輻射探測器

核輻射探測器的發展是核技術進展的標誌之一，一個國家核輻射探測器的研製與製作水平，也是該國核技術水平高低的重要標誌之一。核輻射探測器的發展與核探測技術的發展同步，經歷了由計數，測譜，到圖像顯示的發展歷程。與上述進程相呼應,給核輻射探測器的發展提出的要求是：快時間、高探測器效率、高(脈衝幅度、能量)分辨率以及大體積，組成陣列等。另外，在核性能相近的前提下，探測器的生產工藝、探測器使用環境條件與價格也是導致探測器更迭的重要因素。

最近十幾年來,陸續研製成功多種新型核輻射探測器，其中部分新品種已經形成為商品而逐漸被市場接受;有部分探測器已經被淘汰或被逐步取代；另有部分“老”探測器被重新認識而得以重用。 ^[1] 

能給出電信號的輻射探測器已不下百餘種。最常用的主要有氣體電離探測器、半導體探測器和閃爍探測器三大類。早在1908年，氣體電離探測器就已問世。但直到1931年脈衝計數器出現後才解決了快速計數問題。1947年,閃爍計數器的出現，由於其密度遠大於氣體而大大提高了對粒子的探測效率。最顯著的是碘化鈉(鉈)閃爍體，對γ射線還具有較高的能量分辨本領。60年代初，半導體探測器的研製成功，使能譜測量技術有了新的發展。現代用於高能物理、核物理和其他科學技術領域的各種類型探測器件和裝置，都是基於上述三種類型探測器件經過不斷改進創新而發展起來的。

當粒子通過某種物質時，這種物質就吸收其一部或全部能量而產生電離或激發作用。如果粒子是帶電的，其電磁場與物質中原子的軌道電子直接相互作用。如果是γ射線或 X射線，則先經過一些中間過程，產生光電效應、康普頓效應或電子對，把能量部分或全部傳給物質的軌道電子,再產生電離或激發。對於不帶電的中性粒子，例如中子，則是通過核反應產生帶電粒子，然後造成電離或激發。輻射探測器就是用適當的探測介質作為與粒子作用的物質，將粒子在探測介質中產生的電離或激發,轉變為各種形式的直接或間接可為人們感官所能接受的信息。

輻射探測器給出信息的方式，主要分為兩類：一類是粒子入射到探測器後，經過一定的處置才給出為人們感官所能接受的信息。例如，各種粒子徑跡探測器，一般經過照相、顯影或化學腐蝕等過程。還有熱釋光探測器、光致發光探測器，則經過熱或光激發才能給出與被照射量有關的光輸出。這一類探測器基本上不屬於核電子學的研究範圍。另一類探測器接收到入射粒子後，立即給出相應的電信號，經過電子線路放大、處理，就可以進行記錄和分析。這第二類可稱之為電探測器。電探測器是應用最廣泛的輻射探測器。這一類探測器的問世，導致了核電子學這一新的分支學科的出現和發展。 ^[2] 

一種用於探測入射輻射的空間分佈的輻射探測器，包括：一個輻射敏感的半導體；在半導體的一個表面上形成的公共電極，用於接納偏置電壓；在半導體的另一個表面上形成的多個分段式電極，用於輸出在半導體內由入射輻射產生的電荷，作為電信號；和，一個光照射機構，用於至少在輻射探測期間發射光。

輻射探測器的主要性能是探測效率、分辨率、線性響應、粒子鑑別能力。將輻射能轉換為可測信號的器件。探測器的基本原理是，輻射和探測介質中的粒子相互作用，將能量全部或部分傳給介質中的粒子，在一定的外界條件下，引起宏觀可測的反應。對於光學波段，輻射可以看作光子束，光子的能量傳給介質中的電子，產生所謂光子事件，輻射能轉變為熱能（如熱電偶）、電能（如光電流和光電壓）、化學能（感光乳膠中銀顆粒的生成），或者另一種波長的輻射（熒光效應）。根據這些能量和輻射，設計各種不同器件，以測量天體的輻射能量。

探測器探測到的粒子數與在同一時間間隔內入射到探測器中的該種粒子數的比值。它與探測器的靈敏體積、幾何形狀和對入射粒子的靈敏度有關。一般要求探測器具有高探測效率。但在一些特殊場合，如在極強輻射場下，則要求探測器具有較低的靈敏度。指光子和探測器在作用的初始過程中，產生的光子事件數和入射光子數之比。它描述探測器接收和記錄信息的能力。入射光子有可能穿透介質或被介質反射。有時介質要吸收幾個光子引起一次光子事件，有時產生的光子事件未被檢測，所以一般探測器的量子效率小於1。

分辨其能量非常接近的粒子的能力

（位置分辨）：精確給出粒子入射位置的能力；

能精確給出粒子到達時間的能力。上述這些指標一般用測出譜線的半高寬(FWHM)和十分之一高寬(FWTM)表示。

一定類型的探測器只對某些種類的入射粒子靈敏，而對其他粒子不靈敏，或是隨入射粒子種類的不同而給出信息的形式不同，這樣就便於有選擇地探測所需要的粒子而排除其他不必要的核輻射干擾。

又稱靈敏度，等於探測器輸出信號和入射輻射功率之比。輻射功率增加時，輸出信號也成正比地增加，這樣的探測器稱為線性的，否則稱為非線性的。

又稱分光靈敏度，指單色輻射作用時探測器的靈敏度。它表徵探測器對不同波長輻射的響應特性。分光響應隨波長變化的探測器,稱為選擇性的,反之稱為非選擇性的。以探測器最敏感波長處的響應為單位的分光響應，稱為相對分光響應。

探測器給出的信息在一定範圍內與入射粒子的能量、強度或位置成線性關係的程度，一般稱為能量線性、強度線性或位置線性。

等於探測器能探測的最小輻射功率的倒數。任何探測器都有噪聲，比噪聲起伏平均值更小的信號實際上檢測不出來。產生如噪聲那樣大的信號所需的輻射功率，稱為探測器能探測的最小輻射功率，或稱等效噪聲功率。有時用探測率描述探測器的靈敏度。

一般還要求輻射探測器具有抗輻照損傷和對各種環境條件的適應能力，如温度、濕度、光照、耐腐蝕和機械振動等。具有成像功能，是現代新型探測器的一個特點。這種探測器已用於中子照相、γ照相、X 衍射和電子顯微鏡等方面。因此，它的應用範圍也早已超出核科學領域，而擴展到其他學科研究和有關國民經濟部門。

中國輻射探測器的研究工作是在50年代初期開展起來的，先後研製成功原子核乳膠、蓋革計數管、碘化鈉（鉈）閃爍體等。到50年代末至60年代初，又先後開展了其他各種閃爍體、光電倍增管和半導體探測器等的研究工作。中國在核武器研究中，已基本上使用本國研製的各種輻射探測器。

核輻射探測器發展趨勢主要是：①研究同時能給出入射粒子位置、能量、時間等多種信息的組合型探測器和探測裝置。②充分利用電子技術與計算機技術的新成就，提高對探測器所提供的信息進行分析、處理的精確度，速度和對信息的利用率。微電子技術正促進微型化探測器的出現。③尋求更理想的探測介質和探測機制，研製超導探測器。