核辐射探测器概述

核辐射探测器概述山东省卫生厅卫生监督所刘兵提要一、核辐射探测器概述。二、核辐射探测器工作原理。三、核辐射探测器的应用。四、放射诊疗检测概述。五、放射诊疗检测技术特点与结果分析。对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于辐射探测器探测各种辐射，给出辐射的类型、强度(数量)、能量及时间等特性。即对辐射进行测量。辐射探测器的定义：利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。一、核辐射探测器概述（一）什么是辐射探测器？（二）辐射探测器的发展历史1927年，Wilson，发明云室；1948年，Blackett，发展云室用于辐射研究；1950年，Powell，发展核乳胶；1960年，Glaser，发明气泡室；1968年，Alvarez，发展气泡室；1992年，Charpak，发明并发展多丝正比室。（三）辐射探测的基本过程辐射粒子射入探测器的灵敏体积；入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积能量；探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的输出信号。按材料状态：气体、液体、固体探测器按记录方式：收集电离电荷的探测器，如气体电离探测器、半导体探测器；收集退激荧光的探测器，如闪烁探测器、热释光探测器；显示离子集团径迹的探测器，如径迹探测器、切伦科夫探测器等。（四）辐射探测的基本分类（四）核辐射探测器基本分类气体探测器闪烁探测器半导体探测器径迹探测器中子探测器当前，辐射技术应用日益广泛，辐射种类越来越多。辐射检测仪器也相应地不断增加。但是，大多数检测仪器的基本原理并未改变，只是在仪器性能、加工工艺、仪器精度、仪器功能等方面不断改进。（五）辐射探测器的基本特点虽然辐射检测仪器的种类已比较多，但是，仍然没有一台仪器是通用于各种辐射测量的，每一类仪器都有其适用范围和相对适用范围，放射检测工作者必须对辐射探测技术、测量仪器和被检测的辐射样品和辐射场所的辐射性能有比较全面的了解，选择合适的测量仪器和评价方法，才能得出正确的检测结果。二、辐射探测器工作基本原理根据射线与物质相互作用所致原子、分子的电离和激发效应制成的。通过测量射线在其中产生的脉冲数目、脉冲幅度、平均电离电流或（和）累积的电荷总量等来确定射线量。辐射探测器工作基本原理要点探测器的工作机制；探测器的输出回路与输出信号；探测器的主要性能指标；探测器的典型应用。（一）气体探测器核辐射引起的气体电离初级电离：入射粒子与气体分子或原子直接碰撞而导致的气体电离；次级电离：直接电离所产生的电子或紫外光及X射线而导致的气体电离。复合过程：正离子和电子或负离子复合成中性粒子的过程。气体探测器电离室脉冲电离室：记录单个辐射粒子，主要用于测量重带电粒子的能量和强度。电流电离室：记录大量粒子平均效应，主要用于测量X,g,b和中子的强度或通量。0d++++++++--------阳极阴极-U0z离子和电子在外加电场中的漂移离子和电子除了与作热运动的气体分子碰撞而杂乱运动和因空间分布不均匀造成的扩散运动外，还有由于外加电场的作用沿电场方向定向漂移。这种运动称为“漂移运动”，定向运动的速度为“漂移速度”。电离室原理：如果核辐射被电离室中的气体吸收，该气体将发生电离。电离探测器即是通过收集射线在气体中产生的电离电荷进行测量的。仪器：常用的有电离室、正比计数管、盖革—弥勒计数管（G-M管）。用法：电离室是测量由电离作用而产生的电离电流，适用于测量强放射性；正比计数管和盖革—弥勒计数管则是测量由每一入射粒子引起电离作用而产生的脉冲式电压变化，从而对入射粒子逐个计数，这适合于测量弱放射性。气体探测器气体探测器的特点：探测器的灵敏体积大小和形状几乎不受限制；没有辐射损伤或极易恢复；经济可靠。高压极收集极保护极0VKCGLR高压负载电阻外壳灵敏体积绝缘子平板型电离室气体探测器脉冲波形CdNeztU)(t0-U-Nez/Cd-Ne/CCwEeCNetU)(气体探测器正比计数器：脉冲幅度正比于入射粒子能量。电场强度：脉冲电压：多丝正比计数器：具有很高的空间分辨和时间分辨本领acrrrUrln)(0CNeA/-U02rarcRC0VLRKG圆柱型电离室气体探测器G-M计数管：记录粒子个数G-M计数管是由盖革(Geiger)和弥勒(Mueller)发明的一种利用自持放电的气体电离探测器。G-M计数管G-M管的特点是：制造简单、价格便宜、使用方便。灵敏度高、输出电荷量大。G-M管的缺点是：死时间长，仅能用于计数。不能鉴别粒子的类型和能量。气体探测器线性范围——一定工作电压下，输出信号的幅度与入射粒子流强度的保持线性关系的范围(一般用辐射强度的范围表示)。只要电离室工作在饱和区，则信号电流与入射粒子流强度一定成正比关系，即线性关系。但是，当入射粒子流强度增大时，饱和电压将提高。一旦当入射粒子流强度大到使饱和电压超过了原来选好的工作电压V0时，电离室将不再工作于饱和区，信号电流将比预期值小。即出现非线性。响应时间——反映当入射粒子流强度发生变化时，输出信号的变化规律。对电压信号，它跟随辐射强度变化的响应时间主要决定于电离室输出回路的时间常数R0C0值。T就是累计电离室电流信号的响应时间对电流信号，其滞后时间将最大为离子收集时间T。对t=0时的阶跃变化，输出电压为：)1)((00/120012CRteIIRRIV一般需要5～7R0C0才能达到平衡。（二）闪烁探测器工作原理闪烁探测器原理：是利用射线照射在某些闪烁体上而使它发生闪光的原理进行测量的仪器。它具有一个闪烁体，当射线进入其中时产生闪光，然后用光电倍增管将闪光讯号放大、记录下来。用法：该探测器以其高灵敏度和高计数率的优点而被用作测量α、β、γ辐射强度。由于它对不同能量的射线具有很高的分辨率，所以又可作谱仪使用。通过能谱测量，鉴别放射性核素，并且在适当的条件下，能够定量的分析几种放射性核素的混合物。此外，这种仪器还能测量照射量和吸收剂量。闪烁探测器闪烁体：闪烁探测器闪烁体的物理特性闪烁探测器光电倍增管闪烁探测器光电倍增管的光谱响应闪烁探测器闪烁探测器（三）半导体探测器工作原理半导体探测器：原理：是将辐射吸收在固态半导体中，当辐射与半导体晶体相互作用时将产生电子—空穴对。由于产生电子—空穴对的能量较低，所以该种探测器具有能量分辨率高且线性范围宽等优点。用法：用硅制作的探测器可用于α计数、α、β能谱测定；用锗制作的半导体探测器可用于γ能谱测量，而且探测效率高、分辨能力好。半导体探测器是近年来迅速发展的一类新型核辐射探测仪器。半导体探测器金硅面垒探测器半导体探测器半导体探测器高纯锗半导体探测器（四）径迹探测器原子核乳胶Wilson云室气泡室径迹探测器固体径迹探测器（五）中子探测器直接探测：核反应转换：Li),(B710n),(U235fn（六）微通道板（七）核辐射量度辐射强度：单位时间在某一方向上通过的粒子数带电粒子：电流单位通量：单位时间通过单位面积上的粒子数探测器的本征效率：入射的粒子数记录的脉冲数in核辐射量度原因：A带电粒子可能只在灵敏体积内损失一部分能量；B电离过程是涨落的。这样必将有一部分幅度低于甄别阈的信号脉冲未被记录下来。γ粒子等中性粒子则取决于与介质作用产生次级带电粒子的相互作用截面，以及次级带电粒子能否进入灵敏体积。核辐射量度能谱：绝对分辨率：半峰宽（FWHM)相对分辨率：%100FWHM%100EEE核辐射量度辐射剂量：单位体积的物质所接受的辐射能量剂量当量：描述辐射所产生的实际效应（1Sv=1J/kg,1rem=0.01Sv)剂量率：物质在单位时间内吸收的剂量mEDddNQDH三、核辐射探测器的应用（一）监测分类1.现场监测：对放射性物质生产或应用单位内部工作区域所作的监测；2.实验室检测：采集的样品经处理在实验室进行的测量；3.个人剂量监测：对放射性专业工作人员或公众作内照射和外照射的剂量监测；4.环境监测：天然本底、核试验、核企业、生产和使用放射性核素以及其它场所的监测。（二）现场监测1.现场监测常用仪器(1)通道式放射性检测仪器(2)便携式辐射仪(3)α、β表面污染监测仪2.主要测定的放射性核素为：(1)α放射性核素，226Ra、222Rn、235U等；(2)β放射性核素，134Cs、137Cs、131I和60Co等（二）现场监测（1）通道式放射性检测仪器主要是用来检测运动中的物体或人员的γ放射性，探测器的灵敏体积很大，灵敏度高。用于货物放射性检测的初筛。（二）现场监测（2）便携式放射性检测仪器主要的应用是测量γ剂量率，有些仪器有测量γ谱的功能。现场的主要用途：a.准确测量样品的γ剂量率；b.判断现场所需要的防护水平；c.有能谱功能，现场估计放射性核素。(二)现场监测（2）便携式放射性检测仪器主要的应用是测量γ剂量率，现场的主要用途：α、β、γ和X射线，内置2英寸的扁平GM探测器对α和β射线源的灵敏度很高。数字显示器可以根据需要选择mR/hr、CPS或mSv/hr等不同单位。（二）现场监测（3）α、β表面污染监测仪主要用于测量现场的货物表面有无放射性物质以及强度。主要用于废物表面的α、β活度的测量或者用于物体表面是否有放射性污染的判定。（二）现场监测（3）α、β表面污染监测仪β本底的测量实际测量值（β+γ）实际测量值（γ）（二）现场监测（3）α、β表面污染监测仪测量一定面积下的结果（300cm2或500cm2）1cm210Bq/cm2假设污染源为10Bq10cm21Bq/cm2100cm20.1Bq/cm2（二）现场监测3.监测结果（1）计数率（CPS）每秒探测到粒子的计数，最直接的表达方式。通过各种校刻计数，表示为其它结果。通道式放射性检测结果一般用CPS表示。（二）现场监测3.监测结果（2）周围剂量当量率（Sv/h）测量点单位时间内组织吸收的能量。不能代表所测量物体的放射性强度，需要考虑屏蔽、距离、物品量、校正。（3）表面污染水平（Bq/cm2）测量面积上单位面积的α、β活度值。由于α、β射程很短，易被其他物质阻挡，一定样品厚度以下的α、β射线无法测量到。（二）现场监测3.监测结果（4）比活度（Bq/kg,Bq/L）单位质量（体积）内某放射性核素或总α、β的活度值。是样品的固有属性，一般是通过实验室检测得到的结果。用于合格判定，。4.现场监测注意事项首先使用通道式放射性检测仪，最好配有中子检测器；配有多台便携式剂量率仪，以满足具体剂量率的测量和确定可能的放射性危害程度；配有一台便携式能谱仪，以满足现场放射性核素定性的要求；配有一台α、β表面污染监测仪，用于废物和放射性物质污染的测量；有条件的话，配有个人防护设备，包括个人剂量仪和防护服、眼睛、口罩等。（三）常见实验室放射性检测1.γ能谱检测γ能谱仪是通过测量分析γ能谱来对被测物所含的放射性核素和含量。探头材料为高纯锗半导体材料，能量分辨力极好，测量时需要用液氮或电制冷。测量时一般放置在铅室中，能对样品中很低含量的放射性核素进行准确地定性和定量。2.α能谱分析该项目主要是对生物、建材样品中放射性元素的分析与的比活度测量。3.工作特点137Cs–662kev;60Co–1332.5kev谱仪、谱仪（多道脉冲幅度分析器）。没有谱仪；NaI(Tl)谱仪：探测效率：与能量、晶体有关，分辨率：9%-(662kev)半导体谱仪：相对探测效率：20%以上分辨率：2.2kev–(1332.5kev)（三）常见实验室放射性检测4.低本底αβ检测低本底α、β测量仪和α、β表面污染监测仪不同，它是用来准确测量样品中总α、总β比活度的仪器。一般需要样品前处理。4.低本底α、β测量该项目主要用于水、土壤、建材、矿石、气溶胶、食品及生物样品等的总α、总β放射性测量。主要检测仪器：低本底α、β计数器4.液体闪烁谱仪的使用饮用水中3