核放射探測

什么是核放射
       核放射通常稱為放射性，存在于所有物質之中。核放射是原子核從一種結構或者一種能量狀態轉變為另一種結構或者能量狀態的過程中所產生的微觀粒子流;各種物質都是由簡單的物質組成的，人們把這些簡單的物質稱為元素組成元素最基本的單元就是原子，凡是在元素周期表中占同一位置，原子序相同原子質量不相同的元素稱其為同位素。原子如果不是因為外來的原因而是自發的發生原子結構的變化我們稱其為核衰變。具有這種核衰變性質的同位素我們稱之為放射性同位素。在衰變過程中放射出一種特殊的帶有一定能量的粒子或者射線，這種現象我們稱之為核放射或者放射性。
核放射的種類和性質
       根據核放射的性質不同，放射出的粒子或射線有α射線，β射線，γ射線，X射線等。
       第一，α粒子一般具有4～10Mev能量，用α粒子電離氣體比其他放射強得多，因此在檢測中，α放射主要用于氣體分析，用來測量氣體壓力和流量等參數。
       第二，β粒子實際上是高速運動的電子，它在氣體中的射程可達20m。在自動檢測儀表中，主要是根據β粒子的放射和吸收來測量材料的厚度，密度或重量；根據放射的反應和散射來測量覆蓋的厚度，利用β粒子很大的電力能力來測量氣體流量。
       第三，λ射線是一種從原子核內發射出來的電磁放射，它在物質中的穿透能力比較強,在其氣體中的射程為數百納米,能穿過幾千米厚的固體物質。λ射線被廣泛應用在各種檢測儀表中，特別是需要放射和穿透力前的情況，如金屬探傷，側厚以及測量物體的密度等。
       第四，X射線是由原子核外的內層電子被激發而放出的電磁波能量。
核放射的危害
       當人們暴露于核放射環境下，可能會得放射病。這種病是有癥狀的。幾小時內你就會感到嘔吐，隨后會出現腹瀉、頭痛或發燒等癥狀。在最初的癥狀過去之后，可能會出現一個短暫的無癥狀期，但數周后就會出現新的、更嚴重的癥狀。在更高的放射劑量下，這些癥狀可能出現的更快，也更明顯。同時，核放射會對人體內臟造成廣泛的，很多時候甚至是致命的傷害。暴露在核放射中，一半的健康成年人無法承受4戈雷的放射劑量。
核放射傳感器
       核放射傳感器利用放射性同位素來進行測量的傳感器，又稱放射性同位素傳感器。核放射傳感器是基于被測物質對射線的吸收、反散射或射線對被測物質的電離激發作用而進行工作的。核放射傳感器一般由放射源，探測器以及電信號轉換電路組成，可以檢測厚度和物位等參數。
       放射源和探測器是核放射傳感器的重要組成部分，放射源由放射性同位素物質組成。探測器即核放射檢測器，它可以探測出射線的強弱及變化。隨著核放射技術的發展,核放射傳感器的應用越來越廣泛。
核放射探測器
       探測器就是核放射的接收器,它是核放射傳感器的重要組成部分，是指能夠指示、記錄和測量核放射的材料或裝置。其用途就是將核放射信號轉化成電信號,從而探測出射線的強弱和變化。目前用于檢測儀表上的主要有電離室，閃爍計數器和蓋格計數等。
電離室
       電離室是氣體探測器中原理簡易的。電離室的正常工作是利用電場收集在氣體中直接電離所產生的全部電荷。電離室由兩個基本電極組成，一個是高壓電極，另一個是收集電極，室內充有高壓氣體氬氣，外面是一個密封外殼。 氣體探測器的原理是，當探測器受到射線照射時，射線與氣體中的分子作用，產生由一個電子和一個正離子組成的離子對。這些離子向周圍區域自由擴散。擴散過程中，電子和正離子可以復合重新形成中性分子。但是，若在構成氣體探測器的收集極和高壓極上加直流的極化電壓V，形成電場，那么電子和正離子就會分別被拉向正負兩極，并被收集。隨著極化電壓V逐漸增加，氣體探測器的工作狀態就會從復合區、飽和區、正比區、有限正比區、蓋革區(G - M區)一直變化到連續放電區。
氣體放電計數管
       氣體放電計數管也是根據射線對氣體的電離作用而設計的放射探測器.它與電離室不同的地方主要在于工作在氣體放電區域，具有放大作用。其結構如右圖所示.計數管以金屬圓筒為陰極，以筒中心的一根鎢絲或鉬絲為陽極，筒和絲之間用絕緣體隔開。計數管內充有氬、氦等氣體。為了便于密封，計數管常用玻璃作外殼，而陰極用金屬或石墨涂覆于玻璃表面內部或在外殼內用金屬筒作陰極。
閃爍計數器
       物質受放射線的作用而被激發,在由激發態躍遷到基態的過程中,發射出脈沖狀的光的現象稱為閃爍現象。能產生這樣發光現象的物質稱為閃爍體。閃爍計數器先將放射能變為光能,然后再將光能變為電能而進行探測,它由閃爍體,光電倍增管和輸出電器兩組成。
正比計數管
       它是由圓筒形的陰極和作為陽極的中央芯線組成的，內封有稀有氣體、氮氣、二氧化碳、氫氣、甲烷丙烷等氣體。當放射線射入使氣體產生電離時,由于在芯線近旁電場密度高， 電子碰撞被加速，在氣體中獲得足夠的能量，碰撞其它氣體分子和原子而產生新的離子對；此過程反復進行而被放大，人們將此過程稱為氣體放大。放大作用僅限于芯線近旁，核放射傳感器所以可得到與放射線的入射區域無關的一定的放大倍數,由于放大而產生的陽離子迅速離開氣體放大區域而產生輸出脈沖。輸出脈沖的大小正比于因放射線入射而產生電子、正離子對的數目，而電子、正離子對數正比于氣體吸收的放射線的能量,因此，正比計數管可以探測入射放射線的能量。正比計數管大多數是圓柱形或者球形、半球形。其陽極很細，陰極直徑較大，這主要是為了在外加電壓較小的情況下，使陽極附近仍能有很強的電場以便有足夠大的氣體放大倍數。正比計數管可以在很寬的能量范圍內測定入射粒子的能量，能量分辨率相當高，分辨時間很短，并且可作快速計數。
半導體探測器
       半導體探測器是近年來迅速發展起來的一種射線探測器。我們知道荷電粒子一入射到固體中就與固體中的電子產生相互作用并失去能量而停止。入射到半導體中的荷電粒子在此過程產生電子和空穴對。
       而X射線或γ射線由于光電效應、康普頓散射、電子對生成等而產生二次電子，此高速的二次電子經過與荷電粒子的情況相同的過程而產生電子和空穴。若取出這些生成的電荷，可以將放射線變為電信號。就半導體而言，主要使用的是Si和Ge，對GaAs、CdTe等材料也進行了研究。目前, 開發的半導體傳感器有PN結型傳感器、 表面勢壘型傳感器、鋰漂移型傳感器、非晶硅傳感器等。