X X X X X X 2007 –2008 学年度第2学期 核辐射探测 课程试卷(A 卷、05级反应堆工程、生物医学工程专业) 考试日期：2008年6月13日 考试类别：考试 考试时间：120分钟 题号 一 二 三 四 五 …… 总分 得分 一、简答题：（共 35 分） 1．带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式？（5分） 与原子核弹性碰撞；（核阻止）（1分） 与原子核的非弹性碰撞；（轫致辐射）（1分） 与核外电子弹性碰撞； （1分） 与核外电子的非弹性碰撞；（电离和激发）（1分） 正电子湮灭；（1分） 2．气体探测器两端收集到的离子对数和两端外加电压存在一定的关系。具体如下图所示。（5分） 填空: Ⅰ 复合区（1分）Ⅱ饱和区（电离室区）（1分）Ⅲ 正比（计数）区（1分） Ⅳ 有限正比区 （1分）Ⅴ G-M 区 （1分） 注：1）有限区的0.5分 3．通用闪烁体探头的组成部件有那些？为什么要进行避光处理？（5分） 答案要点1）闪烁体（1分）、光学收集系统（1分）（硅油和反射层）、光电倍增管（1分）、 2）光电倍增管的光阴极（1分）具有可见光光敏性（1分），保护光电倍增管。 4．PN 结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器？（5分） 答：由于输出电压脉冲幅度h 与结电容Cd 有关（1分），而结电容 随偏压（2分）而变化，因此当所加偏压不稳定时，将会使h 发生附加的涨落，不利于能谱的测量；为解决该矛盾，PN 结半导体探测器通常不用电压型或电流型前置放大器，而是采用电荷灵敏前置放大器。电荷灵敏放大器的输入电容极大，可以保证 C 入 >> Cd ，（2分）而 C 入是十分稳定的，从而大大减小了Cd 变化的影响。可以保证输出脉冲幅度不受偏压变化的 得分 阅卷人 学院 专业 考号 姓名 ………………………………………线………………………………………订………………………………………装……………………………………… 0/1V C d
海军工程大学 毕业设计（论文）报告书题目光伏探测器的应用与发展 专业光机电一体化工程 班级07-2051 ___姓名王庆_指导老师刘照世_ 2011 年3月5日 精品文档
摘要 1830年，L.诺比利利用当时新发现的温差电效应(也称塞贝克效应)，制成了一种以半金属铋和锑为温差电偶的热敏型探测器，也是第一个探测器的诞生，继后其他功能的探测器相继发展。探测器主要用于测量检查, 控制跟踪, 图像测量和分析等方面。光伏探测器是利用半导体光伏效应制作的器件。这类器件品种众多，但它们的原理都是相同的，所以在性质上有许多相近的地方。本论文内容着重分析光伏探测器的原理和性能参数及光电池、光电二极管、光电三极管的结构和应用，介绍光伏探测器的发展前景。本论文还对光伏探测器的偏置电路有一定的介绍。 关键词：光伏探测器性质应用发展偏置电路 精品文档
Abstract In 1830, l .debbi Billy using the new found at temperature electric effect (also called plug baker effect), make a with half a metal bismuth and antimony temperature electric dipoles for the thermal type, and the first to detector probe after the birth of the other functions, following the detector successively development. The probe is mainly used for measuring inspection, control tracking, image measurement and analysis, etc. Photovoltaic detector is made using photovoltaic effects of semiconductor devices . This kind of device many kinds, but their principle is the same, so in nature have many similar place .This thesis focuses on analyzing the principle and performance photovoltaic detector test parameters and photoelectric triode, photoelectric diode, introduced the structure and application, the development prospect. This paper also on photovoltaic probe offset circuit has certain introduction. Key words: Photovoltaic detector properties application development Offset circuit 精品文档
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 ?=+反冲2224cos cos (1)n n A E E E A ?α?∴==+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
辐射探测器应用及其发展 摘要：本文详细的描述了辐射探测器的发展史，简单的介绍了探测器的分类和区别，最后重点阐述了GaN探测器的发展现状。 关键词：辐射探测器；GaN探测器 Application and Development of Radiation Detector Chen heng(SF1606018) Abstract：In this paper, the history of radiation detectors is described in detail, and the classification and difference ofdetectors are introduced. Finally, the development of GaN detectors is discussed. Key words：Radiation detector；GaN detectors 1.引言 在当代社会中，由于社会发展的要求，对核物理实验与核科学的研究起到了巨大的推动作用，也是由以上科学的发展，导致了核辐射探测技术的进一步发展壮大，不管是就核科学技术研究来说，还是出于对公共安全的考虑，我们都必须对核辐射探测技术领域的发展提出更高的要求标准。作为实现核辐射探测的关键，核辐射探测器的研制就显得尤为重要[1]。 相信我们仍然对2011年发生的日本福岛核电站事件记忆犹新，在那个事件中，日本福岛的第一核电站其中的1号反应堆发生爆炸。这场爆炸立刻吸引了全世界的注意，人们对此都表现除了强烈的担忧，因为这不禁让人联想起另一个与之相类似的事件。那就是在1986年，发生在前苏联的切尔诺比利的核电站出现的泄漏事故，那场事故所造成的深远影响至今仍没有消散。因而，对核能的安全利用问题的讨论，使得辐射探测技术这一问题，再一次成为了国内外研究的一个热点。 众所周知，核能是由原子核的质量转变而成的能量，由爱因斯坦经典的质能方程E=mc2，方程中的E是代表的是能量，c代表的是光速，m代表的是质量。在原子核的质量转变为能量的过程中会释放出巨大的能量。同时，在核反应产生能量的过程中还有大量的射线被释放出来，这些射线会对人类和环境产生巨大的伤害。射线主要有三种，分别为α，β和γ三种射线，其中α射线是He核，一
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。 4.关注居住环境质量及个人安全的私人个体, 比如某人想在家,食物、水中等寻找周围的环境污染(各种突发事故或恐怖分子攻击等)。 而杭州旭辐检测技术有限公司实力雄厚，资源配置齐备，可以为客户提供各种工程辐射检测服务。 更多详情请拨打联系电话或登录杭州旭辐检测技术有限公司https://www.doczj.com/doc/9315161171.html,咨询。
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%。
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
光子计数探测器的应用 混合像素探测器，为您的实验室精心准备 PILATUS混合像素探测器的设计从理论到现实均达到最佳的数据质量X射线检测。他们带来了两项关键技术，单光子计数和混合像素技术相结合，同步到您的实验室。单光子计数消除所有探测器噪声，并提供卓越的数据。在收集数据时，读数无噪音和暗电流的消失特别具有优势：在实验室中的X射线光源比同步加速时要弱很多，需要更长的曝光时间，并导致较弱的信号。由于没有了暗电流和读数噪音， PILATUS探测器更加适合在实验室使用。混合像素技术可以直接检测X射线，与其他任何探测器技术相比实现了更清晰，更好地解决信号传输问题。加上读取时间短和连续采集的特点，PILATUS探测器可以高效提供优质数据。低功耗和冷却需求，给你一个无忧的、维护量极小探测器系统，。PILATUS探测器系列是专为您在实验室中的需求定制，并提供同步加速器的技术，有无与伦比的价值。利用PILATUS独特的功能，可以从你的最具挑战性的样品获得最佳的数据。 针对您的需求 PILATUS探测器成功推动和同步加速器光束线。PILATUS的独特功能在实验室和相关产业的优势也很明显。根据您在实验室的需求，现在PILATUS的产品阵容，辅以一系列的PILATUS探测器，。固定能量校准和简化的读数电子器件完美匹配了实验室相关要求而且PILATUS完全符合您的预算。混合像素技术和单光子计数，关键的技术，优质的数据和高效率，完全无障碍实施是PILATUS探测器的优势。越来越多的实验室和工业应用的仪器可配备或升级了PILATUS探测器。根据自己的设置或利益自由整合PILATUS，可以从一个现成的仪器变成一个PILATUS OEM合作伙伴
《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题 一、填空题（20分，每小题2分） 1．α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：激发、电离 2．γ射线与物质相互作用的主要形式有以下三种：康普顿散射、光电效应、形成电子对 3．β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：激发、电离、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射 4．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，分辨时间约为：几μs；Ｇ-Ｍ计数管的分辨时间大约为：一百μs。 5．电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与入射射线的能量成正比。 6．半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高，是因为：其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使其性能稳定、气体探测器有放大作用而使其输出的脉冲幅度离散性增大 7．由ZnS(Ag)组成的闪烁计数器，一般用来探测α射线的强度 8．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，一般用来探测γ、X 射线的能量、强度、能量和强度 9．电离室一般用来探测α、β、γ、X、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。 10．正比计数管一般用来探测β、γ、X 射线的能量 11．Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、γ、X 射线的强度 12．金硅面垒型半导体探测器一般用来探测α射线的能量、强度、能量和强度 13．Si(Li)半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X射线的能量、强
度、能量和强度 14．HPGe半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量 15．对高能γ射线的探测效率则主要取决于探测器的有效体积 16．对低能γ射线的探测效率则主要取决于“窗”的吸收 17．Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与工作电压无关。 18．前置放大器的类型主要分为以下三种：电压型、电流型、电荷灵敏型19．前置放大器的两个主要作用是：提高信-噪比、阻抗匹配。 20．谱仪放大器的两个主要作用是：信号放大、脉冲成形 21．滤波成效电路主要作用是：抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求 22．微分电路主要作用是：使输入信号的宽度变窄和隔离低频信号 23．积分电路主要作用是：使输入信号的上升沿变缓和过滤高频噪声24．单道脉冲幅度分析器作用是：选择幅度在上下甄别阈之间的信号25．多道脉冲幅度分析器的道数（M）指的是：多道道脉冲幅度分析器的分辨率 26．谱仪放大器的线性指标包括：积分非线性INL、微分非线性DNL 二、名词解释及计算题（10分，每小题5分） 1.能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数，可用 全能峰的半高宽度FWHM或相对半高宽度表示 2.探测效率：定义为探测器输出信号数量(脉冲数)与入射到探测器(表面) 的粒子数之比 3.仪器谱：由仪器(探测器)探测(响应)入射射线而输出的脉冲幅度分布图， 是一连续谱
要正确选择光电探测器，首先要对探测器的原理和参数有所了解。 1.光电探测器 光电二极管和普通二极管一样，也是由PN结构成的半导体，也具有单方向导电性，但是在电路中它不作为整流元件，而是把光信号转变为电信号的光电传感器件。 普通二极管在反向电压工作时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相较大，以便接收入射光。光电二极管在反向电压工作下的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增加到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换为电信号，称为光电传感器件。 2.红外探测器 光电探测器的应用大多集中在红外波段，关于选择红外波段的原因在这里就不再冗余了，需要特别指出的是60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。 红外线根据波长可以分为近红外，中红外和远红外。近红外指波长为0.75—3微米的光波，中红是指3—20微米的光波，远红外是指20—1000微米的波段。但是由于大气对红外线的吸收，只留下三个重要的窗口区，即1—3,3—5和8—14可以让红外辐射通过。因为有这三个窗口，所以可以被应用到很多方面，比如红外夜视，热红外成像等方面。 红外探测器的分类： 按照工作原理可以分为：红外红外探测器，微波红外探测器，玻璃破碎红外测器，振动红外探测器，激光红外探测器，超声波红外探测器，磁控开关红外探测器，开关红外探测器，视频运动检测报警器，声音探测器等。 按照工作方式可以分为：主动式红外探测器和被动式红外探测器。 被动红外探测器是感应人体自身或外界发出的红外线的。主动式红外探测器一般为对射，红外栅栏等，是探测器本身发射红外线。 按照探测范围可以分为：点控红外探测器，线控红外探测器，面控红外探测器，空间防范红外探测器。 点源是探测元是一个点。用于测试温度，气体分析和光谱分析等 线阵是几个点排成一条线。用于光谱分析等 面阵是把很多个点源放在仪器上形成一个面。主要用于成像。 四象限是把一个点源分成四个象限。用于定位和跟踪。
核辐射探测器 nuclear radiation detector 又称核探测元件(nuclear detection element)。是探测辐射射线用的器件。常用的有电离室、计数管和闪烁计数器、原子核乳胶、固体核径迹探测器和半导体探测器等。这类探测元件可以测量辐射射线和它们的性质。其原理主要是利用射线与物质相互作用时所产生的多种效应。如应用带电粒子与物质作用产生电离的原理制作的电离室、计数管，以及α径迹探测器等；利用其荧光作用做成的闪烁计数器；利用电离和激发所引起的化学反应过程制作原子核乳胶，固体核径迹探测器等。对带电离子可直接应用上述性质，对不带电的粒子(如γ射线)，则应用其与物质作用的三种效应(光电效应、康普顿-吴有训效应、电子对效应)所产生的二次电子来达到上述目的。[1] 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，还可以分辨带电粒子经过的区域。多丝室有许多平行的电极丝，处于正比计数器的工作状态。每一根丝及其邻近空间相当于一个探测器，后面与一个记录仪器连接。因此只有当被探测的粒子进入该丝邻近的空间，与此相关的记录仪器才记录一次事件。为了减少电极丝的数目，可从测量离子漂移到丝的时间来确定离子产生的部位，这就要有另一探测器给出一起始信号并大致规定了事件发生的部位，根据这种原理制成的计数装置称为漂移室，它具有更好的位置分辨率（达50微米），但允许的计数率不如多丝室高。半导体探测器辐射在半导体中产生的载流子（电子和空穴），在反向偏压电场下被收集，由产生的电脉冲信号来测量核辐射。常用硅、锗做半导体材料，主要有三种类型：①在n型单晶上喷涂一层金膜的面垒型;②在电阻率较高的p型硅片上扩散进一层能提供电子的杂质的扩散结型;③在p型锗（或硅）的表面喷涂一薄层金属锂后并进行漂移的锂漂移型。高纯锗探测器有较高的能量分辨率，对γ辐射探测效率高,可在室温下保存,应用广泛。砷化镓、碲化镉、碘化汞等材料也有应用。闪烁计数器通过带电粒子打在闪烁体上，使原子（分子）电离、激发，在退激过程中发光，经过光电器件（如光电倍增管）将光信号变成可测的电信号来测量核辐射。闪烁计数器分辨时间短、效率高，还可根据电信号的大小测定粒子的能量。闪烁体可分三大类：①无机闪烁体,常见的有用铊(Tl)激活的碘化钠NaI(Tl)和碘化铯CsI(Tl)晶体，它们对电子、γ辐射灵敏,发光效率高，有较好的能量分辨率，但光衰减时间较长；锗酸铋晶体密度大，发光效率高，因而对高能电子、γ辐射探测十分有效。其他如用银(Ag)激活的硫化锌ZnS(Ag)主要用来探测α粒子;玻璃闪烁体可以测量α粒子、低能X辐射,加入载体后可测量中子；氟化钡(BaF2)密度大，有荧光成分，既适合于能量测量，又适合于时间测量。②有机闪烁体,包括塑料、液体和晶体(如蒽、茋等),前两种使用普遍。由于它们的光衰减时间短(2～3纳秒,快塑料闪烁体可小于1纳秒)，常用在时间测量中。它们对带电粒
核辐射探测器的现状及其展望 文章主要阐述了核辐射探测仪器的发展历史和国内外发展现状，并介绍了几款探测仪器及其相关技术，最后阐述了其技术的改进与发展趋势。 标签：核辐射探测；研究现状；展望 一、核辐射探测器的发展历史 核辐射探测器是通过使核辐射在气体、液体或者固体中发生电离效应、发光现象、物理变化或者化学变化来监测核辐射的仪器。1896年法国科学家A.H.贝可勒尔研究含铀矿物质的荧光现象时，偶然发现铀盐能放射出穿透力很强可使照相底片感光的不可见射线。不久人们在加有磁场的云室中研究这种射线时，证明它是由3种射线成分组成：α射线、β射线和γ射线。贝可勒尔在发现放射性现象的同时使用照相底片（最初的核乳胶）实现了人类历史上的第一次核辐射探测。云室、核乳胶等成为了最早的核辐射探测方法。1908年，出现了气体电离探测器，但是还存在快速计数的问题。而1931年由于脉冲计数器的出现，解决了快速计数问题。1947年出现的闪烁计数器，利用物质密度远大于气体而提高了对粒子的探测效率。例如使用的碘化钠（铊）闪烁体，对γ射线具有较高的能量分辨能力。到了60年代初，半导体探测器的发明，促使能谱测量技术的发展。对于现代用于核物理、高能物理等其他科学技术领域的各种探测器件和装置，都是以上面三种类型探测器件为基础经过不断改进创新而实现的。现如今人们对核能利用的日益广泛，促进核监测能力不断发展。 迄今为止，核辐射探测仪器衍生了很多种类，所运用的原理也不尽相同，其与核辐射探测技术共同发展，相辅相成，都经历了计数、测谱以及图像显示等发展阶段。能给出电信号的辐射探测器已不下百余种。 二、核辐射探测器的研究现状 目前国内外针对不同场合、不同辐射种类、不同能量范围的辐射探测器有很多，其主要是利用粒子与物质之间的相互作用来进行工作，下面就对以下五大类探测器加以介绍。 （1）气体探测器：气体探测器作为一种核辐射探测器，其中最常用的比如有正比计数器（Proportional Counter）、盖革-弥勒（G-M）计数管等。它的工作原理是通过电极将气体分子原子产生电离电荷信息收集起来，用以探测粒子，获取粒子信息，从而实现探测作用。 （2）闪烁探测器：应用在脉冲辐射的测量当中，某些透明物质在带电离子的电离、激发作用下会发光。这里先将电离辐射转换成光辐射，在光敏层中由光转换为电信号，打出光电子。由这些光电子形成的电脉冲获得粒子信息。
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
羽流的红外辐射特性计算 成志铎 （南京理工大学动力工程学院，南京 210094） 摘要：为了研究坦克尾向的红外辐射特性，利用计算流体力学软件FLUENT对坦克尾向流场进行数值模拟。模拟不同的排气速度、不同的喷口数目、不同的尾气成分以及有无风速这四种工况,进而分析这四种不同工况下的速度场、压力场、浓度场、温度场的分布情况，以及各个面的红外辐射量的对比，得出各个因素对辐射量影响的大小。由模拟结果可以看出有无风速对各个面辐射量影响最大；在喷口数目不同时左右两个侧面的红外辐射量的改变都接近50%；在出口速度增加了67%时，右侧面的辐射量约增加1.6倍；不完全燃烧比完全燃烧尾气对上表面的辐射量增加了21%。这些模拟结果一定程度为坦克排气的红外辐射特征研究提供了依据。 关键词：羽流坦克排气流场红外辐射 引言 从第二次世界大战以来，坦克在战争中一直作为地面战的主要进攻型武器。发挥了很大的威力，越来越多的国家在研制先进的反坦克武器。在这些反坦克武器中装有红外识别传感器，用以对坦克进行识别从而进行攻击。另一方面，坦克红外伪装隐身技术也在向前发展。为了提高这些武器的识别与反识别能力，必须对坦克目标本身在不同工作状态下，相对于不同地物背景下的红外辐射特性进行深人细致地研究。［1］ 而为了提高坦克的机动性、攻击性和防护性等性能，坦克发动机的功率不断升高，柴油机燃烧气体的温度以及燃烧产生的废气量大大增加，柴油机标定工况时的排气温度可达800 K以上。坦克排出的废气中主要二氧化碳和水蒸气组成的，其光带均位于红外线的波长范围，这样会使坦克防护性能下降，因此对其尾气红外的计算对坦克是非常重要的。而要研究坦克排气的红外热辐射特征，首先需要了解排气流场与温度场的分布情况。［2］由于羽流的实际实验比较难做，所以大多是通过模拟，来验证处理方法的正确性，再应用于实际情况中。而在以前的研究方法中，在流场及壁温计算中采用了较简单的处理方法，没有将排气系统的三维流场计算、壁温计算与红外辐射计算结合起来。同时，计算结果缺乏与实测数据的比较和检验，不能适应工程应用的要求。本次设计将会采用FLUENT软件模拟出坦克发动机羽流的三维速度场、压力场，温度场以及浓度场，从而非常直观地看出尾气羽流的过程，为排气系统羽流的红外辐射特性的分析研究做出了具有工程应用价值的工作［3］。 1 控制方程 假设坦克的运行处于某一稳定的工况，即可以认为发动机的排气流动不随时间的变化而改变，所以可以当做稳态问题处理。本文采用三维、稳态、可压的连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程、标准双方程湍流方程、组分方程、do方法来描述坦克的尾气的流动及辐射传热问题： 连续性方程（质量守恒方程）： () () [()] m j m m j j j u D t x x x ρ ρρ ρ ρ ? ??? += ???? （1）
第六章光探测器及其特性 §引言 探测器的分类： 1.主观探测器和客观探测器 2.主观探测器:人眼 客观探测器:利用光照射后，探测器材料产生物 理或化学的变化而制成。 一般分成三类:光电效应探测器;热电效应探测器; 光化学效应探测器 概述 1.辐射能量的探测方法： 目视（主观）测量法 物理（客观）测量法→光电效应，热电效应 2.物理测量法所用探测器的类别: 光电探测器：光电倍增管、光电管、光电池、光导管、 热电探测器：热敏电阻、热电偶、热辐射计光化学效应探测器：感光底片 §6-1光电和热电探测器的特性
积分响应度（或积分灵敏度） 1.定义:S=Y/X X —入射的光辐射通量或光通量lm Y —探测器输出的电流或电压(V/A) 2.单位: 3.光电效应探测器—选择探测器 热电效应探测器—无选择探测器 光谱响应度： 1.光谱响应度:S (λ) 2.光谱响应度分布 a.将光谱响应度随波长的排列所画成的曲线,称之 为探测器的光谱响应度分布 b.作用:可以确度光电探测器所能探测到的波长范 围及长波探测极限λ0 C.结论：外光电效应探测器探测到的波长极限 λ0<1200nm →光电管和光电倍增管只能对近红外、可见光、紫外光进行探测。中 红外、 远红外用对此波段灵敏的探测器进行探测 3.相对光谱响应度Sr (λ)的计标分布曲线 Sr (λ)=S (λ)/Sm Sm —给定参考值（S (λ)的平均值、最大值、任意 选定值） 4、探测器的长波极限波长λm lm A/μμw A/μμw μμV/V/lm μμ
在相对光谱响应度分布曲线中定义长波响应度 降到最大值的1/10处所对应的波长称为探测器的长波极限λm 响应时间τ： 1.从探测器接受到入射辐射这一瞬间开始至探测器反应达最大值所需的时间称为响应时间 2.单位用秒或毫秒（s 、ms ） 3.讨论： a>对于稳定光源响应时间不影响测量精度 b>对于脉冲光源要求τ<脉冲宽度（脉冲变化时间） 最小可探测功率： 1.探测器噪音讯号I 2.探测器最小可测功率φ极 如S=100μA/μlm ,无光照射时I=0.01μA φ极 =0.01/100=0.0001μlm § 6-2 光电管和光电倍增管 //I S Y X I S φφ==→= 极极无光照时的噪声信号探测器的响应度
辐射探测器 用以对核辐射和粒子的微观现象进行观察和研究的传感器件、装置或材料。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，这种物质就吸收其一部或全部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。如果是γ射线或X射线，则先经过一些中间过程，产生光电效应、康普顿效应或电子对，把能量部分或全部传给物质的轨道电子,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。 辐射探测器-分类 辐射探测器给出信息的方式，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。这第二类可称之为电探测器。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 各种多功能便携式仪表
CT探测器的技术特点和发展趋势 X 线CT 自20 世纪70 年代问世以来, 经历了30 多年的发展, 从早期的单排往复式CT 发展到螺旋CT, 直到目前最先进的多层螺旋CT, 其为满足临床精确影像诊断的要求 而在大覆盖范围、薄层、高分辨率、高速度的高技术性能方面取得了长足的进步。在这些高技术参数的协调发展中, 作为CT 整个系统发展主线之一的数据采集系统也日趋完善, 其 核心部件———CT探测器, 在高科技推进下, 无论在设计思想还是工艺材料上都不断革新, 以其越来越优异的性能, 促进了CT 整个系统的飞跃发展。 1 CT 探测器的技术特点和性能 CT 探测器是CT 数据采集系统中A/D 转换的核心部件,其结构相当复杂。它直接接收X 线束穿过被照物后的光子信号, 通过其自身的特性转换为相应的电信号。一个典型的CT 探测器包括介质( 如气体、闪烁体等) 、光电转换阵列和电子学部分, 此外还有准直器、电源等辅助设备。 1.1 CT探测器种类 按照材料工艺的不同, 处在实用阶段的CT 探测器大体上可以分为闪烁体探测器和气 体探测器。下面以发展年代为序介绍这几种具有代表性的探测器。 1.1.1钨酸镉晶体探测器(CdWO4)(20 世纪70 年代产品) 钨酸镉晶体优越的光学性能, 使它成为了应用在X 线CT探测器上的首选闪烁体 材料。钨酸镉晶体对X 射线吸收系数大, 辐射长度短, 可使高能物理探测器做得十分密集, 从而降低整个设备的造价。（1）优点: ①造价低; ②吸收率较高。⑵缺点: ①吸潮——水中毒; ②受环境温湿度影响———不稳定; ③余辉效应; ④不易超小分割。 1.1.2 闪烁晶体探测器(GOS) ⑴优点: ①高吸收率; ②发光效率较高; ③光电转换率较高⑵缺点: ①透光性差; ②Z 轴均匀性差;③吸潮———水中毒。此类闪烁体探测器的光电转换都需要经过二次能量转换, 能量损失较大。即X 射线打到闪烁体上, 产生次级光, 然后通过光电二极管 阵列或是CCD 阵列转换为电信号, 输入计算机。要得到较好的图像, 必须有很高的X 线 输入能量。 1.1.3 高压氙气探测器( 20 世纪80 年代中普遍应用) 利用了惰性气体在X 线照射下电离的原理。此类探测器内部有很多组正负极板( 加有 500V~1000V 的直流高压) , 彼此通过绝缘材料相互隔开, 中间充满了氙气, 极板的电极 引出线与A/D 转换中的前置放大器相连。X 线射入探测器, 在高压电的作用下, 极板收集氙气电离后产生的离子, 感应出相应的电流强度, 完成光电转换。气体探测器的光子转换效率比闪烁晶体探测器低,但是其内部各处气压、密度、纯度、温度相同, 因此具有较好的一致性。⑴优点: ①高稳定性———无需经常校准; ②耐受性———温度及湿度;③价格便宜。⑵缺点:①低吸收效率;②需要高mAs。 现在最为广泛应用的是固态稀土陶瓷探测器稀土陶瓷探测器与以往的CT 探测器相比 光输出率高, 光电转换率是钨酸镉晶体的两倍、X 射线利用率可达99%; 具有很好的稳定性, 图像很少产生环状伪影; 余辉时间短, 可以做快速连续的螺旋扫描。而与其同时期、结构相似的金属陶瓷探测器, 因余辉问题也已被主流品牌厂家淘汰。⑴优点: ①高吸收率; ②发光效率高, 余辉短; ③转换率高; ④高稳定性。⑵缺点: ①探测器单元体积, 限制