaVision 应用程序操作过程中以下所说的“单击”、“双击”是指用鼠标左键“单击”或“双击”某个要选准的菜单或按钮。 2.2.2确认MCB 连接 鼠标指向[开始]菜单中所有程序的 GammaVision 32菜单，单击MCB Configuration就启动了连接程序。在屏幕出现“Configure Instruments Version…”，如右图。如果MCB连接成功，则会显示“1input found on 1 systems”，同时
§3 常用光电探测器简介 一、光敏电阻 光电导效应原理（半导体材料的体效应）——光电导探测器 ——光照下改变自身的电阻率（光照愈强,器件自身的电阻愈小）——光敏电阻（光导管） 本征型光敏电阻——一般在室温下工作 适用于可见光和近红外辐射探测非本征型光敏电阻——通常在低温条件下工作 常用于中、远红外辐射探测 1. 光敏电阻的结构和偏置电路 以CdS光敏电阻为例 2. 工作特性 （1）光敏响应特性
（2）光照特性和伏安特性光照特性曲线 线性伏安特性 （3）时间响应特性
光敏电阻的响应时间常数是由电流上升时间 t和衰减时间f t表示的。 r 光敏电阻的响应时间与入射光的照度，所加电压、负载电阻及照度变化前电阻所经历的时间（称为前历时间）等因素有关。 （4）稳定特性 光敏电阻的阻值随温度变化而变化的变化率,在弱光照和强光照时都较大,而中等光照时,则较小。 例：CdS光敏电阻的温度系数在10lx照度时约为0；照度高于10lx 时，温度系数为正；小于10lx时，温度系数反而为负；照度偏离10lx 愈多，温度系数也愈大。 另外，当环境温度在0～+60℃的范围内时，光敏电阻的响应速度几乎不变；而在低温环境下，光敏电阻的响应速度变慢。例如，-30℃时的响应时间约为+20℃时的两倍。 光敏电阻的允许功耗,随着环境温度的升高而降低。 （5）噪声特性 3.几种典型的光敏电阻 （1）CdS和CdSe 低造价、可见光辐射探测器 光电导增益比较高(103～104) 响应时间比较长(大约50ms) （2）PbS 近红外辐射探测器 波长响应范围在1～3.4μm，峰值响应波长为2μm
BE3830γ能谱使用指南 我室有宽能γ能谱仪系统一套，可检测能量在10keV-2.8MeV范围内的γ射线。该测量系统由美国堪培拉公司的BE3830型高纯锗探测器、DSA-1000型谱仪（堪培拉公司）、747型铅室（堪培拉公司）和计算机组成。下面将γ能谱的操作步骤和注意事项叙述如下： 一、操作步骤 1、接通电脑和DSA-1000谱仪的电源后，点击桌面或程序中“Gamma Acquisition + Analysis”，打开Genie2k测量软件，得到如图1的界面。点击左上方的“Datasource”得到图2界面，选择“detector”打开探测器。 2、点击工具栏“MCA”菜单中“Adjust”命令，检查探测器高压（HV）、放大 增益（Grain）、极零（Pole Zero）等参数是否设置正常。 3、探测器、谱仪连接和显示正常，探测器设置正常后，点击工具栏上方“minimize the Report Window”和左侧“expand on”将测量窗口放大并分上下两栏。4、仪器设置好后，将盛有待测样品的液闪管用塑料指套套好后，轻轻放入测量 盒中央，盖好盖后，压下铅室手柄，逆时针打开铅室盖，将测量盒置于探头正上方，顺时针关上铅室盖，抬起手柄后，准备测量。 5、点击左上方“start”按钮，开始测量样品γ计数，测量过程中将下栏中的长 方形框移动至出峰位置，调节长方形的长和高以便观测上栏中测量结果。6、监测栏上方显示光标所在处对应能量和样品测量时间，分别移动“左右臂” 光标至待测峰两侧，轻敲键盘上“Insert”键标红。如需同时监测几个特征峰，可通过左侧工具栏“ROI Index”中“-”、“+”键切换。 7、点击左下方“Marker Info”工具栏中的“Next”或“Prev”，记录样品的死时 间“Dead time”、“Area”和净计数率“Net CPS”。 8、测量完毕后，点击“File”命令中的“Save as”保存谱图后，打开铅室、取出 样品盒，将液闪管置于样品架中，尽量减少样品在测量室的停留时间。 9、测量结束查看谱图时，选定图2中的“File”，打开文件。如需输出报告，点 击工具栏“analyze”命令中“execute sequence”的“Peak Analysis”即可得到测量报告。
核辐射的检测方法，指标，仪器，原理和相关的环境标准 核辐射与物质间的相互作用是核辐射检测方法的物理基础。核辐射与物质间的相互作用包括电离作用、核辐射的散射与吸收，利用物质衰变辐射后的电离、吸收和反射作用并结合α、β和γ射线的特点可以完成多种检测工作。 核辐射检测仪器 核辐射监测原理及方法 能够指示、记录和测量核辐射的材料或装置。辐射和核辐射探测器内的物质相互作用而产生某种信息（如电、光脉冲或材料结构的变化），经放大后被记录、分析，以确定粒子的数目、位置、能量、动量、飞行时间、速度、质量等物理量。核辐射探测器是核物理、粒子物理研究及辐射应用中不可缺少的工具和手段。按照记录方式，核辐射探测器大体上分为计数器和径迹室两大类。 计数器以电脉冲的形式记录、分析辐射产生的某种信息。计数器的种类有气体电离探测器、多丝室和漂移室、半导体探测器、闪烁计数器和切伦科夫计数器等。 气体电离探测器通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。主要类型有电离室、正比计数器和盖革计数器。它们的结构相似，一般都是具有两个电极的圆筒状容器，充有某种气体，电极间加电压，差别是工作电压范围不同。电离室工作电压较低，直接收集射线在气体中原始产生的离子对。其输出脉冲幅度较小，上升时间较快，可用于辐射剂量测量和能谱测量。正比计数器的工作电压较高，能使在电场中高速运动的原始离子产生更多的离子对，在电极上收集到比原始离子对要多得多的离子对(即气体放大作用)，从而得到较高的输出脉冲。脉冲幅度正比于入射粒子损失的能量，适于作能谱测量。盖革计数器又称盖革-弥勒计数器或G-M计数器，它的工作电压更高，出现多次电离过程，因此输出脉冲的幅度很高，已不再正比于原始电离的离子对数，可以不经放大直接被记录。它只能测量粒子数目而不能测量能量，完成一次脉冲计数的时间较长。 多丝室和漂移室这是正比计数器的变型。既有计数功能，还可以分辨带电粒