一、辐射检测仪工作原理
1.辐射与探测介质的相互作用
当辐射粒子(如α、β、γ、X射线或中子)进入探测器时,会与探测介质中的原子或分子发生相互作用,主要产生以下效应:
电离效应:辐射粒子将能量传递给介质中的原子或分子,使其电离成正负离子(如气体探测器中的电离室、正比计数管、盖革计数管)。
激发效应:辐射粒子使介质原子或分子从基态跃迁至激发态,退激时释放光子(如闪烁体探测器中的NaI、CsI等闪烁体)。
核反应:某些辐射(如中子)会与介质原子核发生反应,产生次级粒子(如中子探测器中的BF₃正比计数管)。
2.信号处理与显示
放大:通过电路将微弱信号放大,确保可被后续部件识别。
甄别与计数:剔除干扰信号(如电子噪声),统计有效脉冲数量(对应辐射粒子数量)。
转换与显示:将脉冲计数转换为辐射剂量单位(如 μSv/h、mSv)或计数率(CPS),通过屏幕显示,部分设备还会伴随声音提示(如盖革计数器的 “滴答” 声,频率随辐射强度增加)。
二、不同类型辐射检测仪的原理
1.盖革 - 米勒计数器
当辐射粒子进入盖革管,会电离管内气体(如氩气),产生正负离子对。在管内高压电场(约几百至几千伏)作用下,离子高速运动,引发雪崩效应,离子撞击更多气体分子,产生大量新离子。瞬间产生的大量电荷形成脉冲电流,被电路放大后,转化为计数信号。脉冲信号的频率与辐射强度正相关:辐射越强,单位时间内产生的脉冲越多,读数越高。
2.闪烁体探测器
辐射子撞击闪烁体时,能量被闪烁体吸收,使其中的原子或分子激发。激发态原子回到基态时释放荧光光子(不可见的紫外线或可见光)。荧光光子被光电倍增管接收,转化为微弱电信号,经多级放大后形成可测量的脉冲信号。脉冲信号的幅度与辐射粒子能量正相关(可用于区分辐射类型,如 γ 射线能量不同,脉冲幅度不同),频率与辐射强度正相关。
3.半导体探测器
辐射粒子进入半导体,电离产生电子 - 空穴对。在半导体两端外加电压形成的电场中,电子和空穴分别向正、负极移动,形成电流脉冲。脉冲信号的幅度与辐射粒子的能量直接相关,能量越高,产生的电子 - 空穴对越多,脉冲越大。
4.电离室
辐射粒子电离腔体内气体,产生离子对。在电极电场作用下,离子定向移动形成持续电流,电流大小与辐射剂量率成正比。