当前位置：文档之家 › 核辐射三大探测器-半导体

核辐射三大探测器-半导体

  • 格式：ppt
  • 大小：1.48 MB
  • 文档页数：48

下载文档原格式

  / 48

合集下载

02核辐射探测器(半导体探测器)

02核辐射探测器(半导体探测器)

半导体探测器半导体探测器是一种以半导体材料作为探测介质的新型核辐射探测器，它有很好的能量分辨能力。

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其它类型半导体探测器。

第一节半导体的基本知识和半导体探测器的工作原理根据物质导电能力,物质可分为导体、绝缘体和半导体。

物质的导电能力可用电阻率ρ来表示,单位为Ω·cm。

导体的电阻率在10-5Ω·cm以下,绝缘体的电阻率在1014Ω·cm以上,半导体的电阻率介于它们之间,一般在(10-2~10-9 )Ω·cm范围内。

半导体通常以晶体形式存在,晶体可分为单晶体与多晶体。

在单晶体中,所有原子都连续地按同一规律整齐地排列,这称为晶格。

多晶体是由许多小晶体颗粒杂乱地堆积起来的,因此多晶材料是不均匀的。

半导体探测器多是由单晶材料制造的。

一、半导体材料的电特性在单晶中，原子紧挨形成晶格排列, 相互之间有电磁力作用。

因此晶体中电子的能量就和孤立原子不同。

孤立原子中的电子只能存在于一定能级上，能级之间是禁区，电子不能存在。

对于单晶体，原子间存在着电磁力，相应孤立原子的能级就分裂成很多十分靠近的新能级，由于单位体积内原子数目非常多，这些分裂彼此之间非常靠近，可以看作连续的，这种连续的能级形成一个能带。

导体、绝缘体和半导体的能带如图3.1所示图 3.1半导体、导体和绝缘体的能带图图 3.1 所示的满带是由各孤立原子的基态分裂出来的能级,导带是由孤立原子各激发态分裂出来的能级。

满带和导带之间的禁区称为禁带,禁带宽度称为能隙,用Eg 表示,单位为eV 。

半导体与绝缘体、导体之间的差别在于禁带宽度不一样。

由于导体不存在禁带, 满带和导带交织在一起,导电性能好； 绝缘体的禁带最宽,约(2~10)eV,导电性能最差；半导体的禁带较窄。

约（0.1~2.2）eV,导电性能比绝缘体好,而次于导体。

各类核物理探测器比较 - 副本

各类核物理探测器比较 - 副本
参考文献 近代物理实验 第二版 黄润生
二．探测器的分类和原理
1.气体探测器
气体探测器根据工作电压的不同，主要有电离室、正比计数器和G-M计数器三类。
基本原理：
气体电离：当带电粒子通过气体时，与气体分子的电离碰撞而逐次损失能量，最后被阻止在探测器中。碰撞的结果使气体分子电离或激发，并在粒子通过的径迹上生成大量的电子－离子对。上述电离过程包括入射粒子直接与气体分子碰撞引起的电离，以及由碰撞打出的高速电子（电子）引起的电离。
电离室：
•主体由两个处于不同电位的电极组成。
•电极大多是平行板和圆柱形的，也有球形或其他形状的。
•平板电离室的两个电极通常是圆形金属板。为了减少电场的边缘效应，应使两电极的间距远小于它们的直径，且两极板精确平行。
•圆柱形电离室中心的收集极一般是一个圆棒或一根金属丝。圆柱形外壳是阴极，用不锈钢、铝、黄铜等材料制成。
正比计数器
～6%（β）
适用于低能β谱的测量，但最大一般限于1Mev以下。
闪烁计数器
1.8%（α）
～6%（β）
分辨时间小，适合于符合测量。能测量射程较大的粒子。灵敏面积较大，但分辨率差。
半导体计数器
～0.2%（α及β）
能量分辨率好，小巧，使用方便，线性响应好，时间分辨小。但灵敏面积小，且温度效应和辐射损伤效应较大。
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吧所吸收iud一部分能量以光的形式再发射出来的物质。闪烁体分为无机和有机两大类。闪烁体必须具备的性能是：对自身发射的光子应是高度透明的。闪烁体吸收它自己发射的一部分光子所占的比例随闪烁材料而变化。无机闪烁体[如Nal（Tl），ZnS（Ag）]几乎是100%透明的，有机闪烁体（如蔥，塑料闪烁体，液体闪烁体）一般来说透明性较差。现在常使用的几种闪烁体是：（1）无机晶体，主要是含杂质或不含杂质的碱金属碘化物；（2）有机晶体，在都是未取代的或取代的芳香碳氢化合物；（3）液态的有机溶液，即液体闪烁体；（4）塑料溶液中的有机溶液，即固溶闪烁体。

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。

核辐射检测仪工作原理

核辐射检测仪工作原理

核辐射检测仪工作原理核辐射检测仪是一种用于检测和测量辐射水平的仪器，广泛应用于核能、医疗、工业等领域。

其工作原理主要基于辐射与物质相互作用的原理。

核辐射检测仪由探测器、信号处理系统和显示系统组成。

探测器是核辐射检测仪的核心部件，其作用是将辐射能量转化为电信号。

常见的核辐射探测器包括闪烁体探测器、半导体探测器和气体探测器等。

闪烁体探测器利用某些晶体的辐射诱发发光现象，将辐射能量转化为光信号；半导体探测器则利用半导体材料对辐射的电离效应进行测量；气体探测器则利用气体对辐射的电离效应进行测量。

当辐射射线通过探测器时，会与探测器中的物质相互作用，产生电离、激发或散射等效应。

这些效应会使探测器中的电荷量发生变化，从而产生电信号。

接下来，经过信号处理系统的放大、滤波、积分等处理，将探测器产生的微弱信号转化为可读取的电压信号。

信号处理系统的作用是将微弱的电信号增强，并根据不同的辐射类型进行判别和区分。

经过显示系统的处理，将处理后的电信号转化为数值或直接显示辐射水平。

根据不同的应用需求，核辐射检测仪可以采用数码显示、指针显示或者报警声光信号等形式进行辐射水平的显示。

核辐射检测仪的工作原理使其在核能、医疗、工业等领域具有广泛的应用。

在核能领域，核辐射检测仪可以用于核电站、核燃料加工等场所的辐射监测和事故应急处理；在医疗领域，核辐射检测仪可以用于医疗机构的放射治疗和核素诊断；在工业领域，核辐射检测仪可以用于射线材料检测和工业辐射安全等方面。

总结起来，核辐射检测仪的工作原理是通过探测器将辐射能量转化为电信号，经过信号处理系统放大和处理后，最终通过显示系统显示辐射水平。

核辐射检测仪在核能、医疗、工业等领域具有重要的应用价值，为保障人类和环境的安全发挥着重要的作用。

核辐射探测仪器基本原理及及指标

核辐射探测仪器基本原理及及指标

• 剂量当量 反映各种射线或粒子被吸收后引起的
生物效应强弱的电离辐射量。它不仅与吸收 剂量有关，而且与射线种类、能量有关，当 量剂量是在吸收剂量的基础上引入一与辐射 类型及能量有关的权重因子。
• 国际制单位：Sv（希沃特），1Sv=1J∙ kg-1 。
• 旧的专用单位：rem（雷姆）
1Sv=100rem
剂量当量（率）：单位时间引起的剂量当量。
• BS9521 X、γ剂量当量仪 • 测量范围： • 剂量当量率：0~2500uSv/h • 累积剂量当量0~9999.99mSv
• 有效剂量 • 在全身受到非均匀性照射的情况下，受照
组织或器官的当量剂量（HT）与相应的组 织权重因子（WT）乘积的总和即为有效剂 量
• 响应：系统在激励作用下所引起的反应。 • 能量响应：指放射性测量仪（辐射仪）测量剂
量（µSv/h）相同但能量（Kev）不同的X、γ 射线时，仪器读数显示的差异。
• 放射性核素不同，其发射出的射线的能量也各 不同，有时同一种同位素，它能发射出几种不 同能量的 射线，如241Am的γ射线能量为 59Kev、137Cs γ射线能量为661Kev。X光机 因不同的使用场所所加的高压不同。其发出的 X射线能量也不一样。 。
例如：BS9521型智能化X、γ辐射仪 能量响应：≤±20%（相对于137Cs） 137Cs半衰期为：30年 能量为662keV
• 能量分辨率
Байду номын сангаас
3、测量相关的指标
• 计数（率） 仪器对某一能量或者能量段响应次数的总
和 单位时间的计数成为计数率 计数率单位：
cps 每秒计数 cpm 每分钟计数 cph 每小时计数
No Image
No Image

各类探探测器优劣比较

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。

核辐射传感器工作原理

核辐射传感器工作原理

核辐射传感器工作原理
核辐射传感器采用敏感探测器以及先进的电子技术，具有实时监测并测量α粒子、β粒子和γ射线辐射水平的作用。

其工作原理主要包括辐射探测、信号转换和数据处理三个步骤。

1.辐射探测：RAD-S101核辐射传感器内置敏感的放射性探测器，通常是半导体
材料或闪烁体。

当周围环境存在辐射源时，放射性粒子与探测器产生相互作用，
形成能量沉积。

α粒子、β粒子和γ射线在探测器中引起的能量沉积不同，探测器
会对其进行敏感响应。

2.信号转换：核辐射传感器通过专门设计的电子电路将从探测器接收到的能量沉
积转化为电信号。

电信号经过放大与滤波等处理操作后，被转换为可以测量的模
拟信号。

3.数据处理：测量到的模拟信号经过采样和数字化处理后，转换为数字信号。

传
感器内部的芯片对这些数字信号进行处理和分析，从而计算出辐射源的强度或剂量。

数据通过传感器接口输出，供用户查看和分析。

核辐射三大探测器 半导体

核辐射三大探测器 半导体

核辐射检测在半导体器件性能测试中的应用 核辐射探测器的原理和种类 核辐射探测器在半导体器件性能测试中的优势和局限性 核辐射探测器在半导体器件性能测试中的实际应用案例
半导体化：随着半导体技术的不断发展核辐射探测器也在不断向半导体化方向发 展以提高探测器的灵敏度和精度。
微型化：随着微电子机械系统（MEMS）技术的不断发展核辐射探测器也在不断 向微型化方向发展以便更好地应用于便携式设备和航空航天领域。
智能化：随着人工智能技术的不断发展核辐射探测器也在不断向智能化方向发展 以提高探测器的自动化和智能化水平。
多功能化：随着核辐射探测器技术的不断发展探测器的功能也在不断扩展除了能 够检测核辐射外还可以检测其他有害物质和生物分子等。
核辐射探测器在半 导体行业中的重要 性
核辐射探测器在半 导体行业的发展趋 势
汇报人：
半导体核辐射探测器按能量范围分类：高能、中能、低能探测器 按材料分类：硅探测器、锗探测器、硒探测器等 按结构分类：点接触型、PN结型、MIS结构型等 按工作原理分类：脉冲计数、闪烁计数、热释光计数等
优点：高能量 分辨率、高探 测效率、低成
本
缺点：易受温 度影响、易受 电磁噪声干扰、 能量分辨率较
核辐射探测器在半 导体行业的应用前 景
核辐射探测器在半 导体行业中面临的 挑战与机遇
核辐射探测器市场规模持续增长未来 市场潜力巨大。
核辐射探测器在半导体行业的应用越 来越广泛成为行业发展的重要支撑。
随着技术的不断进步核辐射探测器 的性能和精度不断提高为半导体行 业的发展提供了更好的保障。
核辐射探测器的市场需求不断增长未 来市场前景广阔。
灵敏度：选择 高灵敏度的探 测器能够更好 地检测到核辐
射。

闪烁体、半导体、电离室探测器比较

闪烁体、半导体、电离室探测器比较

闪烁体、半导体、电离室三大类探测器比较（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0.511MeVγ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。

半导体探测器

半导体探测器
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。
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。
趋势
上述各种γ射线探测器均须在低温下工作。人们日益注意探索可在常温下探测γ射线的半导体材料。一些原 子序数较大的化合物半导体，如碲化镉、砷化镓、碘化汞、硒化镉等，均已用于制备X、γ射线探测器,并已取得 不同程度的进展。
工作原理
简介
高纯锗探测器的特 点
随着锗半导体材料提纯技术的进展，已可直接用超纯锗材料制备辐射探测器。它具有工艺简单、制造周期短 和可在室温下保存等优点。用超纯锗材料还便于制成X、γ射线探测器,既可做成很大灵敏体积，又有很薄的死层, 可同时用来探测X和γ射线。高纯锗探测器发展很快，有逐渐取代锗。
采用高纯度的 P型Ge单晶，一端表面通过蒸发扩散或加速器离子注入施主杂质(如磷或锂)形成 N区和 N+， 并形成P-N结。另一端蒸金属形成 P+，并作为入射窗。两端引出电极。
的特点
1)能量分辨率最佳 ； 2) γ射线探测效率较高，可与闪烁探测器相比。 常用半导体探测器有： (1) P-N结型半导体探测器； (2)锂漂移型半导体探测器； (3)高纯锗半导体探测器；
P-N结
P-N结的类型
工作原理
存在的矛盾
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，远高于本征电阻率 。
工作原理空间电荷分布、电场分布及电位分布 I区为完全补偿区，呈电中性为均匀电场； I区为耗尽层，电阻率可达1010Ωcm； I区厚度可达10～20mm，为灵敏体积。

核辐射剂量检测仪原理

核辐射剂量检测仪原理

核辐射剂量检测仪原理
核辐射剂量检测仪原理是通过测量环境中的核辐射剂量来保护人员和环境免受
核辐射的影响。

它可以用于核电厂、医学设施、核实验室、辐射监测站等场所。

核辐射剂量检测仪的原理基于核辐射与物质的相互作用。

当核辐射通过物质时，它会与物质中的原子相互作用，导致原子的电离和激发。

检测仪可以测量核辐射所产生的电离或激发的粒子或能量，从而确定辐射剂量。

常见的核辐射剂量检测仪有三种类型：电离室、闪烁体和半导体探测器。

电离室是最常用的核辐射剂量检测仪。

它基于气体中的电离现象来测量核辐射
剂量。

当核辐射通过气体时，它会电离气体分子，产生带电粒子和电离的气体分子。

电离室中有两个电极，通过测量电离室中的电流来确定核辐射的剂量。

闪烁体核辐射剂量检测仪使用一种特殊的晶体来测量核辐射。

当核辐射通过闪
烁体时，它会激发晶体内的原子或分子，使其跃迁到一个高能级。

跃迁过程中，晶体会发出可见光或紫外光。

检测仪使用光电倍增管或光电二极管来测量闪烁体发出的光信号，从而确定核辐射的剂量。

半导体探测器是最先进的核辐射剂量检测仪器之一。

它使用半导体材料来测量
核辐射。

当核辐射通过半导体材料时，它会激发半导体中的电子和空穴，产生电流。

检测仪通过测量电流来确定核辐射的剂量。

核辐射剂量检测仪的原理是基于核辐射与物质的相互作用，并利用不同的检测
技术来测量核辐射剂量。

它在核能行业、医学领域和环境监测中起着至关重要的作用，保护人类和环境免受核辐射的损害。

半导体核辐射传感器原理

半导体核辐射传感器原理

半导体核辐射传感器原理朋友！今天咱们来唠唠半导体核辐射传感器的原理，这可是个超级有趣的东西呢！你知道核辐射吧，感觉有点神秘又有点小可怕。

不过半导体核辐射传感器就像是一个聪明的小侦探，专门来探测核辐射的秘密。

半导体这个东西啊，就像一个小小的魔法世界。

在正常情况下呢，半导体里的电子和空穴是处在一种比较稳定的状态的。

但是呢，一旦核辐射这个调皮的家伙跑过来，就会把半导体里的平静给打破啦。

核辐射有好几种类型，像α粒子、β粒子还有γ射线。

当α粒子过来的时候，它就像一个大力士，冲进半导体的晶格里面。

它会把半导体原子里的电子给撞飞，就好像在平静的小池塘里扔了一块大石头，水花四溅。

这些被撞飞的电子就会在半导体里乱跑，这样就改变了半导体原本的电学特性。

β粒子呢，它比较灵活，也会钻进半导体里。

它的能量也能把半导体里的电子给激发起来，让它们变得不安分。

就像是一群原本在睡觉的小动物，被β粒子这个小捣蛋给弄醒了，然后在半导体这个小家园里到处乱窜。

γ射线就更厉害了，它像个超级能量波。

当γ射线照射到半导体上的时候，它能在半导体内部产生电子 - 空穴对。

这就好比在半导体的小世界里突然变出了好多新的小居民，电子和空穴。

而且γ射线能量高，能产生好多这样的电子 - 空穴对呢。

那半导体核辐射传感器怎么知道核辐射来了多少呢？这就跟它的电学特性变化有关啦。

比如说，半导体的电阻会因为核辐射产生的这些电子和空穴而发生改变。

原本半导体的电阻是一个数值，核辐射一捣乱，电阻就变了。

就像一条小路，本来畅通无阻，突然多了好多小障碍（电子和空穴），电流通过就没那么容易了，电阻就变大了。

我们通过测量这个电阻的变化，就能知道核辐射的强度啦。

还有呢，半导体的电容特性也会跟着变。

核辐射让半导体里的电荷分布乱了套，电容就不像原来那样了。

就像一个小盒子，原本装东西的方式很规律，被核辐射一搅和，装东西的状态就变了，我们通过检测电容的这种变化，也能探测到核辐射的情况。

半导体核辐射传感器就这么神奇地把看不见摸不着的核辐射，通过自身电学特性的变化给我们展示出来。

核辐射探测的原理

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。

核辐射探测器简介和应用

核辐射探测器简介和应用
外壳的作用：
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

核辐射测量仪原理

核辐射测量仪原理

核辐射测量仪原理核辐射是指放射性物质衰变过程中释放出的能量以及与核反应有关的能量，它包括三种形式：α粒子、β粒子和γ射线。

核辐射对人体健康具有潜在的危害，因此对辐射水平进行准确测量和监测非常重要。

核辐射测量仪的工作原理基于放射性物质与探测器之间发生的相互作用。

探测器是核辐射测量仪的核心部件，它能够感应并测量辐射源释放的粒子和射线。

常见的核辐射测量仪探测器包括闪烁体探测器、半导体探测器和电离室。

闪烁体探测器是一种利用物质在受到辐射时发光的原理进行测量的探测器。

当辐射粒子或射线通过闪烁体时，闪烁体会吸收辐射能量，并发出可见光。

探测器内部的光电倍增管会将发出的光信号转换为电信号，进而进行测量和记录。

半导体探测器是一种利用半导体材料对辐射的敏感性进行测量的探测器。

当辐射粒子或射线通过半导体材料时，会产生电子-空穴对。

通过半导体材料的电导性变化，可以测量辐射的强度和能量。

电离室是一种利用气体离子化现象进行测量的探测器。

当辐射粒子或射线通过电离室时，会使气体分子电离产生正、负离子。

通过测量电离室中离子产生的电流，可以确定辐射的强度和能量。

核辐射测量仪的工作原理是基于探测器感应辐射并将其转换为可测量的信号。

这些信号经过放大、处理和转换后，可以得到辐射水平的定量结果。

核辐射测量仪主要应用于核能工业、医疗领域、环境监测和辐射灾害事故等领域。

在核能工业中，核辐射测量仪可以用于监测核电站和核燃料加工厂等场所的辐射水平，以确保工作人员和公众的安全。

在医疗领域，核辐射测量仪可以用于放射治疗和诊断中，确保辐射剂量控制在安全范围内。

在环境监测中，核辐射测量仪可以用于检测空气、水和土壤中的辐射水平，以评估环境的辐射风险。

在辐射灾害事故中，核辐射测量仪可以用于快速响应和紧急监测，以指导应急处理和人员疏散。

核辐射测量仪是一种重要的仪器，可以帮助我们了解和监测环境中的核辐射水平。

核辐射测量仪的工作原理基于探测器感应辐射并将其转换为可测量的信号。

核辐射传感器

核辐射传感器

核辐射传感器
核辐射传感器是一种用于探测和测量核辐射水平的装置。

核辐射包括α射线、β射线、γ射线和中子等辐射。

核辐射传感器通常采用放射性探测器来测量辐射水平。

常见的放射性探测器包括闪烁体探测器、流浪探测器、半导体探测器和离子化室等。

闪烁体探测器是最常见的核辐射传感器之一。

它包含一个具有闪烁性能的材料，当核辐射射入探测器时，它会激发材料中的原子或分子，使其发出可见光或紫外光。

这种光信号可以被探测器的光电倍增管接收和测量，从而确定辐射水平。

流浪探测器则利用辐射粒子在探测器中产生的电离效应来测量辐射水平。

当辐射粒子进入探测器时，它会带走一部分电离能量，造成电信号的变化。

通过测量这种电信号的变化，可以确定辐射水平。

半导体探测器是一种利用半导体材料的特性来测量辐射水平的传感器。

当辐射射入半导体材料时，它会与材料中的原子或分子相互作用，引起电荷的产生和移动。

通过测量这些电荷的变化，可以确定辐射水平。

离子化室也是一种常见的核辐射传感器。

它由一个气体室和一个电极系统组成。

当辐射射入气体室时，它会与气体分子相互作用，产生电离。

通过测量电离过程中产生的电信号，可以确定辐射水平。

核辐射传感器广泛应用于核能、医学放射诊断、环境监测等领域，用于监测和保护人类和环境免受核辐射的影响。

各类核物理探测器比较-副本

各类核物理探测器比较-副本

探测器总结一. 探测器基本性能核物理发展至今，已经出现了各种各样的探测器。

最常见的是气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器。

这之中，为了适应各种需要，每种探测器又令多种不同的类型。

事实上, 对于探测器的衡量，其基本性能指标为：探测器的效率、能量分辨率、时间分辨率、适用范用等等。

这些主要町以通过分析各种探测器的信号形成过程和输出脉冲的形状来了解。

单个粒子射到探测器的乂敏体枳内就有町能形成一个叮以记录的信号，形成信号的概率就是探测效率。

输岀脉冲信号的幅度、前沿、宽度等直接影响到探测器的能量分辨率和时间特性。

实际测量时许多粒子连续不断地进入探测器，只要这些粒子形成的脉冲信号呵以彼此分开，就町以把它们当做单个粒子处理。

探测器工作左此状态卜称为脉冲工作方式。

探测器也可以是电流工作方式，即人量粒子产生的平均电流。

剂量的测量、反应堆的控制等就是用到这种方式。

脉冲方式相对而言使用更普遍，因为它的灵敏度更高，且能给出更多的信息。

一下仅对三类最常见的探测器进行简述和比较。

二. 探测器的分类和原理1 •气体探测器气体探测器根据工作电斥的不同，主要有电离室、正比计数器和G-M计数器三类。

基本原理：气体电离：当带电粒子通过气体时，与气体分子的电离碰撞而逐次损失能臺，最后被阻止在探测器中。

碰撞的结果使气体分子电离或激发，并在粒子通过的径迹上生成人量的电子一离子对。

上述电离过程包括入射粒子直接与气体分子碰撞引起的电离，以及由碰撞打出的高速电子（&电子）引起的电离。

电离室：・主体由两个处于不同电位的电极组成。

・电极大多是平行板和圆柱形的，也有球形或其他形状的。

•平板电离室的两个电极通常是圆形金属板。

为了减少电场的边缘效应，賊使两电极的间距远小于它们的直径，且两极板精确平行。

・圆柱形电离室中心的收集极一般是一个圆棒或一根金屈丝。

圜柱形外壳是阴极，用不锈钢、铝、黄铜等材料制成。

・电极之间用绝缘体隔开，是电离室的关键部件。

带电粒子在电场作用下向两极移动。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

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
电子浓度： n N D
施主杂质浓度
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。 空穴浓度： p N A
E
P
N
If
IG g W e
IS－ 少子扩散到结区。 IG，IS的方向为顺内电场方向。
IG , IS
平衡状态时：
I f IG I S
(3) 外加电场下的P-N结：
在P-N结上加反向电压，由于结区电阻率很高，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。
第十章
半导体探测器
Semiconductor Detector
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)。
( E1 EF ) / kT
式中，E1为导带底；E2为价带顶。Cn和Cp为与禁 带内能级分布无关的常数。
所以： n p C nC p e
E g / kT
可见，对半导体材料，在一定温度下，n· p仅与禁带 宽度有关。因此，在相同温度下，本征半导体的相等 的两种载流子密度之积与掺杂半导体的两种载流子密 度之积相等，即：
(1) 结区的空间电荷分布，电场分布及电位分布
P-N结内N区和P区的电荷密度分别为：
eN D (a x 0) ( x) eN A (0 x b)
n-type p-type
N
P
+++++ +++++ +++++
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
0
(b x )
(0 x b)
电位分布可由电场积分得到：E D
( x)
2eN A
0
( x a )2 V0 ( a x 0)
(0 x b)
0
( x b) 2
(2) 结区宽度与外加电压的关系 当x = 0时，P区和N区的电位应相等，即 2eN D 2 2eN A 2 V0 a b 0 0 0V0 又因： N D a N Ab 所以： (a b)b 2eN A 耗尽区的总宽度： W a b
3、半导体探测器的输出信号 1) 输出回路
RL
CS
RS Cd Rd
I 0 (t )
C
R C
测 量 仪 器
须考虑结电阻Rd和结电容Cd，结区外半导 体材料的电阻和电容RS，CS。
CS
RS
RL
C
I 0 (t )
Cd
Rd
R C
R0 Rd // RL // R
I 0 (t )
Cd
R0 Ca
t
tc 脉冲前沿从粒子入射至全部载流子被收集(tc)。 脉冲后沿以时间常数R0(Cd+Ca) 指数规律下降。
但是，由于输出电压脉冲幅度h与结电容Cd有关， 而结电容 Cd 1 / V0 随偏压而变化，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 ，而 C入是十分稳定 的，从而大大减小了Cd变化的影响。若反馈电容 和反馈电阻为Cf和Rf，则输出脉冲幅度为：
ni和pi为单位体积中的电子和空穴的数目，
2) 杂质半导体
杂质类型：替位型，间隙型。 (1) 替位型：III族元素，如B，Al，Ga等； V族元素，如P，As，Sb等 (2) 间隙型：Li，可在晶格间运动。
3) 施主杂质(Donor impurities)与施主能级
施主杂质为 V 族元素，其电离电位 ED 很低，施 主杂质的能级一定接近禁带顶部 ( 即导带底部 ) 。在 室温下，这些杂质原子几乎全部电离。由于杂质浓 度远大于本征半导体导带中的电子浓度，多数载流 子为电子，杂质原子成为正电中心。掺有施主杂质 的半导体称为N 型半导体。
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。
常用半导体探测器有：
(1) P-N结型半导体探测器； (2) 锂漂移型半导体探测器； (3) 高纯锗半导体探测器；
10.1 半导体的基本性质
常用半导体材料为硅(Si)和锗(Ge)，均为IV族元素.
1、本征半导体和杂质半导体 1) 本征半导体： 理想、无杂质的半导体.
(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。
1、P-N结半导体探测器的工作原理 1) P-N结区(势垒区)的形成
(1) 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 10 10 cm 电阻率，达 ， 远高于本征电阻率。
(2) P-N结内的电流
If － 能量较高的多子穿透 内电场，方向为逆内电场 方向； IG－ 在结区内由于热运动产 生的电子空穴对；
3、半导体作为探测介质的物理性能 1) 平均电离能 （w）
入射粒子在半导体介质中平均产生一对电子 空穴需要的能量。
Si Ge 2.96eV
300º K 77º K
3.62eV 3.76eV
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
2) 载流子的漂移
当ND>>NA时，b>>a。则 W b 当NA>>ND时，a>>b。则 W a 1/ 2 0V0 一般可写成：W 2eN V0 i
Ni为掺杂少的一边的杂质浓度。
(3) 结区宽度的限制因素 受材料的击穿电压的限制： W V0 受暗电流的限制，因为： I G W (4) 结电容随工作电压的变化
能量分辨率可用FWHM表示：
FWHM E E 2.36 F w E
FWHM 或 E 称为半高宽或线宽，单位 为：KeV。
以210Po的 E＝5.304MeV 的粒子为例， 对一种PN结探测器，由于输出脉冲幅度 的统计涨落引起的线宽为：
E1 2.36 F w E 4.08KeV
受主杂质浓度
Doping with valence 5 atoms Doping with valence 3 atoms
N-type semiconductor
P-type semiconductor
2、载流子浓度和补偿效应 1) 载流子浓度
电子浓度： n Cn e ( E F E2 ) / kT 空穴浓度： p C p e
n p ni pi n p
2 i 2 i
2) 补偿效应 对本征半导体： ni pi 2 n p n p n 对杂质半导体： ，但仍满足 i
当 n = p 时，载流子总数 ni pi 取最小值。
对N型半导体：n > p，可以加入受主杂质，使 之成为本征半导体，此时n = p = ni，也称为“准本 征半导体”；进一步加入受主杂质，可变为P型半导 体，即p > n。但其代价为载流子的寿命将大大缩 短。
主要用于测量重带电粒子的能谱，如,p等， 一般要求耗尽层厚度大于入射粒子的射程。 影响能量分辨率的因素为： (1) 输出脉冲幅度的统计涨落
E F w 2.36v N 2.36 E E 式中： F为法诺因子，对Si，F=0.143；对 Ge ， F=0.129 。 w 为产生一个电子 — 空穴对所 需要的平均能量。
Ca C C
2) 输出信号
当 R0(Cd+Ca) >> tc ( tc为载流子收集时间 )时， 为电压脉冲型工作状态： N e 辐射在灵敏体积内产 h V (t ) 生的电子－空穴对数 Cd Ca
N e t / R0 ( Cd Ca ) e Cd Ca
N e h Cd Ca
a
0
b
式中 ND 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